脛骨定量CT骨密度測量法預(yù)測膝關(guān)節(jié)假體松動的研究

鄧剛,王智山,宋偉,秦曉峰,呂德林,翟坤,劉彬

(1.中國人民解放軍63650部隊醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科,新疆 烏魯木齊 841700;2.中國人民解放軍63650部隊醫(yī)院骨科,新疆 烏魯木齊 841700;3.中國人民解放軍63650部隊醫(yī)院洛陽門診部,河南 洛陽 471000)

骨關(guān)節(jié)炎是目前困擾中老年患者的主要骨科疾病,而全膝關(guān)節(jié)置換(total knee arthroplasty,TKA)是中晚期骨關(guān)節(jié)炎患者骨科治療的金標(biāo)準(zhǔn),可有效減輕疼痛、矯正畸形、改善關(guān)節(jié)功能[1]。然而,部分患者術(shù)后常因假體無菌性松動導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)功能下降,極大程度地影響生活質(zhì)量,臨床上通常需行膝關(guān)節(jié)假體翻修手術(shù)進(jìn)行治療[2]。既往研究報道,膝關(guān)節(jié)周圍的骨密度與假體穩(wěn)定性密切相關(guān)[3],其中脛骨近端骨密度不足可能會導(dǎo)致TKA術(shù)后假體固定性不足,因此,脛骨近端骨密度可能是膝關(guān)節(jié)假體松動重要的生物學(xué)決定因素[4]。與脛骨近端相比,股骨近端擁有更多的骨皮質(zhì),該部分的骨密度可更深一步反映出患者的骨質(zhì)疏松情況。雙能X線吸收法(dualenergy X-ray absorptiometry,DXA)是現(xiàn)今臨床測量骨密度的常用手段[5],然而骨贅的形成、骨外組織的鈣化限制了其測量的準(zhǔn)確性[6]。近年來,有學(xué)者指出定量CT(quantitative computed tomography,QCT)可有效區(qū)分松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨,可充分反映立體維度的骨密度。與DXA檢測相比,QCT準(zhǔn)確性顯著提升,且所受骨贅或骨外組織鈣化影響更小[7-9]。因此,本項研究將分析QCT與DXA測量股骨與脛骨近端骨密度結(jié)果的一致性,并進(jìn)一步探討QCT脛骨骨密度與假體松動的相關(guān)性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入標(biāo)準(zhǔn):(1)年齡55～80歲;(2)符合《骨關(guān)節(jié)炎診療指南(2018 年版)》[10]中的相關(guān)診斷標(biāo)準(zhǔn);(3)初次單側(cè)全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后;(4)術(shù)前均行DXA及下肢QCT測量骨密度。排除標(biāo)準(zhǔn):(1)合并類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎;(2)隨訪期間長期服用激素類或可能影響骨骼代謝的藥物;(3)臨床資料丟失;(4)合并代謝性疾病;(5)外傷所致假體松動。

回顧性分析2019年1月至2021年1月于中國人民解放軍63650部隊醫(yī)院骨科就診的骨關(guān)節(jié)炎且行單側(cè)膝關(guān)節(jié)置換術(shù)患者的臨床資料,共納入患者102例,其中男45例,女57例;年齡57～78歲,平均(68.90±7.67)歲;左膝40例,右膝62例;身體質(zhì)量指數(shù)(body mass index,BMI)21.26～30.01 kg/m2,平均(26.35±3.64)kg/m2。102例患者根據(jù)是否出現(xiàn)假體松動分為松動組(22例)與未松動組(80例),松動組均為無菌性假體松動。兩組患者的性別、年齡、術(shù)側(cè)與BMI比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05,見表1)。

表1 兩組一般資料比較

1.2 方法

1.2.1 DXA骨密度測量 使用Osteocore骨密度測量儀對患者術(shù)側(cè)脛骨(脛骨結(jié)節(jié)上下1 cm范圍)與股骨近端(股骨頸、Ward’s三角及大轉(zhuǎn)子)行每個區(qū)域面積(cm2)的骨礦含量以及骨密度(g/cm)測量[11],并計算T值。計算公式為:T值=[(測量值-同性正常青年人峰值骨密度)/同性正常青年人峰值骨密度的標(biāo)準(zhǔn)差]。參照世界衛(wèi)生組織國際參考標(biāo)準(zhǔn)DXA骨質(zhì)疏松診斷標(biāo)準(zhǔn)[12],DXA-T值>-1.0 SD為骨量正常,DXA-T值-2.5 SD～-1.0SD為骨量減少,DXA-T值<-2.5 SD為骨質(zhì)疏松。

