影像學(xué)預(yù)測股骨頭壞死塌陷的研究進(jìn)展

于潼，謝利民，張振南

(中國中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院骨科，北京 100053)

綜 述

影像學(xué)預(yù)測股骨頭壞死塌陷的研究進(jìn)展

于潼，謝利民*，張振南

(中國中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院骨科，北京 100053)

股骨頭壞死塌陷的發(fā)生主要為壞死股骨頭機(jī)械及生物力學(xué)性能下降所致。壞死的早期髓腔造血細(xì)胞開始死亡，骨母細(xì)胞、骨細(xì)胞及破骨細(xì)胞發(fā)生壞死，骨陷窩中的骨細(xì)胞消失。此時(shí)，骨小梁的結(jié)構(gòu)仍維持原態(tài)，密度及骨的堅(jiān)韌度還未受到影響。其后逐步開始產(chǎn)生修復(fù)反應(yīng)，壞死區(qū)域的一側(cè)破骨細(xì)胞、骨質(zhì)發(fā)生吸收，而另一側(cè)出現(xiàn)成骨細(xì)胞形成新骨，由正常區(qū)向壞死區(qū)伸展，但修復(fù)過程不完全平衡，處在死骨與活骨交界處即修復(fù)帶的壞死骨小梁已進(jìn)入修復(fù)期，但位于壞死中心部位的骨小梁未行修復(fù)，此時(shí)即出現(xiàn)因修復(fù)不全而致的骨結(jié)構(gòu)損害及力學(xué)性能降低，最終發(fā)生股骨頭塌陷。目前大量研究結(jié)果提示，壞死的位置、范圍及修復(fù)情況影響著股骨頭壞死的預(yù)后，通過影像學(xué)的表現(xiàn)及變化可以定位壞死的區(qū)域、定量壞死的范圍、顯示疾病的進(jìn)程及修復(fù)情況，對股骨頭壞死是否發(fā)生塌陷起到良好的預(yù)測作用[1，2]。

1 壞死部位

1.1 壞死灶與負(fù)重區(qū)的關(guān)系 Ohzono等[3]根據(jù)壞死的位置將股骨頭壞死分為三型。Ⅰ型：硬化線清晰，股骨頭的壞死區(qū)達(dá)關(guān)節(jié)面并與髖臼相接觸，根據(jù)硬化帶外側(cè)帶與負(fù)重區(qū)的位置關(guān)系進(jìn)一步分為3個(gè)亞型。ⅠA型：指硬化線外側(cè)端不超出股骨頭負(fù)重區(qū)內(nèi)側(cè)1/3；ⅠB型：指硬化線外側(cè)端在股骨頭負(fù)重區(qū)中1/3處；ⅠC型：指硬化線外側(cè)端達(dá)股骨頭負(fù)重區(qū)外1/3處。Ⅱ型：壞死區(qū)硬化線邊緣模糊不清，股骨頭的負(fù)重區(qū)輕度變平。Ⅲ型：壞死區(qū)內(nèi)可見囊變，并根據(jù)囊變位置分為2個(gè)亞型。ⅢA型：囊變在股骨頭前或內(nèi)側(cè)，有關(guān)節(jié)軟骨下骨包繞，離負(fù)重面遠(yuǎn)；ⅢB型：囊變區(qū)緊靠負(fù)重區(qū)的外側(cè)2/3部分。他們根據(jù)該分型法研究發(fā)現(xiàn)，ⅠA、ⅠB及ⅢA型塌陷率較小，而ⅠC、Ⅱ及ⅢB型塌陷率較前者明顯增高。1994年Sugano等[4]根據(jù)MRI正中冠狀位T1WI壞死灶與負(fù)重區(qū)的位置關(guān)系分為三型，A型為壞死區(qū)不超過負(fù)重區(qū)內(nèi)側(cè)1/3，B型為不超過內(nèi)側(cè)2/3，C型為超過負(fù)重區(qū)內(nèi)側(cè)2/3。并對60 例放射性檢查正常、應(yīng)用激素的患者進(jìn)行前瞻性研究，其中有16髖(9 例)MRI出現(xiàn)壞死征象，A型6髖，B型2髖，C型8髖，隨訪平均5年，結(jié)果A型6髖至隨訪結(jié)束始終維持在Ⅰ期，C型中6髖在2～5年發(fā)生股骨頭塌陷。Min等[5]報(bào)道JIC分型分為A、B、C1和C2型，即將Sugano分型方法中的C型根據(jù)壞死區(qū)域是否超過髖臼緣分為C1和C2型，四型的塌陷率分別為0、0、13%和86%。

