沿股骨轉(zhuǎn)子間線環(huán)周皮質(zhì)的CT影像學(xué)測量及臨床意義

王曉旭,張世民,胡孫君,杜守超,熊文峰

(同濟(jì)大學(xué)附屬楊浦醫(yī)院骨科,上海 200090)

髖部是軀干與大腿的結(jié)合部位,髖部活動(dòng)對(duì)日常生活非常重要。由于股骨頸干角的存在,體重負(fù)荷在經(jīng)股骨頭向股骨干傳導(dǎo)的過程中,股骨轉(zhuǎn)子區(qū)的內(nèi)外側(cè)壁承受不同的應(yīng)力大小和應(yīng)力方向,內(nèi)側(cè)為壓力側(cè),外側(cè)為張力側(cè)。內(nèi)側(cè)壁皮質(zhì)承受的應(yīng)力遠(yuǎn)較外側(cè)壁皮質(zhì)為大。根據(jù)Wolff定律,內(nèi)側(cè)壁較外側(cè)壁有更高的密度和堅(jiān)硬程度,這與臨床所見相符。

隨著人口老齡化的發(fā)展,股骨轉(zhuǎn)子間骨折的發(fā)生率越來越高。在股骨轉(zhuǎn)子間骨折的髓內(nèi)固定手術(shù)治療中,皮質(zhì)的支撐復(fù)位具有重要意義[1-2]。股骨轉(zhuǎn)子間骨折的前內(nèi)側(cè)皮質(zhì)正性支撐復(fù)位,作為一種穩(wěn)定的非解剖骨折復(fù)位技術(shù),具有力學(xué)結(jié)構(gòu)支撐(分擔(dān)載荷)和生物學(xué)促進(jìn)愈合的雙重效果[3]。目前,前內(nèi)側(cè)皮質(zhì)支撐在骨折復(fù)位中的重要性被大家廣泛接受,但對(duì)于前內(nèi)側(cè)皮質(zhì)在生物力學(xué)方面優(yōu)勢的理論數(shù)據(jù),尚缺乏研究[4-5]。

因此,本研究收集了正常人股骨CT影像資料,將資料導(dǎo)入Mimics軟件,進(jìn)行三維重建;依據(jù)張英琪等[6]和王鄭浩等[7]關(guān)于股骨近端骨折特征地圖的研究,模擬經(jīng)過股骨轉(zhuǎn)子間線的骨折線,截取沿轉(zhuǎn)子間線環(huán)周皮質(zhì)斜斷面,進(jìn)行骨折斷面環(huán)周皮質(zhì)的形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)測算和分析,為生物力學(xué)建模和骨折的皮質(zhì)支撐復(fù)位提供理論參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集同濟(jì)大學(xué)附屬楊浦醫(yī)院骨科30例正常人股骨CT影像資料。納入標(biāo)準(zhǔn):(1) 年齡>60歲;(2) 男性女性患者各15例;(3) 既往無股骨骨折病史及骨腫瘤病史;(4) 具有完整的CT影像資料;(5) 能自行站立行走及日?；顒?dòng)。

1.2 選取斜切面

將CT影像資料以DICOM格式導(dǎo)入Mimics 15.0軟件,對(duì)骨塊進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)重建,依據(jù)股骨轉(zhuǎn)子間骨折線地圖,選取經(jīng)過股骨轉(zhuǎn)子間線中線的斜切面。由于轉(zhuǎn)子間線(帶)是有寬度的,本課題組以大、小轉(zhuǎn)子最高點(diǎn)的連線作為轉(zhuǎn)子間線最高緣,選取經(jīng)過平行于轉(zhuǎn)子間線最高緣外下約0.5 cm處所在的截面,模擬順向股骨轉(zhuǎn)子間骨折的骨折線斷面,見圖1。