1.2.2 QCT骨密度測量 術(shù)前使用uCT760螺旋CT對患者下肢進(jìn)行掃描,掃描管電壓為120 kV,125 mA,螺距0.938 mm,視野(field of view,FOV)為40 cm,層厚為1 mm,轉(zhuǎn)速0.5 s。患者仰臥位,保持髖關(guān)節(jié)中立伸膝位,將膝關(guān)節(jié)放于標(biāo)準(zhǔn)體模上,并于身體長軸平行。為避免空氣產(chǎn)生的偽影,于患者膝關(guān)節(jié)和標(biāo)準(zhǔn)體模放置超聲膠。脛骨近端感興趣區(qū)(region of interest,ROI)的設(shè)置方法為緊鄰關(guān)節(jié)軟骨下1.5 mm平面處,厚度為9.0 mm,軸位面積直徑為18 mm[13],在矢狀位、冠狀位及軸位對ROI位置進(jìn)行調(diào)整,使ROI區(qū)只測量松質(zhì)骨,避免皮質(zhì)骨。股骨近端ROI的設(shè)置方法為股骨大轉(zhuǎn)子處,其他設(shè)置均與脛骨測量相同。CT結(jié)果由至少2名影像科醫(yī)生進(jìn)行分析。間隔1個月以上后,隨機(jī)抽取30例患者CT資料,兩位醫(yī)生再次對該30例患者的CT值進(jìn)行測量。

通過計算機(jī)軟件將所測感興趣區(qū)的CT 值轉(zhuǎn)換為骨密度值,計算公式為:骨密度值=(骨松質(zhì)CT值-骨模CT值)/(骨模CT值-水模CT值)×標(biāo)準(zhǔn)體模羥磷灰石密度[7]。根據(jù)國際臨床骨密度學(xué)會推薦數(shù)據(jù),骨密度>120 mg/cm3為骨密度正常,80～120 mg/cm3為低骨量,<80 mg/cm3為骨質(zhì)疏松[14]。

1.3 術(shù)后處理 患者分別于術(shù)后3個月、6個月、12個月采用門診復(fù)查、電話隨訪等形式進(jìn)行臨床隨訪,此后每1年進(jìn)行一次門診復(fù)查。每次門診復(fù)查行正側(cè)位X線片,以假體松動為結(jié)局,假體松動的評判標(biāo)準(zhǔn)為正側(cè)位X線片假體周圍透光>2 mm[15]。末次隨訪或發(fā)生假體松動時均再次進(jìn)行QCT與DXA的脛骨與股骨近端的骨密度測量。

2 結(jié) 果

2.1 骨質(zhì)疏松DXA和QCT診斷結(jié)果比較 所有患者均獲隨訪,隨訪時間12～24個月,平均(12.53±2.28)個月。手術(shù)前后QCT的脛骨與股骨近端骨質(zhì)疏松總體診出率均高于DXA的骨質(zhì)疏松診出率(見表2)。兩組術(shù)前脛骨QCT與DXA骨量比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。兩組術(shù)前股骨DXA的骨量減少例數(shù)的比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),但骨質(zhì)正常與骨質(zhì)疏松例數(shù)比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。兩組術(shù)前股骨QCT的骨量比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。總體上看,術(shù)前松動組脛骨與股骨的骨質(zhì)疏松率均高于未松動組(見表3)。

表2 手術(shù)前后QCT與DXA測量股骨與脛骨近端骨質(zhì)情況結(jié)果比較[例(%)]

表3 兩組QCT與DXA測量股骨與脛骨近端骨質(zhì)情況結(jié)果比較[例(%)]

2.2 QCT一致性分析 以術(shù)后脛骨QCT結(jié)果為基礎(chǔ),進(jìn)行測量者間一致性分析。2名測量者對脛骨讀取的骨密度分別為(0.82±0.13)g/cm3、(0.81±0.13)g/cm3,測量結(jié)果有顯著相關(guān)性(ICC=0.96,P<0.01)。測量者內(nèi)差異:隨機(jī)抽取30例患者再次進(jìn)行測量,兩位測量者在不同時間測量的脛骨讀取的骨密度有顯著相關(guān)性(ICC=0.99,P<0.01,見表4)。

表4 測量者QCT測量骨密度值的一致性分析

2.3 TKA術(shù)后QCT與DXA骨量測定與假體松動的相關(guān)性分析 使用QCT與DXA測量TKA術(shù)后脛骨與股骨近端骨密度,分析骨質(zhì)疏松在兩組間的分布情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn),使用QCT與DXA診斷為骨質(zhì)疏松的患者,在兩組間的分布情況差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05,見表5)。

表5 兩組術(shù)后QCT與DXA診斷骨質(zhì)疏松結(jié)果比較(例)

