冈上肌体积重建与定量分析对冈上肌撕裂术后肩关节外展功能的预测价值

侯俊成 王和平 周海伟 徐金泽 郑杰

冈上肌撕裂是临床常见损伤，可导致肩袖肌肉萎缩，阻碍肩袖肌肉的机械负荷，影响患者肩关节功能[1]。关节镜下肩袖修复术是治疗冈上肌撕裂的有效方法。然而，尽管外科技术和手术器械取得了一定的进步，但关节镜下肩袖修复术后仍有部分患者肩关节外展功能恢复不佳，导致患者术后肩关节力量下降，严重影响患者生活质量[2]。因此，早期识别和管理冈上肌撕裂术后肩关节外展功能恢复不佳的高危因素，对患者具有重要意义。有研究指出冈上肌体积是决定术后肩关节外展功能的重要因素[3]。目前主要通过比较手术前后MRI的差异来评估冈上肌体积变化，比较指标包括切线符号、占位率或二维（2D）横截面积。由于难以从术前和术后MRI中选择相同的图像，以及修复后肩袖肌肉块的侧移效应，将术前的MRI图像与单一系列的术后MRI图像进行比较可导致结果偏倚[4-5]。因此，术后需进行多次MRI检查，以评估肩袖修复后冈上肌肌肉萎缩的实际变化。此外，单幅2D横截面积图像可能不能完全反映肌肉的形态变化，因其受到撕裂后冈上肌肌腱内侧回缩和肩袖修复后肌肉块外侧移位的强烈影响[6-7]。因此，需要对冈上肌进行定量体积测量，以准确评价肩袖修复后肌肉萎缩的变化。然而，目前国内少有研究对冈上肌体积进行三维（3D）定量分析评估。鉴于此，本研究对冈上肌撕裂患者进行术前、术后即刻及术后1年冈上肌体积的测量，探讨冈上肌体积重建与定量分析对冈上肌撕裂术后肩关节外展功能的预测价值。

1 对象和方法

1.1 对象 选取2016年5月至2020年1月在舟山医院就诊的冈上肌撕裂患者148例作为研究对象。纳入标准：（1）符合冈上肌撕裂的诊断标准[8]，年龄18～75岁；（2）关节镜检查证实为全层肩袖撕裂；（3）接受术前、术后即刻、术后1年连续3次MRI全Y视图扫描；（4）临床资料完整。排除标准：（1）合并血液系统疾病，如溶血性贫血、凝血功能障碍；（2）肩关节功能障碍由颅脑损伤、风湿性关节炎等引起；（3）合并心、肝、肾等功能不全；（4）血清白蛋白水平＜30 g/L；（5）临床资料不完整、失访及数据不合理。本研究经医院医学伦理委员会审批通过，所有患者均知情同意。

1.2 资料收集及质量控制 收集患者入院时临床资料、实验室检查资料、影像学资料，冈上肌2D横截面积和3D肌肉体积。所有数据收集及整理均由两名经验丰富的主治医师共同完成，在整理数据过程中剔除不合理数据，一旦评估结果存在分歧，请1名具有10年以上工作经验的副高职称医师进行仲裁。

1.3 方法 所有患者关节镜下肩袖修复术均参照标准手术流程[9]进行。

1.3.1 基于MRI检查的冈上肌3D重建和可视化 分别于术前、术后即刻、术后1年建立基于MRI检查的冈上肌3D重建和可视化，MRI检查采用带有专用肩部线圈的西门子Avanto 1.5T系统。检查过程中嘱患者将手臂置于身体两侧。MRI序列：使用 T1加权自旋回波（重复时间/回波时间：550～733/15～17 ms）序列获得轴向图像，使用T2加权自旋回波（重复时间/回波时间：3 500～4 000/60～110 ms）序列获得冠状和矢状图像。切面厚度为4 mm，层间间隙为0或0.4 mm，视野为16 cm×16 cm。扫描后载入AW 4.7后处理软件中生成冈上肌的3D模型，通过医学数字成像和通信（DICOM）格式，应用用户交互图形工具勾画出每个矢状面图像的冈上区；依据所画的冈上区轮廓线，创建新的DICOM图像模式。然后，根据每个矢状面图像上的2D冈上肌轮廓重建冈上肌的3D模型。重建后的3D模型以立体光刻文件格式保存为标准3D模型。使用可视化工具包（美国Kitware公司）处理和可视化3D数据，使用Insight工具包（美国Insight Software Consortium公司）加载DICOM图像。

