楊勇 陳山林 李忠哲 田文 白榮杰 錢占華 田光磊

作者單位：100035 北京積水潭醫(yī)院手外科 （楊勇、陳山林、李忠哲、田文、田光磊），放射科 （白榮杰、錢占華）

.上肢外科 Upper limbs surgery.

橈腕關(guān)節(jié)的在體 MRI 三維運動學(xué)研究

楊勇 陳山林 李忠哲 田文 白榮杰 錢占華 田光磊

作者單位：100035 北京積水潭醫(yī)院手外科 （楊勇、陳山林、李忠哲、田文、田光磊），放射科 （白榮杰、錢占華）

目的 通過 MRI 技術(shù)探討橈腕關(guān)節(jié)在不同運動模式下的在體運動特點和規(guī)律。方法 健康志愿者 12 名，行右腕投擲平面 （橈背伸 25°、50°，掌尺屈 10°、20°）、屈伸平面 （屈曲 0°、25°、50°、75°，背伸 20°、40°、60°） 和橈尺偏 （橈偏 10°、20°，尺偏 20°、40°） 平面運動模式下共 15 個體位的 MRI 檢查。MRI圖像數(shù)據(jù)輸入自行研發(fā)的腕關(guān)節(jié)運動學(xué)測量平臺軟件，分析舟骨、月骨和三角骨分別相對于橈骨在橫斷面、矢狀面和冠狀面的運動規(guī)律。結(jié)果 在投擲平面運動模式中，當腕關(guān)節(jié)從背伸橈偏位向掌屈尺偏位運動時，舟骨、月骨、三角骨相對于橈骨的旋后分別為 11°、11°、19°，掌屈 21°、-2°、6°，橈偏 3°、3°、11°。在屈伸平面運動模式中，當腕關(guān)節(jié)從背伸位向掌屈位運動時，舟骨、月骨、三角骨相對于橈骨的旋后分別為 9°、7°、9°，掌屈 44°、-4°、11°，橈偏 7°、22°、25°。在橈尺偏平面運動模式中，當腕關(guān)節(jié)從橈偏向尺偏運動時，舟骨、月骨、三角骨相對于橈骨的旋后分別為 8°、15°、20°，掌屈 -9°、6°、2°，尺偏 8°、14°、6°。結(jié)論橈腕關(guān)節(jié)的運動是在空間中的三維復(fù)合運動，以矢狀面的運動最為顯著。舟骨在矢狀面上運動幅度明顯大于月骨和三角骨，近排腕骨間存在顯著的適應(yīng)性運動。

腕關(guān)節(jié)；磁共振成像；成像，三維；關(guān)節(jié)；運動

腕關(guān)節(jié)構(gòu)成復(fù)雜，廣義的腕關(guān)節(jié)包括橈腕關(guān)節(jié)、腕中關(guān)節(jié)、腕掌關(guān)節(jié)，橈尺遠端關(guān)節(jié)。由于腕骨體積小、數(shù)量多，形狀多不規(guī)則，因此腕關(guān)節(jié)的運動學(xué)研究相對復(fù)雜且難度較大。最早的涉及腕關(guān)節(jié)運動學(xué)研究的文獻出現(xiàn)于 19 世紀末期［1］，之后對腕關(guān)節(jié)運動學(xué)的認識經(jīng)歷了多種理論，包括排狀理論、柱狀理論、環(huán)狀理論及復(fù)合運動理論等［2-7］。

隨著近年來三維成像技術(shù)在腕關(guān)節(jié)研究中的應(yīng)用，學(xué)者們能夠更深入地探究腕關(guān)節(jié)的運動規(guī)律。最新的研究表明，腕關(guān)節(jié)在不同的運動模式下，各腕骨在空間中呈現(xiàn)出更為復(fù)雜的三維運動［8-12］。但目前的運動學(xué)研究存在樣本量小、檢測體位少、測量結(jié)果表述方式不統(tǒng)一等問題，尚不能全面系統(tǒng)地闡明不同運動模式下的腕關(guān)節(jié)運動規(guī)律及特征。

橈腕關(guān)節(jié)是指近排腕骨和橈、尺骨遠端構(gòu)成的關(guān)節(jié)，是腕關(guān)節(jié)的重要組成部分，其解剖形態(tài)和運動規(guī)律與腕中關(guān)節(jié)存在明顯的差異［10-12］。明確橈腕關(guān)節(jié)運動學(xué)的特點對腕關(guān)節(jié)疾病的診斷、手術(shù)設(shè)計以及相關(guān)的基礎(chǔ)研究具有重要的意義。盡管在骨與關(guān)節(jié)成像方面 CT 掃描優(yōu)于 MRI 技術(shù)，但 MRI 檢查無放射線損傷，更適于大樣本、多體位的在體運動學(xué)研究。

