髖部骨折患者股骨近端三維幾何解剖形態(tài)變化及意義

石利濤，劉彥博，趙景新，穆懷招，曹向宇(承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院，河北承德067000；隆化縣醫(yī)院)

髖部骨折是好發(fā)于老年人群的常見骨折類型，包括股骨粗隆間骨折、股骨粗隆下骨折、股骨頸骨折等，其中以股骨頸骨折、股骨粗隆間骨折比較多見[1]。髖部骨密度(BMD)是骨質(zhì)疏松癥臨床診斷以及骨折風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測評(píng)估的常用指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，股骨近端BMD降低及髖部幾何解剖學(xué)形態(tài)異常均有可能導(dǎo)致髖部骨折的發(fā)生[2]。本研究探討髖部骨折患者股骨近端三維幾何解剖形態(tài)變化及其與BMD的關(guān)系。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選擇2017年7～11月承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院收治的單側(cè)單純髖部骨折患者60例，均為跌倒所致，并經(jīng)影像學(xué)檢查證實(shí)，排除合并甲狀旁腺疾病、腎臟疾病、糖尿病、結(jié)核及長期應(yīng)用激素等可能影響B(tài)MD者。根據(jù)骨折部位將60例患者分為股骨頸骨折組、股骨粗隆間骨折組各30例；股骨頸骨折組男17例、女13例，年齡49～86(68.5±9.6)歲，骨折部位：左側(cè)12例、右側(cè)18例；股骨粗隆間骨折組男15例、女15例，年齡47～85(67.9±9.2)歲，骨折部位：左側(cè)14例、右側(cè)16例。選擇同期體檢中心進(jìn)行體檢的健康志愿者30例作為對(duì)照組，男15例、女15例，年齡50～85(68.2±8.8)歲。三組性別構(gòu)成比及年齡均具有可比性。本研究通過醫(yī)院倫理委員會(huì)審核，患者及家屬均知情同意。

1.2 股骨近端BMD測定 采用美國GE Lunar Prodigy骨密度儀，掃描參數(shù)設(shè)置：電流3.0 mA，電壓76 kV，掃描寬度15.0 cm。受試者取仰臥位，雙足固定于專用固定裝置上，保持人體中線與掃描床墊上的中線平行并重疊，股骨中部標(biāo)記激光標(biāo)志線。從恥骨聯(lián)合下3～5 cm處開始掃描，確保股骨頸、股骨大粗隆及股骨頭顯示清晰完整，記錄BMD。

1.3 CT掃描及股骨近端三維幾何解剖形態(tài)模型(以下稱股骨近端解剖模型)建立 受試者均行常規(guī)下肢CT檢查，股骨頸骨折組、股骨粗隆間骨折組掃描骨折側(cè)下肢，對(duì)照組掃描任意一側(cè)下肢。采用SIEMENS SOMATOM Sensation 64層螺旋CT機(jī)掃描成像，參數(shù)設(shè)置：層厚0.625 mm，掃描電壓120 kV，電流100 mA，準(zhǔn)直器0.6 mm。受試者取仰臥位，下肢伸直，髕骨向上，掃描范圍從髂前上棘至脛骨結(jié)節(jié)。掃描完成后將獲得資料導(dǎo)入Mimics10.01醫(yī)學(xué)圖像處理軟件，建立股骨近端解剖模型。