1.2 壞死灶與三柱結(jié)構(gòu)的關(guān)系 中日友好醫(yī)院李子榮等[6]基于三柱理論，依據(jù)壞死灶占據(jù)三柱結(jié)構(gòu)的位置分為五型，內(nèi)側(cè)型(A型)：壞死灶累及內(nèi)側(cè)柱；中央型(B型)：壞死灶累及中央柱和內(nèi)側(cè)柱；外側(cè)型(C型)：凡累及外側(cè)柱的壞死，再依據(jù)壞死灶累及外側(cè)柱的不同位置將外側(cè)型分為次外側(cè)型(C1型)、極外側(cè)型(C2型)及全股骨頭型(C3型)。A、B、C三型股骨頭塌陷率不同，分別為3.8%、10.8%和67.8%，C型的三型中C3型塌陷率94.4%，C2型塌陷率100%，均高于C1型42.6%。

1.3 囊變區(qū)與股骨頭的位置關(guān)系 李宏等[7]報(bào)道股骨頭壞死早期的患者進(jìn)行CT檢查，并將股骨頭分為9個(gè)區(qū)，確定股骨頭缺血壞死時(shí)囊性變在股骨頭內(nèi)的位置，評估其股骨頭塌陷的風(fēng)險(xiǎn)性，發(fā)現(xiàn)股骨頭內(nèi)不同位置的囊性變可以預(yù)測壞死股骨頭的塌陷風(fēng)險(xiǎn)，并輔助臨床選擇合理的治療方案。趙德偉等[8]借助CT圖像，通過計(jì)算機(jī)軟件建立股骨上段三維有限元異物同構(gòu)模型，模擬直徑1 cm不同位置囊變，觀察其對股骨頭塌陷的影響，發(fā)現(xiàn)囊變區(qū)的強(qiáng)度降低致使應(yīng)力傳導(dǎo)改變，在邊緣區(qū)產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象。股骨頭負(fù)重區(qū)下方及其內(nèi)側(cè)和外側(cè)的囊變應(yīng)力集中最明顯，表現(xiàn)為張力集中，其上方骨板下松質(zhì)骨應(yīng)力/強(qiáng)度比值明顯升高，易引起股骨頭塌陷。當(dāng)囊變位于股骨頭的前方、后方或下方時(shí)，塌陷風(fēng)險(xiǎn)小。

2 壞死范圍

2.1 壞死角度 Kerboul等[9]提出壞死弧度和的方法，即分別測量前后位及側(cè)位X線片上股骨頭受累面的弧度，計(jì)算二者之和以體現(xiàn)壞死區(qū)域大小的方法。Ha等[10]依據(jù)MRI圖像提出計(jì)算壞死角的方法，根據(jù)壞死角度數(shù)將股骨頭壞死分為四級：1級的壞死角小于200°，2級的壞死角在200°～249°，3級的壞死角在250°～299°，4級的壞死角大于等于300°。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，1級的5髖均未塌陷，2級9髖中的6髖發(fā)生塌陷，3級的16髖及4級的7髖均發(fā)生塌陷。生存分析結(jié)果顯示四組組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。后研究者對數(shù)據(jù)進(jìn)行回顧性評估，試圖找到更好的預(yù)后分界點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)壞死角小于等于190°的4髖均未發(fā)生塌陷，角度大于等于240°的25髖全部塌陷，而角度在190°～240°的8 例中有4髖(50%)發(fā)生了塌陷。作者認(rèn)為當(dāng)壞死角小于等于190°為低風(fēng)險(xiǎn)組，壞死角在190°～240°為中風(fēng)險(xiǎn)組，而壞死角大于等于240°為高風(fēng)險(xiǎn)組。