目前國外利用 MRI 技術(shù)進行橈腕關(guān)節(jié)運動學(xué)的研究還不多見，國內(nèi)尚未見相關(guān)報道。本研究擬通過 MRI 技術(shù)，在建立腕骨骨性標記點系統(tǒng)和腕關(guān)節(jié)運動學(xué)測量平臺的基礎(chǔ)上，對健康志愿者橈腕關(guān)節(jié)的影像學(xué)數(shù)據(jù)進行分析和研究，從而闡明橈腕關(guān)節(jié)在不同運動模式下的運動學(xué)規(guī)律和特點。掌握橈腕關(guān)節(jié)的運動特點和規(guī)律，有助于通過影像學(xué)檢查對腕關(guān)節(jié)不穩(wěn)定進行無創(chuàng)和準確的診斷；為設(shè)計合理的腕關(guān)節(jié)術(shù)式提供理論依據(jù)；避免影響手術(shù)療效的運動方式，提高腕關(guān)節(jié)術(shù)后的康復(fù)效果。

資料與方法

一、一般資料

健康志愿者招募標準：年齡 20～30 歲，既往體健，無腕關(guān)節(jié)外傷及腕關(guān)節(jié)疼痛病史；體格檢查腕關(guān)節(jié)活動度正常，腕部無壓痛點；X 線檢查排除腕部疾患。本研究共招募志愿者 12 名，男 7 名，女5 名；年齡 20～24 歲，平均 21 歲。于右腕投擲平面 （dart throwing motion，DTM）、屈伸平面（extension-flexion motion，EFM） 和橈尺偏平面（radioulnar deviation，RUD） 3 種運動模式下共 15 個體位行 MRI 檢查。獲得的圖像數(shù)據(jù)輸入自行研發(fā)的腕關(guān)節(jié)運動學(xué)測量平臺軟件 （清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系研制）。對舟骨、月骨和三角骨相對于橈骨在橫斷面、矢狀面和冠狀面的運動規(guī)律進行分析。

二、測量方法

常規(guī) MRI 檢查：采用 Philips Achirva 3.0T 超導(dǎo)MRI 掃描儀，柔線圈 （SENSE-FLEX-M） 掃描。志愿者取俯臥位，被檢側(cè)手臂前伸置于頭側(cè)。將線圈包繞受檢部位，使用綁帶及沙袋固定。

腕關(guān)節(jié)成像參數(shù)如下。掃描序列：質(zhì)子壓脂三維成像 （PDW VISTA：TR 1300 ms，TE 40 ms；體素：掃描體素 0.6 / 0.6 / 0.6 mm，重建體素 0.39 / 0.39 / 0.39 mm）；掃描矩陣 216×215。

均選取右側(cè)腕關(guān)節(jié)行 MRI 檢查。制作 15 個體位的前臂支具固定腕關(guān)節(jié)，分別固定腕關(guān)節(jié)于中立位、EFM （屈曲 25°、50°、75°，背伸 20°、40°、60°）、RUD （橈偏 10°、20°，尺偏 20°、40°），及DTM （橈背伸 25°、50°，掌尺屈 10°、20°） 15 個體位。

三、腕關(guān)節(jié)運動學(xué)測量平臺

編程建立腕骨運動學(xué)測量平臺。在該平臺中，建立以橈骨遠端為基準的全局坐標系，作為整體運動的參考，測量近排腕骨在該坐標系中的運動情況。坐標系的 3 條軸線分別為：X 軸，經(jīng)過橈骨干中心的橈骨長軸，向近端方向；Y 軸，從原點向橈骨莖突方向，并與 X 軸垂直；Z 軸，從原點向掌側(cè)方向，并與 X 軸和 Y 軸垂直；原點定義為 X 軸與橈骨遠端關(guān)節(jié)面的交點。分別在橈骨遠端、舟骨、月骨和三角骨選取 3 處骨性標記點和原點 （圖1～4，表1），利用骨性標記點確定腕骨在空間中的位置。

四、統(tǒng)計學(xué)處理

應(yīng)用 SPSS 17.0 統(tǒng)計軟件包 （Chicago，IL，USA）進行統(tǒng)計學(xué)分析。所有計量資料均行方差齊性檢驗和正態(tài)性檢驗。由于舟骨、月骨和三角骨相對于橈骨旋轉(zhuǎn)各組間的數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，數(shù)據(jù)用 M （P25，P75） 表示。各組間比較均采用非參數(shù)檢驗Kruskal-Wallis H 檢驗，以 P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié)　果

