Le nerf phrénique prend naissance, des deux côtés, sur les branches ventrales des troisième et cinquième nerfs cervicaux. Il descend vers le bas du cou jusqu'au bord latéral du scalenus anterior. Il traverse ensuite médialement le bord du scalenus anterior parallèlement à la veine jugulaire interne qui se trouve en inféro-médial. À ce stade, elle est profonde par rapport au fascia prévertébral, à l'artère cervicale transverse et à l'artère suprascapulaire.
Au niveau du bord antérieur, inféro-médial du scalenus anterior et donc superficiellement à la deuxième partie de l'artère sous-clavière droite, le nerf phrénique droit passe médialement pour traverser la coupole pleurale en profondeur jusqu'à la veine sous-clavière. Plus médialement, il croise l'artère thoracique interne à peu près au niveau de la première jonction costochondrale.
À l'intérieur du thorax, le nerf phrénique droit est en contact avec la plèvre médiastinale, latéralement et médialement, et successivement, de supérieur à inférieur, avec les structures veineuses suivantes :
À partir du niveau de la veine cave supérieure, elle est rejointe par l'artère péricardiophrénique et toutes deux se dirigent vers la partie inférieure, en avant de la racine du poumon.
Le nerf phrénique droit perce le diaphragme dans sa partie tendineuse juste un peu à côté du foramen de la veine cave inférieure. Il forme ensuite trois branches sur la face inférieure du diaphragme : antérieure, latérale et postérieure. Celles-ci se ramifient de manière radiale à partir du point de perforation pour alimenter l'ensemble du muscle, à l'exception de sa périphérie.
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