1.4 股骨近端解剖模型相關(guān)參數(shù)測量 于1.3中建立的股骨近端解剖模型上行三維空間測量，將股骨頭中心點(diǎn)設(shè)為A點(diǎn)，由軟件自動(dòng)生成的模擬元擬合股骨頭；將股骨頸軸線與股骨解剖軸線之間的交點(diǎn)設(shè)為B點(diǎn)，膝關(guān)節(jié)中心點(diǎn)設(shè)為C點(diǎn)，由股骨髁間窩中點(diǎn)和脛骨內(nèi)外側(cè)平臺(tái)連線中點(diǎn)進(jìn)行連線，再與股骨遠(yuǎn)端髁切線形成交點(diǎn)。以AB連線為股骨頸軸線、BC連線為股骨解剖軸線、CA連線為股骨機(jī)械軸線。測量股骨近端解剖模型相關(guān)參數(shù)，包括股骨頸前傾角(FNAA)、頸干角(NSA)、股骨頭直徑(FHD)及股骨頸軸長度(LFNA)。FNAA為股骨遠(yuǎn)端后髁平面(標(biāo)準(zhǔn)下肢冠狀面)與線段AB之間的夾角，NSA為線段BC與AB之間的夾角。

1.5 股骨近端解剖模型相關(guān)參數(shù)與BMD的相關(guān)性分析 采用Pearson相關(guān)分析法分析股骨近端解剖模型相關(guān)參數(shù)與BMD的關(guān)系。

2 結(jié)果

2.1 三組股骨近端BMD比較 股骨頸骨折組、股骨粗隆間骨折組及對(duì)照組BMD分別為(0.75±0.26)、(0.76±0.22)、(0.86±0.19)g/cm2；股骨頸骨折組、股骨粗隆間骨折組BMD均低于對(duì)照組(P均<0.05)，股骨頸骨折組、股骨粗隆間骨折組BMD比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

2.2 三組股骨近端解剖模型相關(guān)參數(shù)比較 股骨頸骨折組FNAA小于股骨粗隆間骨折組和對(duì)照組，股骨粗隆間骨折組NSA大于股骨頸骨折組和對(duì)照組(P<0.05或<0.01)。股骨粗隆間骨折組與對(duì)照組FNAA比較、股骨頸骨折組與對(duì)照組NSA比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。三組FHD、LFNA比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。見表1。

表1 三組股骨近端三維幾何解剖形態(tài)相關(guān)參數(shù)比較

注：與對(duì)照組比較，*P<0.01，與股骨粗隆間骨折組比較，#P<0.05，△P<0.01。

2.2 股骨近端解剖形態(tài)相關(guān)參數(shù)與BMD的關(guān)系 Pearson相關(guān)分析結(jié)果顯示，F(xiàn)NAA與BMD呈正相關(guān)關(guān)系(r=0.347，P<0.05)，NSA與BMD呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(r=- 0.340，P<0.05)，F(xiàn)HD、LFNA與BMD均無明顯相關(guān)性(P均>0.05)。

3 討論

髖部若遭受較大的應(yīng)力，而不能有效地將髖部有害應(yīng)力抵消，則容易發(fā)生髖部骨折。流行病學(xué)數(shù)據(jù)顯示，約88%的髖部骨折與患者合并骨質(zhì)疏松有關(guān)[3]。既往研究顯示，股骨頸BMD檢測有助于預(yù)測髖部骨折的發(fā)生，但BMD難以精確反映髖部關(guān)節(jié)的形態(tài)學(xué)改變[4,5]。髖部BMD降低常伴有骨轉(zhuǎn)換異常、局部骨量減少，此外礦物質(zhì)代謝、顯微病理結(jié)構(gòu)、骨痂組織有機(jī)物含量降低等因素也可能導(dǎo)致骨組織強(qiáng)度降低，從而增加髖部骨折的風(fēng)險(xiǎn)。BMD是早期診斷骨質(zhì)疏松、預(yù)測骨質(zhì)疏松性骨折的可靠方法，WHO對(duì)骨質(zhì)疏松診斷標(biāo)準(zhǔn)的制定亦是基于BMD的測量。Zhang等[6]采用骨密度雙能X線吸收法檢測近2萬例股骨頸骨折患者的髖部解剖結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，認(rèn)為與年齡增長相關(guān)的髖部骨皮質(zhì)變薄和強(qiáng)度下降是股骨頸骨折的危險(xiǎn)因素。但此研究基于X線片的二維測量，并沒有比較分析股骨粗隆間骨折患者的髖部解剖形態(tài)。李毅中等[7]研究結(jié)果顯示，女性髖部骨折患者的股骨頸骨密度、股骨頸和轉(zhuǎn)子間的骨橫截面積及皮質(zhì)厚度均顯著低于健康女性，屈曲應(yīng)力比顯著高于健康女性；該研究認(rèn)為女性髖部骨折患者的股骨頸BMD及髖關(guān)節(jié)骨強(qiáng)度均發(fā)生明顯改變，患者骨強(qiáng)度降低，髖關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)分析(HSA)提供的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度參數(shù)可用于預(yù)測髖部骨折的風(fēng)險(xiǎn)。因此，了解股骨近端三維幾何解剖形態(tài)改變對(duì)于預(yù)測髖部骨折具有重要意義。