3 討 論

TKA是骨科治療重度退行性膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎的最終治療方法[1]。然而,術(shù)后假體周圍骨質(zhì)損傷、感染或無菌性松動均會導(dǎo)致患者再次行膝關(guān)節(jié)翻修術(shù),其中無菌性假體松動占膝關(guān)節(jié)翻修原因的31%[17-18]。既往研究指出,脛骨近端骨小梁的力學(xué)性能是TKA假體松動的一個重要生物學(xué)決定因素,并研究報道術(shù)后3年內(nèi)脛骨假體松動與脛骨骨密度呈負(fù)相關(guān)[4]。然而,目前還沒有金標(biāo)準(zhǔn)來評估膝關(guān)節(jié)周圍的骨密度?，F(xiàn)階段,DXA是測量骨質(zhì)疏松癥骨密度的常用手段[5],已被證明了在全髖置換術(shù)中預(yù)防假體松動的應(yīng)用價值[19],但DXA的應(yīng)用也存在限制,其對具有多發(fā)骨贅或組織骨化的骨組織不能進(jìn)行較好地骨密度檢測。近年來,有學(xué)者指出QCT較DXA檢測對于前期骨質(zhì)疏松癥的檢查更為準(zhǔn)確[7-10],其不僅可反映立體維度的骨密度,還可同時將松質(zhì)骨和皮質(zhì)骨進(jìn)行區(qū)別,提供非侵入性評估脛骨近端骨小梁的骨密度數(shù)據(jù),理論上應(yīng)該更適合于膝關(guān)節(jié)骨密度的測量[20]。因此,本項研究分析脛骨與股骨近端QCT與DXA的骨密度測量結(jié)果的差異,并進(jìn)一步探討QCT測量脛骨骨密度與假體松動的相關(guān)性。

TKA術(shù)前QCT與DXA的測量結(jié)果均顯示,松動組的骨質(zhì)疏松例數(shù)明顯多于未松動組,證明假體松動與骨密度下降情況高度相關(guān),符合現(xiàn)有研究結(jié)果[21]。骨密度過低會影響假體、骨界面和骨水泥間固定強(qiáng)度,并進(jìn)一步增加膝關(guān)節(jié)遠(yuǎn)期松動發(fā)生風(fēng)險[11]。另經(jīng)分析發(fā)現(xiàn),手術(shù)前后QCT的脛骨與股骨近端骨質(zhì)疏松診出率均高于DXA的骨質(zhì)疏松診出率,說明QCT骨密度測量準(zhǔn)確度高于DXA。QCT實際測量值為體積骨密度,不受骨骼大小影響,具有較高的空間分辨率,可將皮質(zhì)骨和松質(zhì)骨準(zhǔn)確區(qū)分。雖然ROI的選定為手動操作,但經(jīng)QCT觀察員一致性評價發(fā)現(xiàn),不同觀察員測量結(jié)果間具有高度一致性,總體主觀誤差較小,整體反映出QCT測量可信度良好。李佳錄等[13]也探索了QCT對膝關(guān)節(jié)骨密度的重復(fù)性測量一致性,2名測量者分別對膝關(guān)節(jié)9個ROI進(jìn)行了2次重復(fù)性測量,測量結(jié)果均具有高度一致性。

此外,本項研究探索了術(shù)后QCT與DXA診斷為骨質(zhì)疏松例數(shù)在松動與非松動組中的分布情況,結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩組QCT與DXA診斷為骨質(zhì)疏松例數(shù)的分布差異無統(tǒng)計學(xué)意義,說明兩種檢測方式均可較好地發(fā)現(xiàn)骨質(zhì)疏松情況,且測量能力與是否發(fā)生假體松動無關(guān)。此外,TKA術(shù)后所有患者發(fā)生骨質(zhì)疏松的例數(shù)顯著增加,說明隨著患者年齡增加,骨質(zhì)疏松發(fā)病率不斷提高,間接導(dǎo)致假體松動發(fā)生率增加。本項研究結(jié)果提示,術(shù)前脛骨近端QCT較DXA具有更高的假體松動預(yù)測價值,具有準(zhǔn)確性高、敏感度高、可重復(fù)性測量等優(yōu)勢。

現(xiàn)階段,多數(shù)學(xué)者建議在關(guān)節(jié)置換術(shù)前應(yīng)對患者進(jìn)行骨密度檢查[21-22],而膝關(guān)節(jié)CT為TKA患者術(shù)前的常規(guī)檢查,因此未來膝關(guān)節(jié)CT是否可代替TKA術(shù)前DXA骨密度檢查來預(yù)測假體松動的發(fā)生,以減少患者的檢查費(fèi)用與輻射暴露風(fēng)險,并根據(jù)其檢查結(jié)果在臨床手術(shù)治療的同時,加強(qiáng)松動高風(fēng)險患者骨質(zhì)疏松的相關(guān)干預(yù),值得臨床進(jìn)行進(jìn)一步研究探索。由于本研究存在一些缺陷,研究樣本局限于行TKA的骨關(guān)節(jié)炎患者,同時未對TKA術(shù)后脛骨與股骨間骨密度差異進(jìn)行分析,未來仍需進(jìn)一步深入研究。

綜上所述,QCT具有良好的可信度與可重復(fù)性,TKA術(shù)前采用QCT對脛骨近端骨密度進(jìn)行測量可一定程度預(yù)測術(shù)后假體松動,可為臨床方案的選擇提供參考,值得在臨床進(jìn)行推廣。