一、舟骨、月骨和三角骨相對于橈骨遠端的運動

在 DTM 運動模式中，當腕關(guān)節(jié)從背伸橈偏位向掌屈尺偏位運動時，舟骨、月骨和三角骨相對于橈骨的運動為旋后、掌屈和橈偏。矢狀面和橫斷面的旋轉(zhuǎn)幅度大，其中舟骨在矢狀面的掌屈幅度大于月骨和三角骨。在 EFM 運動模式中，當腕關(guān)節(jié)從背伸位向掌屈位運動時，舟骨、月骨和三角骨相對于橈骨的運動為旋后、掌屈和橈偏。矢狀面和冠狀面的旋轉(zhuǎn)幅度大，舟骨的掌屈幅度顯著大于月骨和三角骨。在 RUD 運動模式中，當腕關(guān)節(jié)從橈偏向尺偏運動時，舟骨、月骨和三角骨選對于橈骨旋后和尺偏。在矢狀面上舟骨背伸，月骨和三角骨掌屈 （表2）。

二、近排腕骨間的適應(yīng)性運動

近排腕骨間的適應(yīng)性運動主要表現(xiàn)在舟骨和月骨之間。舟骨和月骨在DTM、EFM 和 RUD 運動模式中旋轉(zhuǎn)幅度的差異分別為橫斷面 0°、2°、7°；矢狀面 23°、48°、15°；冠狀面 0°、15°、6°。兩者間在EFM 運動模式中的矢狀面上相對運動差異最顯著，為 48°。而月骨和三角骨間的相對運動在不同的運動模式下旋轉(zhuǎn)幅度差異均＜10° （表2）。

討　論

理想的腕關(guān)節(jié)運動學(xué)研究技術(shù)應(yīng)當滿足以下 3 個條件：體內(nèi)測量、無標記物及三維成像［13-15］。近十幾年來，CT 和 MRI 三維成像技術(shù)開始應(yīng)用于腕關(guān)節(jié)運動學(xué)研究［9-11］。盡管 CT 對骨關(guān)節(jié)的成像效果更好［16］，但受試者會受到射線輻射，因此不適合進行大樣量、多體位、多種運動模式的研究。MRI 成像原理不同，是一種無創(chuàng)的影像學(xué)檢查方法，對軟組織有良好的分辨率，能夠精確顯示手部及腕部精細解剖結(jié)構(gòu)的形態(tài)學(xué)信息［17-18］，更適合進行大樣本的重復(fù)研究。

目前利用影像學(xué)三維重建技術(shù)獲取腕骨精確位置的方法有兩種：腕骨表面重建法［8-12］和腕骨骨性標記點法［19］。表面重建法是利用 CT 或 MRI 采集的圖像信息進行腕骨表面輪廓重建，并根據(jù)腕骨表面輪廓規(guī)定質(zhì)心和慣量主軸，從而進行相關(guān)的腕關(guān)節(jié)運動學(xué)研究［11，13］。MRI 的腕骨成像效果不及 CT，圖像分割時容易丟失數(shù)據(jù)信息，因此 MRI 的測量結(jié)果不適合進行表面重建法。骨性標記點法只需在三維圖像上找到規(guī)定剛體的數(shù)個恒定標記點，進而確定剛體的空間位置。腕骨作為剛體，形狀不規(guī)則，因而容易找到恒定的骨性標記點。本研究分別在橈骨遠端、舟骨、月骨和三角骨上規(guī)定了 3 個骨性標記點，并在 MRI 圖像的橫斷面、矢狀面和冠狀面圖像上找到相應(yīng)的標記點，通過這 3 個標記點確定腕骨在三維空間中的位置，進而通過自行研發(fā)的腕關(guān)節(jié)測量平臺對腕骨的旋轉(zhuǎn)角度進行準確的測量。

橈腕關(guān)節(jié)是近排腕骨與橈、尺骨遠端所構(gòu)成的關(guān)節(jié)，其解剖學(xué)形態(tài)與運動學(xué)特點與腕中關(guān)節(jié)不同。近年來的研究表明，橈腕關(guān)節(jié)和腕中關(guān)節(jié)在不同的運動模式下的運動規(guī)律存在顯著差異。腕中關(guān)節(jié)在投擲平面和橈尺偏運動時活動幅度較大，而橈腕關(guān)節(jié)在屈伸運動時活動幅度較大［11，20-22］。