既往關(guān)于骨骼幾何解剖形態(tài)學(xué)的研究多是基于X線片或熒光片上的二維前后位圖像，如Leslie等[8]采用骨密度雙能X線吸收法分析髖關(guān)節(jié)軸線長度及強(qiáng)度對(duì)預(yù)測髖部骨折發(fā)生的影響，Ito等[9]采用CT掃描分析日本老年人群髖部形態(tài)與髖部骨折發(fā)生的關(guān)系。上述研究均為X線平片或者CT圖像測量，缺少三維模型的相關(guān)測量數(shù)據(jù)。近年來隨著計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)及三維重建技術(shù)的迅速發(fā)展，使得股骨近端三維幾何解剖形態(tài)的研究更為精準(zhǔn)[10]。本研究中股骨近端三維幾何解剖形態(tài)的測量方法是基于CT圖像的三維測量，與二維圖像相比增加了空間立體的信息數(shù)據(jù)，且具有操作簡便、重復(fù)性強(qiáng)、精確性高等優(yōu)點(diǎn)。股骨CT掃描后重建可更加全面地反映股骨的實(shí)際幾何形態(tài)。通常對(duì)于股骨扭轉(zhuǎn)角、前傾角等角度的測量，主要是以股骨髁平面為基準(zhǔn)，由于CAD可以在空間內(nèi)任意旋轉(zhuǎn)，因此坐標(biāo)系可任意設(shè)定。既往關(guān)于三維幾何解剖形態(tài)的研究進(jìn)行髓外測量時(shí)多以股骨頭中心作為坐標(biāo)原點(diǎn)，股骨干軸線方向作為縱軸(Z軸)，股骨頸軸線在此坐標(biāo)系X-Y平面的投影作為X軸，以此坐標(biāo)系進(jìn)行股骨近端幾何參數(shù)測量對(duì)offset值、頸干角的影響較小[11～13]，測量更為方便。FNAA、NSA、FHD、LFNA增大或減小均不利于骨骼的力學(xué)穩(wěn)定性。本研究結(jié)果顯示，股骨頸骨折組FNAA小于股骨粗隆間骨折組和對(duì)照組，股骨粗隆間骨折組NSA大于股骨頸骨折組和對(duì)照組，三組FHD、LFNA比較差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；提示FNAA減小與NSA增大均與髖部骨折類型有關(guān)，二者的測量有助于判斷髖部骨折風(fēng)險(xiǎn)及骨折部位。本研究結(jié)果顯示，F(xiàn)NAA與BMD呈正相關(guān)關(guān)系，NSA與BMD呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，而FHD、LFNA與BMD均無相關(guān)性；結(jié)合髖骨骨折類型，提示FNAA及BMD越小者可能越容易發(fā)生股骨頸骨折，NSA越大、BMD越小者可能越容易發(fā)生股骨粗隆間骨折。與龔偉華等[2]、張煜等[14]研究結(jié)果一致。

綜上所述，髖部骨折患者股骨近端三維幾何解剖形態(tài)發(fā)生變化，F(xiàn)NAA減小與NSA增大與髖部骨折類型有關(guān)，結(jié)合BMD可預(yù)測髖部骨折發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)及部位。

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