股骨近端幾何結構結合骨密度預測髖部骨質疏松性骨折風險的可行性分析

黎 宇，廖 瑛，黃煊懷

（南華大學附屬第一醫院骨外科，湖南 衡陽 421001）

骨質疏松癥是一種因骨量低下、骨組織微觀結構破壞，導致骨的脆性及骨折危險性增加的全身性、代謝性骨病[1]。骨折是骨質疏松癥最具破壞性的結局，髖部骨折在骨質疏松引起骨折中數量最大，危害最嚴重[2]。篩查骨質疏松性髖部骨折的易感人群，進行骨質疏松癥和骨質疏松性髖部骨折的預防，具有重大的社會意義。本實驗通過測量股骨近端骨密度和幾何結構，分析其對預測髖部骨質疏松性骨折危險性影響，以便臨床篩選出高風險病人，采取預防措施和進行針對性的治療，減少髖部骨折的發生。

1 資料和方法

1.1 一般資料

收集2010年6月—2011年5月期間就診的髖部新鮮骨質疏松性骨折患者46例，其中男19例，女27 例；年齡 52～90 歲，平均（67.9±8.4）歲；身高 145～172 cm，平均（161.2±8.3）cm；體質量 40～78 kg，平均（55.3±7.6）kg。 對照組 187 例，男 73 例，女 114 例；年齡 50～87 歲，平均（65.7±8.9）歲；身高 135～176 cm，平均（159.4±9.1） cm；體質量 22～86 kg，平均（56.1±9.3）kg。對照組根據骨密度不同，又分為骨量正常組77例、低骨量組58例、骨質疏松組52例。

1.2 測量方法

采用法國MEDILINK公司Osteocore 3型雙能X線骨密度儀，測量部位為股骨近端，骨折組為健側，對照組為左側，雙足固定于與儀器配套的專用固定裝置上，內旋20°，分別取股骨頸、轉子間與大轉子骨密度測量結果，使用該儀器自帶的高級骨科專用分析測量工具包（圖1），完成股骨近端幾何結構的測量。測量的步驟如下：

1.2.1 確定股骨縱軸

在股骨干部分選取水平線（Y坐標相同），將其與股骨干內、外側緣的交點定位X1和X2，平均值為X，同理得出另一水平線股骨干的中點X’，于股骨上方尋找一點C，使三點所圍成的面積為0，該線即為股骨縱軸。

1.2.2 股骨頭圓心的確定

將圓弧通過股骨頸長軸與股骨頭邊緣的交點，沿股骨頸長軸調整圓心，使圓弧與股骨頭投影邊緣大致重疊。

1.2.3 參數的測量

股骨頸軸長（Femoral neck axis length，FNAL），頸干角（Femoral neck angle，FNA），頸長（Intertrochanter head，IH）由高級骨科專用分析測量工具包自動計算；內側偏距（Media offset，MO）為圓心至股骨縱軸的距離（圖2）。

實驗數據經統計學處理分析，計量資料經正態性檢驗及方差齊性檢驗。正態計量資料的假設檢驗采用t檢驗。以上統計分析采用SPSS 13.0 for Windows（SPSS lnc，Chicago，USA）軟件完成。

2 結果

各組股骨近端各部位骨密度（T值）見表1，各組股骨近端幾何結構測量值見表2。

上述各組的股骨近端幾何結構測量值均符合正態分布，正常骨量組、低骨量組、骨質疏松組之間FNAL、FNA、MO沒有顯著性差異，骨折組的上述測量值與其它各組比較有顯著性差異（P＜0.05）。骨折組FNAL、MO較其他各組增大，FNA減小。

