髖部骨折患者股骨近端三維幾何解剖形態變化及意義

石利濤，劉彥博，趙景新，穆懷招，曹向宇(承德醫學院附屬醫院，河北承德067000；隆化縣醫院)

髖部骨折是好發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)是骨質疏松癥臨床診斷以及骨折風險預測評估的常用指標。研究發現，股骨近端BMD降低及髖部幾何解剖學形態異常均有可能導致髖部骨折的發生[2]。本研究探討髖部骨折患者股骨近端三維幾何解剖形態變化及其與BMD的關系。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選擇2017年7～11月承德醫學院附屬醫院收治的單側單純髖部骨折患者60例，均為跌倒所致，并經影像學檢查證實，排除合并甲狀旁腺疾病、腎臟疾病、糖尿病、結核及長期應用激素等可能影響BMD者。根據骨折部位將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12例、右側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14例、右側16例。選擇同期體檢中心進行體檢的健康志愿者30例作為對照組，男15例、女15例，年齡50～85(68.2±8.8)歲。三組性別構成比及年齡均具有可比性。本研究通過醫院倫理委員會審核，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，掃描參數設置：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，股骨中部標記激光標志線。從恥骨聯合下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模型(以下稱股骨近端解剖模型)建立 受試者均行常規下肢CT檢查，股骨頸骨折組、股骨粗隆間骨折組掃描骨折側下肢，對照組掃描任意一側下肢。采用SIEMENS SOMATOM Sensation 64層螺旋CT機掃描成像，參數設置：層厚0.625 mm，掃描電壓120 kV，電流100 mA，準直器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節。掃描完成后將獲得資料導入Mimics10.01醫學圖像處理軟件，建立股骨近端解剖模型。

1.4 股骨近端解剖模型相關參數測量 于1.3中建立的股骨近端解剖模型上行三維空間測量，將股骨頭中心點設為A點，由軟件自動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設為B點，膝關節中心點設為C點，由股骨髁間窩中點和脛骨內外側平臺連線中點進行連線，再與股骨遠端髁切線形成交點。以AB連線為股骨頸軸線、BC連線為股骨解剖軸線、CA連線為股骨機械軸線。測量股骨近端解剖模型相關參數，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為股骨遠端后髁平面(標準下肢冠狀面)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參數與BMD的相關性分析 采用Pearson相關分析法分析股骨近端解剖模型相關參數與BMD的關系。

2 結果

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比較差異無統計學意義(P>0.05)。

2.2 三組股骨近端解剖模型相關參數比較 股骨頸骨折組FNAA小于股骨粗隆間骨折組和對照組，股骨粗隆間骨折組NSA大于股骨頸骨折組和對照組(P<0.05或<0.01)。股骨粗隆間骨折組與對照組FNAA比較、股骨頸骨折組與對照組NSA比較差異均無統計學意義(P均>0.05)。三組FHD、LFNA比較差異均無統計學意義(P均>0.05)。見表1。

表1 三組股骨近端三維幾何解剖形態相關參數比較

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

2.2 股骨近端解剖形態相關參數與BMD的關系 Pearson相關分析結果顯示，FNAA與BMD呈正相關關系(r=0.347，P<0.05)，NSA與BMD呈負相關關系(r=- 0.340，P<0.05)，FHD、LFNA與BMD均無明顯相關性(P均>0.05)。

3 討論

髖部若遭受較大的應力，而不能有效地將髖部有害應力抵消，則容易發生髖部骨折。流行病學數據顯示，約88%的髖部骨折與患者合并骨質疏松有關[3]。既往研究顯示，股骨頸BMD檢測有助于預測髖部骨折的發生，但BMD難以精確反映髖部關節的形態學改變[4,5]。髖部BMD降低常伴有骨轉換異常、局部骨量減少，此外礦物質代謝、顯微病理結構、骨痂組織有機物含量降低等因素也可能導致骨組織強度降低，從而增加髖部骨折的風險。BMD是早期診斷骨質疏松、預測骨質疏松性骨折的可靠方法，WHO對骨質疏松診斷標準的制定亦是基于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構數據，認為與年齡增長相關的髖部骨皮質變薄和強度下降是股骨頸骨折的危險因素。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。李毅中等[7]研究結果顯示，女性髖部骨折患者的股骨頸骨密度、股骨頸和轉子間的骨橫截面積及皮質厚度均顯著低于健康女性，屈曲應力比顯著高于健康女性；該研究認為女性髖部骨折患者的股骨頸BMD及髖關節骨強度均發生明顯改變，患者骨強度降低，髖關節結構分析(HSA)提供的結構強度參數可用于預測髖部骨折的風險。因此，了解股骨近端三維幾何解剖形態改變對于預測髖部骨折具有重要意義。