1.3.2 冈上肌体积和横截面积的测量 将Y形图定义为测量冈上肌体积和横截面积的参考，冈上肌范围定义为冈上肌最外侧端，即斜矢状位图像上MRI信号从肌腱到肌肉的变化，到指定的冈上肌内侧端，即Y面。确定冈上肌范围后，软件自动计算出模型的3D体积。分别于术前、术后即刻、术后1年进行3次体积以及横截面积测量。每次的体积和横截面积测量包括以下3个视图：冈上肌最外侧端的Y视图、Y视图内侧1 cm（Y+1）视图、Y 视图内侧 2 cm（Y+2）视图。

1.3.3 肩关节外展功能评估及分组 肩关节外展功能评估标准：测量患者肩关节外展角度。外展：上臂离开躯体侧方向外抬举，正常范围为0°～180°；外展前屈：上臂外展90°，水平位经躯体前方向对侧肢体靠拢，正常范围为 0°～135°；外展后伸：上臂外展 90°，水平位向躯体后方伸展，正常范围为0°～30°。患者肩关节活动范围异于正常范围为功能障碍，活动范围在肩关节外展活动范围内为功能恢复良好[10]。根据患者肩关节外展功能分为良好组99例和障碍组49例。

1.4 统计学处理 采用SPSS 25.0统计软件。符合正态分布的计量资料以 表示，组间比较采用两独立样本t检验；术前、术后即刻、术后1年比较采用重复测量数据的方差分析，两两比较采用LSD事后检验；不符合正态分布的计量资料以M（P25，P75）表示，组间比较采用Mann-Whitney U检验。计数资料组间比较采用χ2检验。等级资料组间比较采用Wilcoxon秩和检验。多因素logistic回归分析冈上肌撕裂术后影响肩关节外展功能的因素。ROC曲线评估冈上肌体积重建与定量分析对冈上肌撕裂术后肩关节外展功能的预测效能。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者临床资料比较 两组患者术前脂肪浸润和冈上肌撕裂情况比较差异均有统计学意义（均P＜0.05），但两组性别、年龄、BMI等一般资料比较差异均无统计学意义（均P＞0.05），见表1。

表1 两组患者临床资料比较

2.2 148例冈上肌撕裂患者冈上肌体积重建与定量分析结果 与术前比较，术后即刻Y视图、Y+1视图、Y+2视图冈上肌体积均增加（均P＜0.05）；与术后即刻比较，术后1年Y+1视图和 Y+2视图冈上肌体积均增加（均P＜0.05）。术前、术后即刻、术后1年Y视图、Y+1视图、Y+2视图冈上肌横截面积比较差异均无统计学意义（均P＞0.05），见表2。

表2 148例冈上肌撕裂患者冈上肌体积重建与定量分析结果

2.3 两组患者冈上肌体积比较 两组患者术前Y视图冈上肌体积比较差异无统计学意义（P＞0.05），术后即刻良好组Y视图冈上肌体积大于障碍组，差异有统计学意义（P＜0.05）；术前及术后即刻良好组Y+1视图、Y+2视图冈上肌体积均大于障碍组，差异均有统计学意义（均P＜0.05），见表3。

表3 两组患者冈上肌体积比较（mm3）

2.4 冈上肌撕裂术后肩关节外展功能的影响因素分析 以肩关节外展功能是否障碍为因变量，术前脂肪浸润、冈上肌撕裂情况等因素为自变量进行多因素logistic回归分析，结果显示冈上肌撕裂情况、术后即刻冈上肌体积Y视图、术前冈上肌体积Y+1视图、术后即刻冈上肌体积Y+1视图、术前冈上肌体积Y+2视图、术后即刻冈上肌体积Y+2视图均是影响冈上肌撕裂术后肩关节外展功能的因素（均P＜0.05），见表4。

表4 冈上肌撕裂术后肩关节外展功能的影响因素分析

2.5 冈上肌体积重建与定量分析对冈上肌撕裂术后肩关节外展功能的预测效能分析 ROC曲线显示，冈上肌撕裂情况、术前冈上肌体积Y+1视图、术后即刻冈上肌体积Y+1视图、术前冈上肌体积Y+2视图、术后即刻冈上肌体积Y+2视图及术后即刻冈上肌体积Y视图对肩关节外展功能预测的AUC分别为0.625、0.710、0.704、0.712、0.766、0.647，由此可见，术后即刻冈上肌体积Y+2视图预测效能最优，见图1（插页）和表5。