2.2 壞死指數(shù) Koo等提出壞死指數(shù)的方法[11，12]，即分別測量MRI正中冠狀位上壞死部分的角度(A)及正中矢狀位上壞死部分的角度(B)，計(jì)算股骨頭壞死的壞死指數(shù)。壞死指數(shù)=(A/180)×(B/180)×100%。發(fā)現(xiàn)股骨頭壞死區(qū)指數(shù)小于30%時(shí)均未發(fā)生塌陷，為低危險(xiǎn)組；介于30%～40%者有一半發(fā)生塌陷，為中危險(xiǎn)組；而大于40%時(shí)均發(fā)生塌陷為高危險(xiǎn)組。Cherian等[13]將本方法進(jìn)行改良，提出選取病灶累及范圍最大的層面進(jìn)行測量。

2.3 壞死面積比 Sugano等[14]提出測量壞死面積比法，即在X線片上測量壞死部分面積占整個(gè)股骨頭面積的比例，發(fā)現(xiàn)當(dāng)壞死面積比例大于43%時(shí)塌陷的可能性大。還有學(xué)者提出在MRI圖像上測量計(jì)算壞死面積比例的方法，劉又文等[15]運(yùn)用該法，對32 例(47髖)股骨頭壞死患者進(jìn)行24個(gè)月的隨訪，結(jié)果發(fā)現(xiàn)塌陷組的平均壞死面積比例為(58.7±14.4)%，未塌陷組平均壞死面積的比例為(17.3±11.9)%，二者差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。作者認(rèn)為，當(dāng)壞死面積比例小于30%屬于低危險(xiǎn)組；30%～42%之間屬于中等危險(xiǎn)組；大于43%時(shí)屬于高危險(xiǎn)組。此方法可較精確的反映股骨頭壞死的范圍。Beltran等[16]提出結(jié)合MRI冠狀位和橫斷位以測定負(fù)重區(qū)內(nèi)壞死灶百分比的方法，結(jié)果為負(fù)重區(qū)內(nèi)壞死灶百分比小于25%者均未發(fā)生塌陷；在25%～50%者43%發(fā)生塌陷；大于50%者87%發(fā)生塌陷。

2.4 壞死體積 Hernigou等[17]提出測量壞死體積的方法，即使用軟件測量出壞死灶的面積，將其乘以MRI掃描的層厚，得出每一層壞死部位的體積，將所有層面計(jì)算的結(jié)果相加，即為股骨頭壞死病灶的體積，該方法為通過MRI圖像測量股骨頭壞死病灶體積的方法提供了理論基礎(chǔ)。Nishii等[18]通過運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件測算壞死灶的體積比，并根據(jù)體積比的大小將其分為三組，A組壞死體積比小于15%，B組15%～30%，C組大于30%。研究發(fā)現(xiàn)：A組中6%發(fā)生塌陷，B組中42%發(fā)生塌陷，C組中80%發(fā)生塌陷，三組間塌陷率差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示壞死病灶的體積與股骨頭塌陷的危險(xiǎn)性密切相關(guān)，壞死病灶的體積比大于30%時(shí)，股骨頭的塌陷率高。國內(nèi)學(xué)者史振才等[19]運(yùn)用醫(yī)學(xué)特殊軟件，對29 例(38髖)股骨頭壞死患者的MRI進(jìn)行處理，選取冠狀面T1WI測算股骨頭壞死病灶的體積及其所占股骨頭的百分比，以預(yù)測股骨頭塌陷的危險(xiǎn)性。結(jié)果壞死體積比大于30%時(shí)股骨頭塌陷危險(xiǎn)性很高，與Nishii所得出的結(jié)論相符。趙萬鵬等[20]將38 例股骨頭壞死病例的MRI圖像進(jìn)行三維重建及有限元分析，結(jié)果為當(dāng)壞死病灶體積比大于30%時(shí)，股骨頭的塌陷率為80%；小于30%時(shí)，股骨頭是否塌陷與壞死部位有關(guān)，如壞死部位占據(jù)股骨頭的前外上部分，股骨頭亦容易發(fā)生塌陷。韋竑宇等[21]對股骨頭壞死患者行髖關(guān)節(jié)三維CT檢查，發(fā)現(xiàn)當(dāng)壞死病灶的體積大于23.48%時(shí)，股骨頭壞死的塌陷率高達(dá)94.6%(53/56)。