圖1 沿股骨轉(zhuǎn)子間線中線斜切面的環(huán)周皮質(zhì)三維重建

1.3 參數(shù)測量

圖2 股骨轉(zhuǎn)子間線環(huán)周皮質(zhì)斜斷面的鐘面分割

圖3 依據(jù)股骨轉(zhuǎn)子間線斜斷面建立的環(huán)周皮質(zhì)模型(A)和A2型轉(zhuǎn)子間骨折模型(B)

2 結(jié) 果

2.1 轉(zhuǎn)子間線環(huán)周皮質(zhì)參數(shù)分布特點(diǎn)

沿轉(zhuǎn)子間線斜面測量的環(huán)周皮質(zhì)厚度、面積、密度(灰度)和相對(duì)強(qiáng)度數(shù)據(jù)見表1。其分布規(guī)律如下:(1) 環(huán)周皮質(zhì)厚度在前內(nèi)側(cè)的T6段為最大,在外側(cè)的T1段為最小;(2) 環(huán)周皮質(zhì)面積在前內(nèi)側(cè)的T7段為最大,在后側(cè)的T10段為最小;(3) 環(huán)周皮質(zhì)密度在前內(nèi)側(cè)的T5段為最大,在后外側(cè)的T12段為最小;(4) 環(huán)周皮質(zhì)相對(duì)強(qiáng)度均值在內(nèi)側(cè)的T7段為最大,在后側(cè)的T11段為最小,見圖4。

表1 沿轉(zhuǎn)子間線斜切面的環(huán)周皮質(zhì)測算結(jié)果

圖4 皮質(zhì)相對(duì)強(qiáng)度在環(huán)周皮質(zhì)各區(qū)段中的變化趨勢

2.2 前內(nèi)下角區(qū)段皮質(zhì)與非前內(nèi)下角區(qū)段皮質(zhì)的對(duì)比

在完整環(huán)周皮質(zhì)模型中,前內(nèi)下角區(qū)段(T6、T7)的皮質(zhì)厚度平均(12.96±0.59) mm,非前內(nèi)下角區(qū)段為(5.80±0.44) mm,前內(nèi)下角區(qū)段的皮質(zhì)厚度明顯較高,為非前內(nèi)下角區(qū)段的2.23倍;前內(nèi)下角區(qū)段的面積平均為(175.58±3.48) mm2,非前內(nèi)下角區(qū)段平均為(84.10±2.44) mm2,前內(nèi)下角區(qū)段皮質(zhì)面積明顯多于非前內(nèi)下角區(qū)段;前內(nèi)下角區(qū)段的皮質(zhì)相對(duì)強(qiáng)度平均為(392.27±9.35) g/mm,非前內(nèi)下角區(qū)段平均為(145.48±4.51) g/mm,前內(nèi)下角區(qū)段的皮質(zhì)強(qiáng)度明顯高于非前內(nèi)下角區(qū)段。

2.3 前內(nèi)下角區(qū)段占正常股骨環(huán)周皮質(zhì)強(qiáng)度的比重

在完整環(huán)周皮質(zhì)模型中,前內(nèi)下角區(qū)段雖然僅占環(huán)周皮質(zhì)總長度的1/6,但其面積卻占整個(gè)環(huán)周皮質(zhì)面積的29.46%,前內(nèi)下角區(qū)段的皮質(zhì)強(qiáng)度占環(huán)周皮質(zhì)總強(qiáng)度的35.04%。

