基于MRI 的直肠脱垂男性盆底组织三维模型重建

崔国策 李宇飞 李华山

1.中国中医科学院广安门医院南区肛肠科，北京 102618；2.中国中医科学院广安门医院肛肠科，北京 100053

近年来，盆腔器官脱垂的三维模型重建研究多集中在以子宫、阴道脱垂为主的妇产科领域。而男性脱垂患者因无妊娠及分娩等生理过程的影响，其发病原因和发病机制更加复杂。直肠脱垂被认为是盆底支持组织（由盆底肌肉、筋膜和韧带等结缔组织为主）的损伤或薄弱所致，肛提肌为盆底肌主要组成部分之一。本研究拟构建直肠脱垂男性盆底肛提肌及骨盆三维立体模型，并与健康男性三维模型进行比较，进而丰富盆底支持组织的相关影像学数据资料，以期从生物力学角度阐明直肠脱垂的发病机制。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集2016年10月～2018年12月就诊于中国中医科学院广安门医院（以下简称“我院”）本部及南院区以直肠脱垂作为主要诊断的男性住院患者11例为观察组，同期招募的13名健康男性志愿者为对照组。

对照组纳入标准：①填写盆底功能障碍临床问卷调查表（PFDI-20）；②对本研究知情同意并签字。排除标准：①重大外伤及盆腔手术史；②药物、食物过敏史；③重大脏器实质性病变及MRI 检查禁忌证；④有盆腔器官脱垂症状。

观察组纳入标准：①符合中华中医药学会肛肠专业委员会制订的《直肠脱垂诊断与治疗标准》[1]中二型完全性直肠脱垂者，分度、中医证候与证型不限；②年龄＞16岁；③对本研究知情同意并签字。排除标准：①一型直肠脱垂者；②患结肠炎、克罗恩病等肠道感染性疾病者；③严重高血压病、糖尿病、恶性肿瘤等器质性病变者；④伴幽闭恐惧症等精神类疾病者；⑤盆腔包块或畸形患者；⑥盆腔相关手术史；⑦体内植入物者如心脏起搏器植入等。

本研究经我院医学伦理委员会批准。两组年龄、体重指数（BMI）比较，差异无统计学意义（P >0.05），具有可比性。见表1。

表1 两组一般资料比较（）

表1 两组一般资料比较（）

1.2 磁共振成像（MRI）检查

Simens Skyra 3.0T 磁共振扫描成像仪对两组研究对象进行扫描，检查体位为仰卧位。观察组检查前需将脱出的直肠回纳，所有观察对象检查前6 h 禁食，检查前0.5 h 排空膀胱。研究对象下腹部放置体部矩阵线圈，以减少呼吸运动产生的伪影。扫描区域：骶岬至会阴下1 cm；扫描序列：常规MRI 定位序列，3D T2 SPACE 轴位序列；扫描参数：重复时间（TR）=1700 ms，回波时间（TE）=99 ms，扫描野（FOV）：260 mm×260 mm，矩阵：256×256，层厚：1 mm，无间隙容积扫描，每位研究对象获得图像约160张。

1.3 肛提肌与骨盆三维模型重建

将数据文件和原始MRI 扫描二维图像导入医学图像三维重建软件Mimics 19.0，对原始二维图片进行自动定位、组织和内插值，随后在四视口（矢状面、横断面、冠状面和三维视口）窗口处理图像，选择MRI扫描二维图像所在视口进行编辑以取得三维重建的最佳效果。本次原始MRI 扫描二维图像为横断面轴位图像，故以轴位为主编辑处理。分辨和选择骨盆与肛提肌的定位和界限，逐张对骨盆和肛提肌的范围进行勾勒，观察图像特点，最终得到骨盆和肛提肌的三维模型效果图。

1.4 二维图像指标观察

①肛提肌裂孔形态：肛提肌裂孔是由耻骨直肠肌左右两侧与耻骨联合所构成，在二维横断面图像耻骨联合下缘平面观察。文献报道显示[2-5]，在MRI横断面图像上，正常肛提肌裂孔结构为吊带形，如“U”或“V”形。②髂尾肌形态：健康人于静息状态下表现为凸面向上的“穹隆状”，收缩状态下髂尾肌左右两侧变平甚至凸面向下，本研究主要在冠状面进行观察。③肛提肌损伤或断裂缺损：横断面观察左右两侧肛提肌在耻骨内侧缘附着点处是否可见肌肉信号缺失[6]。

1.5 三维模型指标测量

1.5.1 肛提肌指标测量

1.5.1.1 肛提肌裂孔宽度与长度 肛提肌裂孔宽度（le vator hiatus width，LHW）是肛提肌裂孔左右径的最大距离；肛提肌裂孔长度（levator hiatus length，LHL）是肛提肌裂孔前后径的最大距离。见图1。