本研究結(jié)果表明，橈腕關(guān)節(jié)的運動是在空間中的三維復(fù)合運動，以矢狀面的運動最為顯著。在投擲平面運動模式中，當腕關(guān)節(jié)從背伸橈偏位向掌屈尺偏位運動時舟骨、月骨、三角骨相對于橈骨的旋后分別為 11°、11°、19°，掌屈 21°、-2°、6°，橈偏3°、3°、11°。在屈伸平面運動模式中，當腕關(guān)節(jié)從背伸位向掌屈位運動時，舟骨、月骨、三角骨相對于橈骨的旋后分別為 9°、7°、9°，掌屈 44°、-4°、11°，橈偏 7°、22°、25°。在橈尺偏平面運動模式中，當腕關(guān)節(jié)從橈偏向尺偏運動時，舟骨、月骨、三角骨相對于橈骨的旋后分別為 8°、15°、20°，掌屈 -9°、6°、2°，尺偏 8°、14°、6°。

此外，本研究結(jié)果還顯示舟骨、月骨和三角骨的運動并非完全同步，三者間存在適應(yīng)性運動。近排腕骨間的適應(yīng)性運動主要出現(xiàn)在舟骨和月骨之間。舟骨與月骨在 DTM、EFM 和 RUD 運動模式中差異分別為橫斷面 0°、2°、7°；矢狀面 23°、48°、15°；冠狀面 0°、15°、6°。而月骨和三角骨間的相對運動在不同的運動模式下旋轉(zhuǎn)幅度差異均＜10°。由于橈腕和腕中關(guān)節(jié)在不同運動模式下的運動規(guī)律存在顯著差異，因此，近排腕骨間的適應(yīng)性運動有助于維護腕關(guān)節(jié)整體運動的協(xié)調(diào)。

本研究的局限性包括：樣本量少，僅對 12 名志愿者的數(shù)據(jù)進行了采集；對橈腕關(guān)節(jié)運動本研究僅測量了腕骨的旋轉(zhuǎn)角度，而未對腕骨的移位情況進行研究。今后的研究擬進一步完善腕關(guān)節(jié)測量平臺的相關(guān)程序設(shè)計，并增加樣本量，進而獲得更為全面的橈腕關(guān)節(jié)運動學(xué)數(shù)據(jù)。

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（本文編輯：李貴存）

In vivo three-dimensional kinematics of the radiocarpal joint

YANG Yong， CHEN Shan-lin， LI Zhong-zhe， TIAN Wen， BAI Rong-jie， QIAN Zhan-hua， TIAN Guang-lei.
Department of Hand Surgery， Beijing Jishuitan Hospital，Beijing， 100035， PRC

ObjectiveTo analyze the in vivo three-dimensional kinematics of the radiocarpal joint and to explore the characteristics and regularity of the radiocarpal joint in different movement patterns. MethodsWe studied the in vivo three-dimensional kinematics of the radiocarpal joint with a markerless bone registration technique. Magnetic resonance images of twelve healthy volunteers’ wrist were acquired during motion patterns of dart throwing motion （DTM）， extension-flexion motion （EFM）， and radioulnar deviation （RUD）. A total of fifteen wrist positions were performed on each volunteer. Image data were input to the software of carpal kinematics measurement platform. The motions of the scaphoid， lunate and triquetrum relative to radius in cross-sectional， sagittal and coronal planes were analyzed. ResultsIn DTM pattern， during the wrist rotated from radial extension to ulnar flexion， the motions of the scaphoid， lunate， and triquetrum relative to radius were supination 11°， 11°， 19°， flexion 21°， -2°， 6°， and radial deviation 3°， 3°， 11°. In EFM， during the wrist rotated from extension to flexion， the motions of the scaphoid， lunate，and triquetrum relative toradius were supination 9°， 7°， 9°， flexion 44°， -4°， 11°， radial deviation 7°， 22°， 25°. In RUD，during the wrist rotated from radial deviation to ulnar deviation， the motions of the scaphoid， lunate， and triquetrum relative toradius were supination 8°， 15°， 20°， flexion -9°， 6°， 2°， ulnar deviation 8°， 14°， 6° respectively. Conclusions Radiocarpal joint motion is a three-dimensional composite movement， which indicates that the range of motion in sagittal plane is the most significant. The scaphoid motion in the sagittal plane is greater than the lunate and triquetrum. Adaptive motion exists between the proximal carpal row.

Wrist joint；Magnetic resonance imaging；Imaging， three-dimensional；Joints；Motion

10.3969/j.issn.2095-252X.2016.09.006

R445.2

北京市衛(wèi)生系統(tǒng)高層次衛(wèi)生技術(shù)人才培養(yǎng)計劃 （2015-03-036）；教育部留學(xué)回國人員科研啟動基金 （195-02）

2016-04-26）