體表測量計算漏斗胸大鼠胸腔容積的研究

朱 健,李 俊,吳學東,張杉杉,王 寧

(大理學院臨床醫(yī)學院,云南大理 671000)

論著·基礎研究

體表測量計算漏斗胸大鼠胸腔容積的研究

朱 健,李 俊△,吳學東,張杉杉,王 寧

(大理學院臨床醫(yī)學院,云南大理 671000)

目的 通過體表測量計算胸腔容積評價肺發(fā)育、胸廓縮小程度及漏斗胸畸形程度。方法將90只健康4周齡SD大鼠分成實驗組和對照組，實驗組70只，對照組20只。實驗組從胸骨旁切斷下位3對肋軟骨制作漏斗胸大鼠模型。分別于術前，術后2、4、8、12周測量胸部多條徑線，并進行組間比較。胸腔容積大小用數學公式計算，利用阿基米德原理測量及CT三維重建所得，采用SPSS17.0進行t檢驗及直線回歸分析。結果實驗采用多條徑線測量結果，經過數學計算，阿基米德原理測量，以及CT三維重建所得結果實驗組與對照組比較，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。結論通過體表測量計算胸腔容積的方法是可行的，該方法可替代CT檢查對于評估漏斗胸形成過程中的胸腔容積的改變。

漏斗胸；體表測量；胸廓徑線；胸腔容積

漏斗胸病情進展過程中會引起胸腔容積的改變是眾所周知的。本研究對SD大鼠行手術處理制作漏斗胸模型[1]，繼而測量胸廓相關徑線，通過數學公式計算胸腔容積大小，為通過體表測量評價漏斗胸胸腔容積的方法打下計量學基礎。

1 材料與方法

1.1 材料 選取4周齡SD大鼠共90只，購于昆明醫(yī)科大學實驗動物中心,SPF級,許可證號:scxk(滇)2011-0004,雌雄比例1∶1。10%的水合氯醛，常用小手術器械及用品，游標卡尺及自制胸圍測量軟尺，25 mL量杯，飛利浦CT 16-brilliance設備。

1.2 方法

1.2.1 動物分組及處理 將90只4周齡SD大鼠分成兩組。實驗組70只，用10%的水合氯醛3 mL/kg腹膜腔內注射麻醉，從胸骨旁切斷下位3對肋軟骨制作漏斗胸動物模型。對照組20只不作任何處理。

1.2.2 胸廓徑線設定

1.2.2.1 胸廓長徑 上界為左右腋前皺襞連線的中點，下界為胸骨劍突連接處。

1.2.2.2 寬徑、前后徑和周徑 分別測量左右腋前皺襞平面和劍胸連接處平面的相應徑線。

1.2.3 數據測量和處理 分別于術前、術后2、4、8、12周測量兩組大鼠胸廓相關徑線長度，每組測量10只，并在相應時間點行胸部CT掃描三維重建計算胸腔容積。后在大鼠吸氣相快速結扎氣管，取出肺組織放入量杯中，利用阿基米德原理進行肺體積測定，肺體積的大小代表了真實的胸腔容積。將大鼠胸廓視為一個上口小下口大的橢圓臺后利用高等數學中的微積分原理獲得方程式(圖1)。

A(x) =π×[a1+(h-x)(a2-a1)/h][b1+(h-x)(b2-b1)/h]

(1)

(2)

h:左右腋前皺襞連線的中點到胸骨劍突連接處的距離；

a1:左右腋前皺襞平面的寬度/2；

a2：胸骨劍突連接處平面的寬度/2；

b1：左右腋前皺襞連線中點處的前后徑長度/2；

b2：胸骨劍突連接處的前后徑長度/2。

圖1 大鼠胸廓數學模型

1.3 統(tǒng)計學處理 采用SPSS17.0統(tǒng)計軟件進分析，(1)動物胸廓各徑線在觀察期內行組間t檢驗。(2)胸腔容積大小用數學公式計算，與利用阿基米德原理測量及CT三維重建所得分別行直線回歸分析。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結 果