图1 冈上肌体积重建与定量分析对冈上肌撕裂术后肩关节外展功能的ROC曲线

表5 冈上肌体积重建与定量分析对冈上肌撕裂术后肩关节外展功能的预测效能

3 讨论

冈上肌撕裂可引起肩关节力量减弱、活动范围受限和疼痛。关节镜下肩袖修复术是冈上肌撕裂患者的首选治疗方式[11]。然而，由于冈上肌撕裂后组织质量下降、脂肪浸润和肩峰肱骨距离缩短导致修复术后部分患者愈合不佳，影响患者术后肩关节外展功能，降低患者生活质量[12]。因此，早期识别冈上肌撕裂术后肩关节外展功能恢复不佳的高危因素，并进行早期干预是防治患者肩关节外展功能恢复不佳的关键。既往研究指出冈上肌体积与肩关节外展功能恢复情况相关[13]。但先前的研究多利用MRI图像进行单一术前、术后比较，且在比较过程中多比较2D横截面积等，由于修复后肩袖肌肉块存在侧移效应，2D横截面积难以有效体现肌肉的形态变化，导致其结果的特异度和灵敏度降低[14]。因此，在测量过程中需对冈上肌体积进行定量分析，以准确评价冈上肌的变化。3D评估是定量评估冈上肌体积的有效方式，但目前我国少有研究对冈上肌进行3D定量评估。为此，本研究对冈上肌撕裂患者进行术前、术后即刻及术后1年冈上肌体积的测量，并探讨冈上肌体积重建与定量分析对冈上肌撕裂术后肩关节外展功能的预测价值。

Park等[15]研究指出冈上肌撕裂患者术后即刻冈上肌横切面面积较术前增加19.6%；Vidt等[16]报道，与术后6个月相比，术后2年的冈上肌面积增加了8.1%。相反，Jo等[17]报道，与术后立即期相比，术后1年冈上肌面积下降5.9%。本研究术前、术后即刻、术后1年Y视图、Y+1视图、Y+2视图冈上肌横截面积无明显变化。但由于单次Y视图扫描的2D评估可能会忽略重要的形态学信息，且由于层厚的原因，2次扫描之间的准确MRI切片的比较可行性较差，导致不足以估计肌肉的体积。因此，本研究评估了冈上肌的3D体积以克服这一限制，结果显示在横截面积上没有观察到显著的变化，但在3D体积测量中显示出了显著变化。这种显著的体积增加可能是由横截面积中难以观测的最小增加面积的总和引起的。表明3D体积是评估冈上肌撕裂患者修复术后冈上肌肌肉质量的有效手段，可有效提供冈上肌手术前后变化的真实迹象。同时本研究在3D体积测量中对比3个不同视图，显示在更内侧的Y+2图像上进行的测量可以更好地代表冈上肌的状况。这一结果与Spall等[18]的研究结果一致。在更内侧的图像上进行体积变化评估，可更大的整合肌肉增加的区域，增加了对冈上肌肌肉变化测量准确性。

机械应力作用于重建成功后的肌腱，刺激萎缩的肩袖肌肉中蛋白质的合成，促进肌肉的恢复，进而促进患者肩关节外展功能的恢复。本研究中，肩关节外展功能恢复不良患者术后即刻冈上肌体积低于恢复良好者，术前、术后即刻冈上肌体积均可用于预测冈上肌撕裂患者术后肩关节外展功能状况，且Y+2视图预测效果最佳。Turkmen等[19]研究也指出如果冈上肌撕裂患者术后冈上肌体积较小，则肩关节功外展功能恢复较差，体积越大，功能恢复越好，表明冈上肌撕裂患者术后冈上肌体积的变化与修复后肩关节外展功能的完整性密切相关。另外本研究还显示，冈上肌撕裂情况是冈上肌撕裂术后肩关节外展功能的影响因素。ROC曲线显示，术后即刻冈上肌体积Y+2视图预测效能最优。冈上肌体积变化可直接反映冈上肌肌肉萎缩情况，冈上肌体积Y+2视图能更真实地反映冈上肌质量变化，术后即刻冈上肌体积直接体现手术对冈上肌重建效果。Mitterer等[20]研究也指出在成功愈合的全层肌腱套撕裂患者中，肌肉体积增加和肌肉力量之间呈显著正相关。

综上所述，术后即刻Y视图、Y+1视图、Y+2视图冈上肌体积增加，而横截面积无明显变化。ROC曲线显示，术后即刻冈上肌体积Y+2视图预测冈上肌撕裂术后肩关节外展功能恢复状况具有较好的效能。本研究的不足之处在于样本量较小，且为回顾性研究，具有一定的回顾性偏倚。此外，在实际临床工作中，将肩部MRI视野延伸至肩胛骨内侧存在难度，具有一定的测量偏倚。