既往關于骨骼幾何解剖形態學的研究多是基于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線吸收法分析髖關節軸線長度及強度對預測髖部骨折發生的影響，Ito等[9]采用CT掃描分析日本老年人群髖部形態與髖部骨折發生的關系。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測量數據。近年來隨著計算機輔助設計(CAD)及三維重建技術的迅速發展，使得股骨近端三維幾何解剖形態的研究更為精準[10]。本研究中股骨近端三維幾何解剖形態的測量方法是基于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據，且具有操作簡便、重復性強、精確性高等優點。股骨CT掃描后重建可更加全面地反映股骨的實際幾何形態。通常對于股骨扭轉角、前傾角等角度的測量，主要是以股骨髁平面為基準，由于CAD可以在空間內任意旋轉，因此坐標系可任意設定。既往關于三維幾何解剖形態的研究進行髓外測量時多以股骨頭中心作為坐標原點，股骨干軸線方向作為縱軸(Z軸)，股骨頸軸線在此坐標系X-Y平面的投影作為X軸，以此坐標系進行股骨近端幾何參數測量對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穩定性。本研究結果顯示，股骨頸骨折組FNAA小于股骨粗隆間骨折組和對照組，股骨粗隆間骨折組NSA大于股骨頸骨折組和對照組，三組FHD、LFNA比較差異均無統計學意義；提示FNAA減小與NSA增大均與髖部骨折類型有關，二者的測量有助于判斷髖部骨折風險及骨折部位。本研究結果顯示，FNAA與BMD呈正相關關系，NSA與BMD呈負相關關系，而FHD、LFNA與BMD均無相關性；結合髖骨骨折類型，提示FNAA及BMD越小者可能越容易發生股骨頸骨折，NSA越大、BMD越小者可能越容易發生股骨粗隆間骨折。與龔偉華等[2]、張煜等[14]研究結果一致。

綜上所述，髖部骨折患者股骨近端三維幾何解剖形態發生變化，FNAA減小與NSA增大與髖部骨折類型有關，結合BMD可預測髖部骨折發生的風險及部位。

參考文獻：

[1] Papadimitriou N, Tsilidis KK, Orfanos P, et al. Burden of hip fracture using disability-adjusted life-years: a pooled analysis of prospective cohorts in the CHANCES consortium[J]. Lancet Public Health, 2017,2(5):e239-e246.

[2] 龔偉華,曾一鳴,唐堅,等.髖部骨折的發生與股骨近端三維幾何解剖形態的相關性研究[J].醫用生物力學,2013,28(1):109-114.

[3] Wejjakul W, Chatmaitri S, Wattanarojanaporn T, et al. Bilateral femoral neck fractures in cerebrotendinous xanthomatosis treated by hip arthroplasties: the first case report and literature review[J]. J Orthop Case Rep, 2017,7(5):54-58.

[4] 黎宇,廖瑛,黃煊懷.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[J]. 中國臨床醫學影像雜志,2012,23(6):410-413.

[5] 林梓凌,李鵬飛,龐智暉,等.骨密度與老年髖部骨折股骨近端三維有限元模型密度的關系[J].中國老年學雜志, 2015,11(9):3069-3070.

[6] Zhang L, Lv H, Zheng H, et al. Correlation between parameters of calcaneal quantitative ultrasound and hip structural analysis in osteoporotic fracture patients[J]. PLoS One, 2015,10(12):e0145879.

[7] 李毅中,蔡思清,顏麗笙,等.不同類型髖部骨折骨密度和髖部結構變化[J].中華骨質疏松和骨礦鹽疾病雜志,2015,3(11):243-245.

[8] Leslie WD, Majumdar SR, Morin SN, et al. FRAX for fracture prediction shorter and longer than 10 years: the Manitoba BMD registry[J]. Osteoporos Int, 2017,28(9):2557-2564.

[9] Ito M, Wakao N, Hida T, et al. Analysis of hip geometry by clinical CT for the assessment of hip fracture risk in elderly Japanese women[J]. Bone, 2010,46(2):453-457.

[10] Zheng P, Yao Q, Xu P, et al. Application of computer-aided design and 3D-printed navigation template in Locking Compression Pediatric Hip Plate[Formula: see text] placement for pediatric hip disease[J]. Int J Comput Assist Radiol Surg, 2017,12(5):865-871.

[11] Chana-Rodríguez F, Maanes RP, Rojo-Manaute J, et al. 3D surgical printing and pre contoured plates for acetabular fractures[J]. Injury, 2016,47(11):2507-2511.

[12] Lee WS, Park JK, Kim JH, et al. New approach to accuracy verification of 3D surface models: an analysis of point cloud coordinates[J]. J Prosthodont Res, 2016,60(2):98-105.

[13] Benum P, Aamodt A. Uncemented custom femoral components in hip arthroplasty. A prospective clinical study of 191 hips followed for at least 7 years[J]. Acta Orthop, 2010,81(4):427-435.

[14] 張煜,孫榮彬,郁忠杰,等.股骨近端三維幾何解剖形態對髖部骨折的發生影響分析[J].實用臨床醫藥雜志,2016,20(23):167-168.