3 自身修復(fù)能力

3.1 軟骨下骨修復(fù) 蘇敬陽等[22]應(yīng)用兔股骨頭觀察股骨頭骨缺損表面積比與股骨頭軟骨塌陷的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)股骨頭缺損壞死表面積比小于12.5%時(shí)軟骨下骨有很強(qiáng)的修復(fù)能力，有毛細(xì)血管及成骨細(xì)胞形成；而大于19.0%時(shí)有明顯骨陷窩空陷存在，在軟骨表面無軟骨樣化生，易發(fā)生軟骨塌陷和壞死。劉朝暉等[23]研究發(fā)現(xiàn)，T1低信號帶與軟骨下骨不相交的，即包含型者，預(yù)后相對較好，可能是由于軟骨下骨的存活和完整性較好。郭東輝[24]提出，軟骨下骨厚度與股骨頭壞死塌陷密切相關(guān)，當(dāng)軟骨下骨厚度小于3 mm時(shí)股骨頭的塌陷風(fēng)險(xiǎn)高，考慮為股骨頭發(fā)生壞死后軟骨下骨的承載力下降所致。Ficat[25]通過對骨壞死病理組織學(xué)的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)軟骨下骨被壞死灶波及時(shí)會出現(xiàn)破骨細(xì)胞吸收、軟骨下骨變薄的現(xiàn)象；當(dāng)壞死灶內(nèi)有硬化帶形成時(shí)，在靠近硬化帶的位置出現(xiàn)壞死灶囊性變是塌陷的危險(xiǎn)信號。劉朝暉等[23]根據(jù)壞死灶的CT表現(xiàn)分為四型：a)壞死灶在軟骨下骨下形成連續(xù)的硬化帶；b)在軟骨下骨下形成硬化帶，但為不連續(xù)的硬化帶；c)軟骨下骨下硬化帶的形成不明顯；d)壞死灶無明顯硬化帶形成，表現(xiàn)為均勻中密度影。研究結(jié)果為：A型塌陷率0%，B型塌陷率63%，C型塌陷率76%，D型塌陷率100%。認(rèn)為在軟骨下骨出現(xiàn)均勻增厚或明顯“焊接”現(xiàn)象可延遲塌陷；而軟骨下骨形成不連續(xù)硬化帶，或無明顯的硬化帶形成，正常骨小梁結(jié)構(gòu)消失，壞死灶呈現(xiàn)為均勻中低密度影時(shí)，是塌陷的危險(xiǎn)因素。

3.2 骨髓水腫 Sakai等[26]報(bào)道股骨頭壞死發(fā)展過程中伴隨積液的變化，出現(xiàn)壞死邊界的血管擴(kuò)大和骨髓水腫，可能代表著股骨頭塌陷后繼發(fā)的一種炎癥改變，即使未見股骨頭明顯塌陷，MRI上骨髓水腫的出現(xiàn)可能提示著股骨頭在微觀水平上已經(jīng)開始塌陷。國內(nèi)何偉等[27]發(fā)現(xiàn)股骨頭壞死骨髓水腫以壞死ARCO Ⅱ、Ⅲ期最為明顯，范圍最為廣泛，且ARCO Ⅰ～Ⅲ期的病情程度與骨髓水腫分級呈正相關(guān)，伴隨著病變程度的加重，骨髓水腫發(fā)生的概率和水腫范圍亦在增加，提示骨髓水腫范圍的擴(kuò)大預(yù)示著股骨頭壞死病變的進(jìn)一步發(fā)展。劉少軍等[28]研究發(fā)現(xiàn)，股骨頭塌陷患者骨髓水腫發(fā)生率明顯高于未塌陷者。作者認(rèn)為，股骨頭壞死可能由股骨頭塌陷所導(dǎo)致的骨髓變化，其發(fā)生機(jī)制可能與股骨頭壞死后生物力學(xué)穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)受到破壞有關(guān)，導(dǎo)致應(yīng)力集中的病理生理反應(yīng)，股骨頭壞死骨髓水腫的出現(xiàn)在臨床中預(yù)示著股骨頭已經(jīng)遭受應(yīng)力損害并進(jìn)入塌陷高危階段或已經(jīng)出現(xiàn)塌陷，與伴隨的髖部疼痛癥狀可以成為重要的臨床參考，必須采取措施改善髖關(guān)節(jié)的承重，防止塌陷或塌陷加劇。