2.4 前內(nèi)下角區(qū)段占A2型骨折模型剩余皮質(zhì)強(qiáng)度的比重

3 討 論

股骨轉(zhuǎn)子間骨折隨著人口老齡化的發(fā)展其發(fā)生率逐年上升。解剖上股骨轉(zhuǎn)子間屬于股骨頸與股骨干之間的干骺端交匯轉(zhuǎn)換區(qū),近側(cè)起自股骨頸基底部,遠(yuǎn)側(cè)延伸至小轉(zhuǎn)子下緣的骨干髓腔起始處。此處發(fā)生骨折后,由于解剖學(xué)頸干角、前傾角和扭轉(zhuǎn)角的存在,導(dǎo)致重力負(fù)荷偏心傳導(dǎo),使股骨近端具有天然的內(nèi)翻不穩(wěn)定傾向。不論是選用髓內(nèi)或是髓外固定,獲得一個(gè)穩(wěn)定可靠的骨折皮質(zhì)支撐復(fù)位是影響內(nèi)固定治療效果的最重要前提因素,這樣既有利于骨折愈合,又能減少內(nèi)固定器械的并發(fā)癥[10]。

股骨轉(zhuǎn)子間骨折發(fā)生時(shí),前方為張力側(cè),后方為壓力側(cè),除了形成頭頸和股骨干兩個(gè)主要骨塊外,尚有其他次要骨塊,如大轉(zhuǎn)子、小轉(zhuǎn)子、外側(cè)壁、后方轉(zhuǎn)子間嵴、延伸至轉(zhuǎn)子下區(qū)域等。股骨轉(zhuǎn)子區(qū)的前內(nèi)側(cè)皮質(zhì)相對(duì)厚實(shí),且多為簡單的骨折線,很少粉碎,該部分皮質(zhì)骨對(duì)位之后相互砥住,具有傳導(dǎo)負(fù)荷的能力。因此承受壓力的前內(nèi)側(cè)皮質(zhì)完整與否,或是否能夠通過骨折復(fù)位而獲得重建,對(duì)股骨轉(zhuǎn)子間骨折內(nèi)固定手術(shù)后的整體穩(wěn)定性有重要影響。1949年,Evans[11]在其分類系統(tǒng)中就認(rèn)識(shí)到內(nèi)側(cè)皮質(zhì)相互對(duì)合砥住的重要性。內(nèi)側(cè)皮質(zhì)相互接觸砥住之后,即具有承受、傳導(dǎo)負(fù)荷的能力,能夠與內(nèi)固定物一起,分擔(dān)經(jīng)股骨頭傳導(dǎo)的負(fù)載。Xiong等[9]對(duì)58例不穩(wěn)定型轉(zhuǎn)子間骨折(A2型)的3D-CT影像學(xué)研究發(fā)現(xiàn),后內(nèi)側(cè)股骨距小轉(zhuǎn)子骨塊通常分離移位丟失且難以復(fù)位,因此前內(nèi)側(cè)皮質(zhì)就成為骨折復(fù)位的直接支撐結(jié)構(gòu),在轉(zhuǎn)子間骨折的治療中承擔(dān)著主要的穩(wěn)定性重建作用[12-15]。本研究通過對(duì)3D-CT影像數(shù)據(jù)的測算,為前內(nèi)側(cè)皮質(zhì)支撐復(fù)位提供了解剖學(xué)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。

在股骨轉(zhuǎn)子間線的環(huán)周皮質(zhì)斜斷面上,其皮質(zhì)厚度由后外側(cè)區(qū)域向前內(nèi)下角區(qū)域逐漸增厚,在前內(nèi)下角區(qū)域達(dá)到最大的皮質(zhì)厚度。這意味著從結(jié)構(gòu)特點(diǎn)上來說,手術(shù)復(fù)位時(shí),前內(nèi)下角區(qū)域皮質(zhì)更容易復(fù)位且達(dá)到支撐效果。

