三維CT重建股骨頭壞死體積、分布、形狀的測定及塌陷預(yù)測研究

陸建

[摘要] 目的 探討三維CT重建股骨頭壞死模型，測定壞死病灶的體積、分布、形狀，為臨床治療提供參考依據(jù)。方法 方便選取2013年6月—2015年6月該院收治的53例（87髖）行MRI檢查確診為ARCOⅡ期股骨頭壞死患者，所有患者雙髖均行三維CT掃描，獲得髖關(guān)節(jié)三維CT圖像數(shù)據(jù)。并采用股骨頭壞死測量軟件提取股骨頭壞死區(qū)域，讀取股骨頭壞死體積、分布，同時提取股骨頭壞死的立體形狀。 結(jié)果 三維CT重建股骨頭壞死模型可見股骨頭壞死區(qū)域多位于股骨頭的外上方，測得整個股骨頭的體積為（50 260.3±5 622.5）m3，與實際測量結(jié)果差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）；計算機測量塌陷的54髖中股骨頭壞死病灶占整個股骨頭的體積為42.17%，無塌陷的33髖中股骨頭壞死病灶占整個股骨頭的體積為21.58%。 結(jié)論 三維CT重建股骨頭壞死模型，能夠清晰、直觀的測量病灶的體積、形狀、分布，為臨床治療方案的選擇提供可靠參考依據(jù)。

[關(guān)鍵詞] 三維CT；股骨頭壞死；體積；塌陷預(yù)測

[中圖分類號] R687.3 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-0742（2017）04（a）-0193-03

Measurement of Volume， Distribution ， Shape Collapse Prediction of Femoral Head Necrosis by 3D - CT Reconstruction

LU Jian

The Fourth People 's Hospital of Radiology， Jiangsu Province， Rugao City， Rugao， Jiangsu Province， 226511 China

[Abstract] Objective To study the reconstruction of femoral head necrosis with three-dimensional CT， and to determine the volume， distribution and shape of necrotic lesion， so as to provide reference for clinical treatment. Methods Convenient selection from June 2013 to June 2015， our hospital line 53 cases（87 hips） of MRI diagnosis of ARCO Ⅱ options were osteonecrosis patients， all patients with double hip line of three-dimensional CT scan， hip three-dimensional CT image data obtained. And USES the avascular necrosis of femoral head necrosis area is extracted measurement software， read the volume of femoral head necrosis， distribution， and extract the stereo shape of femoral head necrosis. Results Three-dimensional reconstruction of the femoral head necrosis of the femoral head necrosis model can be seen in the femoral head necrosis more than the top of the outer area， the volume of the femoral head was （50 260.3 ± 5 622.5） m3， which was not significantly different from the actual measurement（P>0.05）. The volume of the femoral head necrosis was 42.17% in 54 hips of the 33 femoral head necrosis of femoral head accounted for 21.58% of the total volume of the head. Conclusion Three-dimensional CT reconstruction of the femoral head necrosis model can clearly and intuitively measure the volume， shape and distribution of the lesion， and provide a reliable reference for clinical treatment options.

[Key words] Three-dimensional CT； Femoral head necrosis； Volume；Collapse prediction

股骨頭壞死是一種骨科常見的髖關(guān)節(jié)疾病，是指由于各種骨內(nèi)、外致病因素引起骨組織營養(yǎng)血流減少、骨內(nèi)血管網(wǎng)受壓或流出靜脈阻塞，造成局部供血障礙，最終可引起骨組織缺血性壞死[1]。股骨頭壞死類型包括創(chuàng)傷性壞死和非創(chuàng)傷性壞死，這兩種類型有相似的病理改變和修復(fù)過程。臨床研究表明，大多數(shù)股骨頭壞死患者在長期未接受治療后會發(fā)生股骨頭關(guān)節(jié)面的塌陷，而股骨頭一旦塌陷，會對髖關(guān)節(jié)功能造成嚴(yán)重影響，預(yù)后較差[2]。然而，早期科學(xué)干預(yù)能夠預(yù)防股骨頭壞死發(fā)展到塌陷的程度，從而大大減少了行人工關(guān)節(jié)置換術(shù)的患者數(shù)量。隨著影像學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和不斷完善，三維CT影像技術(shù)已成為確診股骨頭壞死并預(yù)測是否塌陷的最佳手段[3]。該研究通過回顧分析2013年6月—2015年6月該院收治的53例（87髖）行MRI檢查確診為ARCOⅡ期股骨頭壞死患者的臨床資料，所有患者雙髖均行三維CT掃描，獲得髖關(guān)節(jié)三維CT圖像數(shù)據(jù)。旨在探討三維CT重建股骨頭壞死模型，測定壞死病灶的體積、分布、形狀，為臨床治療提供參考依據(jù)，現(xiàn)報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