實施漏斗胸模型手術的大鼠70只，實際存活57只(死于術后感染3只，死于相互打斗的7只，死于寒冷損傷3只)。排除過大及過小大鼠，每組選10只符合條件大鼠進行觀察。

2.1 胸廓各徑線測量結果 大鼠胸骨劍突連接處前后徑在術后2周組間比較，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，在術后4、8、12周差異亦有統(tǒng)計學意義(P<0.01)。胸骨劍突連接處平面橫徑在術后4周時組間比較，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，其他觀察時間點兩組胸骨劍突連接處平面橫徑均值比較，差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。大鼠胸廓長度在術后8周時組間比較，差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，其他觀察時間點兩組大鼠胸廓長度均值的差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05)，見表1。

表1 胸廓各徑線和體質量測量結果

續(xù)表1 胸廓各徑線和體質量測量結果

*：P<0.05，**：P<0.01，與對照組比較。

2.2 胸腔容積變化 兩組大鼠通過體表測量計算胸腔容積大小在術后2周比較未見明顯改變，而在術后4、8、12周比較，差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)，見表2。

表2 3種不同方法計算的兩組大鼠的胸腔容積大小

*：P<0.05，**：P<0.01，與對照組比較；-：表示此項無數據。

2.3 實驗組大鼠胸腔容積3種測量方法比較 實驗組大鼠胸腔容積通過體表測量計算與利用阿基米德原理測量之間行直線回歸分析，見表3。實驗組大鼠胸腔容積通過體表測量計算與胸部CT掃描三維重建所得結果行直線回歸分析，見表4。

表3 實驗組大鼠胸腔容積體表測量與阿基米德原理測量直線回歸分析

R=0.952，Y=1.572+0.467X。

表4 實驗組大鼠胸腔容積體表測量與CT三維重建計算結果直線回歸分析

R=0.918，Y=0.642+0.633X。

2.4 對照組大鼠胸腔容積3種測量方法比較 對照組大鼠胸腔容積通過體表測量計算與利用阿基米德原理測量之間行直線回歸分析，見表5。對照組大鼠胸腔容積通過體表測量與胸部CT掃描三維重建所得胸腔容積結果行直線回歸分析，見表6。

表5 對照組大鼠胸腔容積體表測量與阿基米德原理測量直線回歸分析

R=0.969，Y=1.365+0.564X。

表6 對照組大鼠胸腔容積體表測量與CT三維重建結果直線回歸分析

R=0.981，Y=2.005+0.578X。

3 討 論

3.1 大鼠胸廓數學模型的建立 健康大鼠胸廓可整體看做1個規(guī)則的橢圓臺形狀[2]。而對于實驗組大鼠因漏斗胸形成，橢圓臺在畸形區(qū)域有所改變，整個胸廓體積可分成兩部分，上部規(guī)則胸廓的體積(V1)加底部畸形區(qū)域的體積(V2)。但因V2對于整個胸廓體積的改變在數值上差別不大，因此公式(2)仍適用于實驗組大鼠。

3.2 大鼠漏斗胸畸形表現(xiàn)及對胸腔容積的影響 通過12周的觀察，比較了兩組大鼠具有代表性的胸廓徑線的生長趨勢，發(fā)現(xiàn)僅有胸骨劍突連接處前后徑在術后改變最為明顯，與人體漏斗胸的發(fā)展類似[3]。在術后2周時，實驗組大鼠胸骨劍突連接處的前后徑已經發(fā)生減小改變，表明這時有輕度畸形產生，但由于切斷的肋軟骨在愈合過程中形成的術區(qū)腫脹改變使得體表觀察畸形并不明顯，并且此時體表測量計算的胸腔容積并未減小。術后4周時，大鼠漏斗胸畸形表現(xiàn)明顯，不僅胸骨劍突連接處下陷程度加重，胸廓橫徑的發(fā)育也有所減緩，同時體表測量計算的胸腔容積較正常組減小。隨著術后時間延長，漏斗胸畸形程度仍在增加，但增加速度減緩。實驗組大鼠胸腔容積的改變主要受兩部分影響，生長發(fā)育所引起的胸腔容積增大及漏斗胸改變帶來的胸腔容積減小。兩組大鼠體表測量計算的胸腔容積改變的幅度在術后4周(即8周齡大鼠)以后逐漸相似，表明在此之后漏斗胸對大鼠胸腔容積的影響漸小。大鼠約在8周時從幼鼠過渡到成鼠[4]，換句話說，大鼠漏斗胸畸形發(fā)展對胸腔容積的改變主要發(fā)生在幼鼠期。