從面積和相對(duì)強(qiáng)度上來說,前內(nèi)下角區(qū)段皮質(zhì)具有更多的皮質(zhì)面積和更高的皮質(zhì)強(qiáng)度,并向兩側(cè)皮質(zhì)逐漸降低。在正常股骨的轉(zhuǎn)子間線環(huán)周皮質(zhì)上,僅占有1/6皮質(zhì)長度的前內(nèi)下角區(qū)段卻憑借29.46%的皮質(zhì)面積占有超過1/3(35.04%)的總體皮質(zhì)強(qiáng)度。而在A2型股骨轉(zhuǎn)子間骨折后內(nèi)側(cè)小轉(zhuǎn)子骨塊丟失的情況下,前內(nèi)下角區(qū)段則占剩余皮質(zhì)面積的44.72%,而其相對(duì)強(qiáng)度則占剩余皮質(zhì)強(qiáng)度的接近一半(47.79%)。這就意味著,從結(jié)構(gòu)上來說,在轉(zhuǎn)子間骨折復(fù)位時(shí),前內(nèi)下角區(qū)段的復(fù)位支撐相比于其他區(qū)域能起到更好的作用,能承受更多的應(yīng)力和負(fù)荷,是最強(qiáng)和最可靠的皮質(zhì)支撐部位。

目前對(duì)于股骨轉(zhuǎn)子間骨折復(fù)位時(shí)皮質(zhì)正性支撐與中性支撐孰優(yōu)孰劣的討論十分激烈。Li等[15]從術(shù)后即刻影像及后期隨訪影像的分析中考慮,由于頭頸骨塊存在向外下滑動(dòng)的機(jī)制,其皮質(zhì)對(duì)位模式有從正性向中性及中性向負(fù)性改變的趨勢,因此認(rèn)為術(shù)中骨折復(fù)位時(shí)正性對(duì)位較中性對(duì)位更有優(yōu)勢。Mao等[16]通過對(duì)A2和A3型轉(zhuǎn)子間骨折正性對(duì)位和解剖對(duì)位模型的有限元分析中,發(fā)現(xiàn)髓內(nèi)固定后正性對(duì)位組在髖關(guān)節(jié)多個(gè)方向的載荷負(fù)重下皮質(zhì)移位程度均小于解剖對(duì)位組,正性對(duì)位組的皮質(zhì)支撐能更多地分擔(dān)內(nèi)固定器械的應(yīng)力負(fù)荷,降低內(nèi)固定器械損傷斷裂的風(fēng)險(xiǎn),因而認(rèn)為復(fù)位時(shí)正性對(duì)位優(yōu)于解剖對(duì)位,同時(shí)也驗(yàn)證了前內(nèi)側(cè)皮質(zhì)在復(fù)位中的重要性。而本研究的結(jié)論前內(nèi)側(cè)皮質(zhì)最可靠的皮質(zhì)支撐部位與目前大家普遍接受的前內(nèi)側(cè)皮質(zhì)支撐理論相吻合。不論是正性對(duì)位或中性對(duì)位,前內(nèi)側(cè)皮質(zhì)憑借其壓力傳導(dǎo)內(nèi)側(cè)位置及更強(qiáng)的皮質(zhì)強(qiáng)度成為骨折術(shù)中皮質(zhì)復(fù)位時(shí)最重要的部位。本研究認(rèn)為,前內(nèi)下角皮質(zhì)在厚度、面積、密度和相對(duì)強(qiáng)度方面,均高于轉(zhuǎn)子間線環(huán)周皮質(zhì)的其他區(qū)段。前內(nèi)下角皮質(zhì)是股骨轉(zhuǎn)子間骨折皮質(zhì)支撐復(fù)位的首選和可靠部位。

本研究的不足包括:(1) 本研究納入的標(biāo)本量偏少,標(biāo)本分布具有地域局限性。(2) 研究中股骨轉(zhuǎn)子間斜斷面的截取和后續(xù)測量中模型的建立等均為人為觀察、操作,盡管有重復(fù)操作驗(yàn)證等步驟,但仍不能完全排除主觀因素的影響和測量誤差的存在。(3) 本研究均通過CT值測算骨密度相關(guān)數(shù)據(jù),在骨密度測量方面存在一定誤差。(4) 更精確的數(shù)據(jù)可以通過更為客觀的標(biāo)本測量及生物力學(xué)測量獲得。