方便選取該院收治的53例（87髖）行MRI檢查確診為ARCOⅡ期股骨頭壞死患者，該組病例中男性有40例，女性有13例，年齡為29～60歲，平均年齡為（37.3±5.8）歲。股骨頭壞死類型：酒精性壞死28例（45髖）、激素性壞死19例（35髖）、創(chuàng)傷性壞死3例（4髖）、缺血性壞死3例（3髖）。

1.2 檢查方法

1.2.1 三維CT重建股骨頭壞死模型 所有患者均采用SIEMENS Sensation64 CT掃描機行雙側(cè)髖關(guān)節(jié)三維CT檢查。掃描參數(shù)為120 kv、135 mA，層厚0.6 mm，螺距為1.5[4]。具體操作：①CT斷層掃描獲得髖關(guān)節(jié)冠狀位、矢狀位、軸位圖像。②將獲得的CT圖像原始數(shù)據(jù)以DICOM的格式保存，然后使用專用軟件讀取，進(jìn)行股骨頭及壞死病灶的識別。③接下來使用VTK Image Data和Marching Cubes功能對所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行股骨頭壞死模型的三維重建，并對圖像進(jìn)行股骨頭及壞死病灶的識別和分割，由軟件自動生成股骨頭的立體形狀和體積。④在分割面標(biāo)記明顯壞死區(qū)域，同時定義正常骨組織，然后啟動壞死分割。計算機程序需要對CT圖像中正常與壞死病灶進(jìn)行識別，然后計算出壞死體積及壞死體積與正常股骨頭的體積比。⑤最后對患者雙側(cè)股骨頭的所有信息進(jìn)行保存，所有數(shù)據(jù)可有股骨頭壞死測量軟件打開，也可通過三維圖像處理軟件讀取。

1.2.2 股骨頭及壞死病灶體積的大體測定方法 對于出現(xiàn)股骨頭塌陷擬進(jìn)行人工關(guān)節(jié)置換術(shù)的患者，術(shù)前再次行三維CT掃描，測定股骨頭及壞死體積。然后將術(shù)中取出的股骨頭頸部分進(jìn)行仔細(xì)辨認(rèn)，取下股骨頭部分。然后測量股骨頭及壞死病灶的體積。

1.3 統(tǒng)計方法

利用SPSS 15.0統(tǒng)計學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（x±s）來表示，并采用t檢驗。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩種方法測量股骨頭體積及壞死體積比較

三維CT重建股骨頭壞死模型可見股骨頭壞死區(qū)域多位于股骨頭的外上方，與大體股骨頭壞死病灶的位置符合。軟件測量得到的股骨頭體積及壞死體積與大體測量結(jié)果差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。計算機測量塌陷的54髖中股骨頭壞死病灶占整個股骨頭的體積為42.17%，無塌陷的33髖中股骨頭壞死病灶占整個股骨頭的體積為21.58%。