4 小結(jié)與展望

目前，應(yīng)用于股骨頭壞死塌陷預(yù)測的影像學(xué)手段有核素顯像、X線片、CT、MRI及結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)的有限元分析等。核素顯像敏感性較高，可反映股骨頭壞死后的代謝反應(yīng)，但無特異性，假陽性率高，且只能作為定性分析的一種方法，不能精確的定量診斷，而目前研究表明股骨頭壞死的預(yù)后與壞死的位置范圍程度均有著密切聯(lián)系，故而在臨床應(yīng)用方面存在著較大的局限性。X線片及CT主要反映的是骨內(nèi)礦物質(zhì)即鈣質(zhì)含量，X線片為股骨頭的平面投影，可反映股骨頭整體輪廓形態(tài)，但往往會因?yàn)榇嬖谥丿B遮擋而不能全面反映股骨頭病變的信息；CT為斷層掃面，對骨缺損及骨量的反映極為敏感，可以準(zhǔn)確顯示股骨頭壞死骨破壞及修復(fù)累計(jì)形成的骨量情況，特別是對硬化帶的反映方面，CT有著其獨(dú)特的優(yōu)勢，硬化帶是壞死修復(fù)的表現(xiàn)，硬化帶的形態(tài)位置及形成的量往往反應(yīng)修復(fù)能力，在負(fù)重區(qū)形成一定量的硬化帶，可以增加股骨頭的強(qiáng)度，承載力量，不易塌陷。但目前CT對本病塌陷預(yù)測的研究多是對壞死灶的形態(tài)位置進(jìn)行分析，應(yīng)用CT進(jìn)行定量診斷的文章鮮見。MRI以其敏感性和準(zhǔn)確性在股骨頭壞死診治中發(fā)揮重要作用，通過其信號變化可以在本病早期做出診斷，準(zhǔn)確定位壞死灶的位置，定量壞死的范圍；同時(shí)MRI憑借其良好的密度分辨率和空間分辨率，在顯示病變的解剖形態(tài)變化、關(guān)節(jié)軟骨變化的同時(shí)，還能提供壞死過程中有關(guān)的病理及生化方面的信息，幫助臨床判斷疾病的進(jìn)展階段及修復(fù)狀態(tài)，但在反映骨缺損及修復(fù)所積累的骨量方面不如CT直觀。有限元分析則是將影像學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)，結(jié)合高等數(shù)學(xué)、生物力學(xué)等，對壞死灶的部位、范圍及自身修復(fù)能力進(jìn)行綜合分析，以對股骨頭壞死的預(yù)后做出判斷，準(zhǔn)確度高，特異性好。但目前應(yīng)用較為復(fù)雜，涉及技術(shù)較為專業(yè)，臨床醫(yī)生在使用方面存在著一定的困難。隨著計(jì)算機(jī)水平的發(fā)展，有限元分析技術(shù)的逐步簡化普及，將會在本病的診治及預(yù)測中發(fā)揮重要作用。

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1008-5572(2014)05-0430-04

R681.8

：A

2013-08-30

于潼(1985- )，女，研究生在讀，中國中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院骨科，100053。

*本文通訊作者：謝利民