表1 各組股骨近端各部位骨密度（T值）

表2 各組股骨近端幾何結構測量值

3 討論

當機械壓力超過局部骨所能承受的強度時，就會發生骨折。在骨質疏松癥患者，股骨頸逐漸發生退行性變，皮質骨薄而疏松，骨小梁稀疏，張力骨小梁及壓力骨小梁減少尤其明顯，從而不能承受較大的應力和變形[3]。這些都是骨質疏松癥患者容易骨折的內因。由于老年人反應靈敏度下降，運動量減少，肌力下降，再加上有些老年人患中風后遺癥，肥胖或腰腿痛后，均可使老年人行走不穩，易于跌倒，是造成髖部骨折的外因[4]。骨折危險性評估工具（Fracture risk assessment tool，FRAX）是通過評測年齡、性別、體質量、身高、既往骨折史、父母髖部骨折、抽煙、腎上腺皮質激素、風濕性關節炎、繼發性骨質疏松癥、飲酒、股骨頸骨密度等指標來評價骨折風險的一個計算機評價軟件[5]。Kanis教授在2008年使用FRAX評估近4萬英國老年人群，發現FRAX能夠被用來評估患者未來10年的骨折可能性，好于單純使用骨密度來評估未來的骨折風險，也好于使用骨密度聯合一個或多個骨折風險因子來評估患者未來的骨折風險[6]。但臨床上不具備以上危險因素而發生骨質疏松性骨折的患者并不鮮見，在本研究中，46例剛發生骨質疏松性髖部骨折的患者使用FRAX工具進行分析時得出的骨折風險不高，最高值為3.57%，最低值為0.19%，絕大多數患者在1%左右，這就為篩選出高骨折風險的患者造成了困難。Robbins等[7]在臨床診療過程中也發現了許多骨量在正常范圍內卻具高骨折風險的患者，認為單一的骨量指標并不能理想預測骨的力學性能。本研究結果顯示髖部骨質疏松性骨折患者的股骨近端幾何結構與對照組有顯著性差異，說明FNAL和MO的增加以及FNA的變小是重要的危險因素，可能是FRAX評估骨折低風險患者發生髖部骨折的原因。

對于FNAL與骨質疏松性髖部骨折的關系，已有許多學者進行了研究。Pulkkinen等[8]在對股骨骨折風險預測的研究中發現，在結合股骨整體解剖結構和顯微結構兩個因素后，將顯著提高對該部位骨折的破壞載荷的預測。其中股骨頸部位的松質骨量和FNAL是預測該部位破壞載荷的主要相關因素，當這兩個因素與該部位的骨密度結合后，預測相關性更高。國外的一些研究認為髖軸長可以預測股骨頸骨折的發生，且與股骨頸骨折發病率呈正相關，老年女性髖軸長每增加一個標準差，其髖部骨折發病率就增加1.8倍[9]。國內外的一些研究發現，發生髖部骨折的老年女性的平均髖軸長要明顯大于非骨折對照組[10]。有學者對比研究了中國與歐洲婦女，發現中國婦女髖軸長與FNAL明顯減小，認為這是亞洲女性髖部骨折發病率較低的原因[11]。髖軸長與FNAL相比，僅僅增加了關節間隙的軟骨厚度和髖臼內側壁的厚度，而這兩項僅在發生髖關節骨關節炎和髖臼發育異常等少見情況時才發生變化，可以認為它們有高度的相關性。本實驗得到的結論也證實骨質疏松性髖部骨折患者FNAL的長度較對照組增加，與以上學者的觀點一致。

骨的受力方向對骨折的發生也有著重要意義。骨承受壓力負荷能力最大，其次是拉力、剪切力和扭轉力。在骨質疏松的松質骨中，當載荷的角度傾斜30°后，引起骨折的載荷量下降了24%[12]。本實驗研究的MO和IH是從人工髖關節假體力學分析中引入來描述股骨近端幾何結構的，反映的是股骨近端在重力、扭轉力或剪切力下的力臂，它與力的大小的乘積即為扭矩，表示的是在該作用力下骨骼的負荷。在作用力不變的情況下，MO和IH變長也能使骨骼的負荷明顯增加，增加骨質疏松癥患者髖部骨折的風險。本實驗中，髖部骨折組的MO和IH較對照組明顯增大，與力學分析相符（圖3，4）。