图1 肛提肌裂孔的长度和宽度

1.5.1.2 肛提肌距耻骨联合下缘间距（levator symphysis sling gap，LSG）LSG-L 和LSG-R 为左右两侧肛提肌最前方距耻骨联合下缘间的最大距离。见图2。

图2 左右两侧肛提肌与耻骨联合下缘间距

1.5.1.3 肛提肌板角度（levator plate angle，LPA）LPA为肛提肌板平面与水平面形成的角度。见图3。

1.5.1.4 肛提肌体积（levator ani muscle volume，LVOL）三维重建软件计算LVOL。见图4。

1.5.1.5 髂尾肌宽度（iliococcygeus width，ICW）ICW 为髂尾肌左右两侧与中缝的最大距离，分别标记为ICW-L 和ICW-R。见图5。

图3 肛提肌板角度

图4 肛提肌体积

图5 左右两侧髂尾肌宽度

1.5.1.6 髂尾肌角度（iliococcygeal angle，ICA）ICA 为髂尾肌左右两侧最外侧点连线与髂尾肌两侧肌束所形成的角度，分别标记为ICA-L 和ICA-R。见图6。

1.5.2 骨盆指标测量

1.5.2.1 耻尾线（pubococcygeal line，PCL）PCL 为 下缘耻骨联合到尾骨最末一节关节连线的最大距离。见图7。

1.5.2.2 坐骨棘间距（interspinous diameter，IS）IS 为坐骨棘左右两侧内侧缘间连线的最大距离。见图8。

图6 左右两侧髂尾肌角度

图7 耻尾线

图8 坐骨棘间距

1.5.2.3 坐骨结节间距（intertuberous diameter，IT）IT为左右两侧坐骨结节中点间连线的距离，即骨盆出口横径。见图9。

图9 坐骨结节间距

1.5.2.4 耻骨弓角度（pubic arch angle，PAA）PAA 是表示骨盆出口宽度的参数，为左右两侧耻骨支所构成的夹角。见图10。

图10 耻骨弓角度

1.6 统计学方法

采用SPSS 19.0统计学软件进行数据分析，计量资料用均数±标准差（）表示，两组间比较采用t 检验。以P <0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组盆底二维图像分析

肛提肌裂孔形态：观察组“V”形9例，“U”形2例；对照组“V”形11例，且双侧对称，“O”形1例，“U”形1例。

髂尾肌形态：观察组髂尾肌形态为“穹隆或圆顶”状7例，“水平”状2例，“漏斗”状2例；对照组呈向上“穹隆”状11例，接近“水平”状2例。

肛提肌损伤或断裂缺损情况：观察组双侧均有损伤6例，左侧肛提肌损伤2例，右侧肛提肌损伤3例。对照组均未见肛提肌损伤或断裂缺损情况。

2.2 两组肛提肌三维模型测量指标比较

与对照组比较，观察组LHW、LHL、LSG-L、LSG-R与LPA 均增大，LVOL 减小，差异有统计学意义（P <0.05）；两组ICW-L、ICW-R、ICA-L、ICA-R 比较，差异无统计学意义（P >0.05）。见表2。

2.3 两组骨盆三维模型测量指标比较

与对照组比较，观察组PCL、IT 均增大，差异有统计学意义（P <0.05）；两组IS、PAA 比较，差异无统计学意义（P >0.05）。见表3。

3 讨论

肛提肌为盆底支持结构的重要组成部分，维持并承托膀胱、子宫阴道和直肠等盆腔器官。肛提肌位于盆底最内层，肌群形状为宽扁状，左右两侧肌纤维分布似叠瓦状，彼此覆盖、相互重叠，正常状态下两侧肌肉组织形态特征和解剖结构对称。文献中对肛提肌的组成及相关术语表达存在诸多争议，本研究结合文献总结并根据肛提肌各组成部分的起止点和走行方向，认为其组成为左右双侧对称的耻骨直肠肌（耻直肌）、髂骨尾骨肌（髂尾肌）、耻骨尾骨肌（耻尾肌）及坐骨尾骨肌（坐尾肌），各组分间无清晰界限[7-12]。每个组成部分依据结构及位置不同，发挥功能也不同。耻直肌可调节肛门开合，参与构成肛直角，其相关指标为LHW、LHL、LSG-L、LSG-R 和LVOL等；耻尾肌具有控便、控尿以及支撑盆腔器官重量的作用；髂尾肌亦参与支持内脏器官，其相关指标为ICW、ICA和LPA；坐尾肌可承托直肠处于正常位置，其肛提肌两内侧缘与耻骨联合组成肛提肌裂孔。随着肛提肌发生不同程度的断裂或损伤，其肌纤维依序变薄，肛提肌裂孔形态及LSG 亦发生一定改变，LVOL 也随之变小[13]，肛提肌板结构亦逐步从穹隆状转为水平状，进而变为向下凹陷以至低于盆腔水平面，LPA 变大为肛提肌断裂损伤的关键指标[14]。本研究显示，观察组肛提肌结构较对照组发生一定程度改变，其LHW、LHL、LSG-L、LSG-R、LPA 较对照组均增大，且该研究结果同国外研究[15]相符合，提示肛提肌各组分的解剖结构变化和肌肉断裂损伤与直肠脱垂的发生发展具有一定相关性。