3.3 體表測量計算胸腔容積的可行性研究 臨床上術前對漏斗胸畸形程度的準確評估是決定手術治療的關鍵因素并且它可預測術后恢復效果。從單一的CT掃描確定漏斗胸指數發(fā)展到利用多橫斷面成像協(xié)議做術前評估，準確度有了明顯的提高[5-6]。但CT掃描所接受的輻射會加大誘發(fā)癌癥的危險性，也可能造成生長發(fā)育遲緩及后期生育能力的下降,使它應用于嬰幼兒受到限制[7-8]。為了減少輻射劑量，有學者提出了使用普通平片檢查或低劑量CT掃描[9-11]，但并不能提供全面精確的量化指標。新型的MSCT計算機硬件及軟件系統(tǒng)的開發(fā)降低了X線輻射劑量[12-15]。也有研究顯示，術前利用MRI評估漏斗胸畸形程度是準確的[16]。MRI無電離輻射，但檢查費用比CT掃描更高。本研究顯示，對于漏斗胸大鼠的胸腔容積計算，采用體表測量方法，與利用阿基米德原理測量及CT掃描后三維重建所得比較都有很強的相關性，相關系數分別為95.2%與91.8%。而且這些相關性在正常大鼠身上表現(xiàn)地更為明顯。筆者相信在評估漏斗胸的發(fā)展對胸腔容積大小改變方面可替代CT檢查。

綜上所述，通過單純的體表測量計算漏斗胸胸腔容積大小的方式是可行的。與X線、CT檢查相比，單純的體表徑線測量同MRI一樣可減少漏斗胸患兒早期接受不必要的射線照射的機會，并且醫(yī)療成本更低。

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The research of surface measurement in calculating chest volume of pectus excavatum rats*

ZhuJian,LiJun△,WuXuedong,ZhangShanshan,WangNing

(CollegeofClinicalMedicine,DaliUniversity,Dali,Yunnan671000,China)

Objective To calculate the chest volume for an evaluation of lung development,the degree of thorax narrowing and pectus excavatum deformity by the surface measurements.Methods Ninety normal Sprague Dawley (4 weeks) rats were randomly divided into experimental and control groups.Experimental group had 70 rats and control group had 20 rats.Cutting off the lower three cartilage from parasternal of rats to produce Pectus excavatum model in experimental groups.We measured many chest radial lines before surgery,2,4,8 and 12 weeks after surgery respectively,then made comparison between parallel group.Thoracic volume size was calculated by a mathematical formula,Archimedes measurement and the CT three dimensional reconstruction,and the t test and linear regression were analyzed by SPSS17.0.Results this experiment used multiple radial lines to get measurement results,and through mathematical calculations,Archimedes measurement and CT reconstruction,we found there were significant differences between the experimental group and the control group (P<0.05).Conclusion It is practicable of surface measurement to calculate chest volume.This method could replace the CT examination to evaluate the change of the chest volume along the process of pectus excavatum formation.

funnel chest;surface measurement;thoracic lines;chest volume

:10.3969/j.issn.1671-8348.2015.19.005

國家自然科學基金資助項目(81260018)；云南省教育廳科學研究基金(2014J115)。

朱健(1989-)，在讀碩士，主要從事心胸外科基礎及臨床研究。

△通訊作者,Tel:13987205888;E-mail:lijun6408@163.com。

R655.1

A

1671-8348(2015)19-2606-03

2014-11-10

2015-03-12)