目前，大部分學者認為股骨FNA的增大將導致髖部骨折的風險增大。Szulc等[13]認為：骨密度、FNA和皮質厚度都是決定股骨上段骨強度的重要因素。股骨頸骨折者的FNA及髖軸長度都明顯大于正常對照人群。Alonso等[14]發現FNA增加1SD，女性髖部骨折危險性增加3.48倍。但張揚等[15]通過生物力學測試發現股骨FNA的度數與股骨近端極限載荷間沒有明顯的相關性。本研究發現骨質疏松性髖部骨折患者FNA較對照組減小，與以上學者的觀點不同，但更符合生物力學原理。因為FNA為鈍角，它增大后剪切力的力臂減小；同時髖關節旋轉活動時，FNA增大，股骨頭和股骨干的旋轉軸接近，有利于緩沖扭轉力對股骨近端的負荷；而FNA減小的效應剛好相反（圖5）。上述的各個觀點還需要在統一測量方法的基礎上進行大樣本的調查才能得出結論。

骨質疏松性髖部骨折患者FNAL、FNA、MO和IH等股骨近端幾何結構的特點，使股骨近端在受到重力、剪切力或扭轉力時力臂增大，骨骼負荷增加，是導致骨折發生的重要因素。

股骨近端幾何結構分析結合骨密度測定可以提高骨質疏松性髖部骨折風險的預測水平，對骨折的預防有積極意義。

[1]Kanis JA,Melton LJ,Christiansen C,et al.The diagnosis of osteoporosis[J].J Bone Miner Res,1994,9(8):1137-1141.

[2]Nurmi I,Narinen A,Luthje P,et al.Cost analysis of hip fracture treatment among the elderly for the public health services:a l-year prospective study in 106 consecutive patients[J].Arch Orthop Trauma Surg,2003,123(10):551-554.

[3]唐佩福.骨質疏松癥與老年髖部骨折[J].中華老年多器官疾病雜志，2006，5（4）：248-251.

[4]王潤生，王栓柱，李昶，等.老年髖部骨折患者股骨上端機械強度的測定[J]. 骨與關節損傷雜志，2002，17（6）：430-432.

[5]Kanis JA,Borgstrom F,De Laet C,et al.Assessment of fracture risk[J].Osteoporos Int,2005,16(6):581-589.

[6]Kanis JA,McCloskey EV,Johansson H,et al.Case finding for the management of osteoporosis with FRAX-assessment and intervention thresholds for the UK[J].Osteoporos Int,2008,19(10):1395-1408.

[7]Robbins JA,Schott AM,Gamero P,et al.Risk factors for hip fracture in women with high BMD:EPIDOS study[J].Osteoporos Int,2005,16(2):149-154.

[8]Pulkkinen P,Jamsa T,Lochmuller EM,et al.Experimental hip fracture load can be predicted from plain radiography by combined analysis of trabecular bone structure and bone geometry[J].Calcif Tissue Int,2008,19(4):547-558.

[9]Faulkner KG,Cummings SR,Black D,et al.Simple measurement of femoral geometry predicts hip fracture:the study of osteoporotic fractures[J].J Bone Miner Res,1993,8(10):1211-1217.

[10]Duboeuf F,Hans D,Schott AM,et al.Different morphometric and densitometric parameters predict cervical and trochanteric hip fracture:the EPIDOS study[J].J Bone Miner Res,1997,12(11):1895-1902.

[11]Chin K,Evans MC,Cornish J,et al.Differences in hip axis and femoral neck length in premenopausal women of Polynesian,Asian and European origin[J].Osteoporos Int,1997,7(4):344-347.

[12]Turner CH. Biomechanics of bone: determinants of skeletal fragility and bone quality[J].Osteoporos Int,2002,13(2):97-104.

[13]Szulc P,Duboeuf F,Schott AM,et al.Structural determinants of hip fracture in elderly women:re-analysis of the data from the EPIDOS study[J].Osteoporos Int,2006,17(2):231-236.

[14]Alonso CG,Curiel MD,Carranza FH,et al.Femoral bone mineral density,neck-shaft angle and mean femoral neck width as predictors of hip fracture in men and women.Multicenter Project for Research in Osteoporosis[J].Osteoporos Int,2000,11(8):714-720.

[15]張揚，雷偉，吳子祥.老年股骨上段標本幾何參數及骨密度與生物力學性能的相關性分析 [J].中國骨質疏松雜志，2009，15（1）：32-35.