表2 两组肛提肌三维模型测量指标比较（）

表2 两组肛提肌三维模型测量指标比较（）

注：LHW：肛提肌裂孔宽度；LHL：肛提肌裂孔长度；LSG-L：肛提肌左侧距耻骨联合下缘间距；LSG-R：肛提肌右侧距耻骨联合下缘间距；LPA：肛提肌板角度；LVOL：肛提肌体积；ICW-L：左侧髂尾肌宽度；ICW-R：右侧髂尾肌宽度；ICA-L：左侧髂尾肌角度；ICA-R：右侧髂尾肌角度

表3 两组骨盆三维模型测量指标比较（）

表3 两组骨盆三维模型测量指标比较（）

注：PCL：耻尾线；IS：坐骨棘间距；IT：坐骨结节间距；PAA：耻骨弓角度

每个个体的骨盆径线测量结果变异很大，尤其对于两性差别，骨盆的骨性差异更是明显。男性骨盆主要适应于运动的需要，女性骨盆更适应于妊娠及生产的生理功能。研究表明[16-20]，骨盆入口较宽、中骨盆经线较长、骨盆出口较窄是盆腔器官脱垂患者较为常见的骨盆结构。目前，国内对盆底功能障碍与盆腔器官脱垂患者相关骨盆结构研究较少，尚缺乏对其形态及解剖结构的认识，其形态特征与健康人的差异性及与脱垂级别的相关性尚未解明。本研究中，与骨盆相关的观察指标有PCL、IS、IT、PAA等参数，与对照组比较，观察组PCL、IT 均增大，提示男性直肠脱垂患者的骨盆形态在一定程度上发生改变。但本研究相关骨盆结果存在一定局限性，表现为：①本研究因研究对象均为中国黄种人，故获得的影像学研究结果不可被其他地区或种族人群采用；②本研究仅测量四条较重要的骨盆径线反映骨盆相关解剖形态的变化，后续将纳入更多的测量参数及观察指标以更加详尽地反映其形态改变；③本研究样本量小，尚需大样本数据以更详尽准确地反映骨盆形态结构特征与直肠脱垂发生的关联性。

本研究首次对观察组11例男性直肠脱垂患者及对照组13名健康男性志愿者的盆底支持系统（肛提肌与骨盆）进行二维MRI 扫描、三维模型重建、二维及三维相关参数指标测量和数据结果比较分析。所构建的三维模型可直观观察盆底组织结构及空间毗邻关系，得到正常及病理状态下盆底支持结构形态特征和正常参考值范围，此数据结果国内及国外文献均未见相关报道，丰富了相关影像数据资料库，为后续研究提供数据支持。

本研究建立的盆底支持系统三维模型不仅可整体观察肛提肌各个组分和骨盆的损伤部位，亦可准确定位损伤部位与周围器官的相互关联性，可精确定位诊断，对术前制订手术方案、术中指导手术操作具有重要意义。近年来，盆底组织结构三维模型重建研究取得较大发展，但其真正应用于临床，还有一定距离，主要体现在以下几个方面：①三维模型结构经过三维模型重建软件的多种处理、操作，有可能导致其在一定程度上偏离人体真实的解剖结构，该理想化的三维模型将止于模拟阶段。②目前的MRI 扫描技术尚不能准确辨识及勾勒诸如肌肉、韧带等组织结构界限，主要依靠医生个人的读片经验进行肉眼辨识，故采集图像没有可靠且一致的标准。③盆底支持结构的材料属性复杂多样，不能以单一标准进行评判，对后续三维有限元模型的构建及支持系统的力学参数亦缺乏国际共识或公认方法。但三维建模作为后续盆底支持系统三维有限元分析的起始操作[21-23]，是从盆底力平衡角度阐明直肠脱垂发病机制的基础工作，故应加强计算机操作水平、盆底解剖知识的了解及三维有限元模型的构建，多手段、多技术结合，才能最终实现三维模型构建及有限元分析方法在盆底脱垂性疾病中的应用。