2.2 壞死病灶的形狀

根據(jù)三維CT重建模型可以看出股骨頭壞死形狀按數(shù)量依次為：穹窿狀36髖、圓球狀17髖、啞鈴狀14髖、橘瓣狀11髖、分葉狀9髖。

3 討論

股骨頭壞死是漸進(jìn)的過程，臨床研究顯示，80%以上未經(jīng)有效治療的患者會進(jìn)展至股骨頭塌陷，影響股骨頭壞死關(guān)節(jié)軟骨面塌陷的因素較多，而病灶的體積、分布及形狀是確定是否塌陷的主要因素[5]。目前，臨床中主要采用影像學(xué)方法進(jìn)行檢查診斷，常用方法包括X線檢查、放射性核素掃描、計算機斷層掃描（CT）及磁共振（MRI）等。X線檢查是診斷股骨頭壞死最簡單、最實用的的方法；放射性核素掃描方法診斷各種骨病臨床應(yīng)用已20多年，對股骨頭壞死診斷敏感性高達(dá)80%，比常規(guī)X射線檢查更早地反應(yīng)病變情況；MRI股骨頭壞死的早期診斷較為靈敏，能夠?qū)晒穷^壞死進(jìn)行塌陷預(yù)測，相關(guān)臨床研究表明其準(zhǔn)確性較高，但實際臨床上股骨頭壞死信號特點較為復(fù)雜，客觀量化信號特點存在難度，對于測量股骨頭壞死病灶或體積存在缺陷，不能真實體現(xiàn)股骨頭壞死體積，測量誤差較大，該方法的臨床實用性不高[6]。CT掃描能夠清晰、直觀顯示股骨頭壞死區(qū)域內(nèi)增生硬化、碎裂及囊性變等，該方法操作簡單、切實應(yīng)用于臨床，能夠準(zhǔn)確測量股骨頭壞死病灶的體積、分布、形狀，預(yù)測股骨頭塌陷，從而為臨床治療方案的選擇提供有效依據(jù)[7]。由于計算機三維重建結(jié)合了現(xiàn)代先進(jìn)科技，能夠把壞死區(qū)域的體積、分布及形狀數(shù)字化數(shù)字化，精確度較高，然而該方法操作復(fù)雜繁瑣，對技術(shù)要求較高，目前還難以廣泛應(yīng)用與臨床。隨著對股骨頭塌陷相關(guān)因素的充分認(rèn)識，許多專家開始尋找對壞死病灶位置、大小及信號特點等多方面的因素對股骨頭壞死塌陷進(jìn)行預(yù)測。

該研究結(jié)果表明，三維CT重建股骨頭壞死模型可見股骨頭壞死區(qū)域多位于股骨頭的外上方，軟件測量得到的股骨頭體積及壞死體積與大體測量結(jié)果差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）；計算機測量塌陷的54髖中股骨頭壞死病灶占整個股骨頭的體積為42.17%，無塌陷的33髖中股骨頭壞死病灶占整個股骨頭的體積為21.58%。與于潼等人[8]的研究成果一致。

綜上所述，三維CT重建股骨頭壞死模型，能夠清晰、直觀的測量病灶的體積、形狀、分布，為臨床治療方案的選擇提供可靠參考依據(jù)。

[參考文獻(xiàn)]

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[2] 楊帆，朱振中，李廣翼，等. 股骨頭壞死病理形態(tài)學(xué)研究進(jìn)展[J]. 國際骨科學(xué)雜志，2014，35（5）：313-315.

[3] 李鵬飛，葛輝，龐智暉，等.基于影像學(xué)表現(xiàn)的股骨頭壞死塌陷預(yù)測的研究進(jìn)展[J].醫(yī)學(xué)綜述，2016，22（15）：3023-3026.

[4] 竇亞棟，趙德偉. 計算機軟件測定股骨頭壞死的體積及其意義[J]. 中國臨床解剖學(xué)雜志，2010（5）：487-489.

[5] 張延偉，周偉生. 影像學(xué)預(yù)測股骨頭壞死塌陷研究進(jìn)展[J]. 醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志，2005，15（5）：421-422.

[6] 劉宏濱，趙漢青，史躍，等. 股骨頭壞死區(qū)三維數(shù)字化模型建立及體積估算[J]. 中國組織工程研究，2016（44）：6629-6635.

[7] 胡洪周，李陶冶，童培建，等. 股骨頭壞死塌陷的預(yù)測和防治[J]. 中國骨傷，2010，23（11）：879-881.

[8] 于潼，謝利民，張振南. 影像學(xué)預(yù)測股骨頭壞死塌陷的研究進(jìn)展[J]. 實用骨科雜志，2014，20（5）：430-433.

（收稿日期：2017-01-08）