股骨近端解剖學(xué)參數(shù)與股骨頸髓腔前后徑的相關(guān)性研究

楊序程 周一新 楊德金

全髖關(guān)節(jié)置換術(shù)(total hip arthroplasty，THA)是治療晚期髖關(guān)節(jié)疾病的主要策略[1]，然而對(duì)于年齡<55歲或運(yùn)動(dòng)需求較高的患者，應(yīng)盡可能多地保留骨量，關(guān)于這一點(diǎn)已經(jīng)達(dá)成了廣泛共識(shí)[2-3]。股骨頭表面置換術(shù)、股骨頭半頭切除術(shù)等術(shù)式為外科醫(yī)生提供了更優(yōu)的選擇[4-5]，其假體型號(hào)的選擇尤為重要。假體型號(hào)的選擇除了需要獲得與股骨上端髓腔良好的匹配外，還與股骨頸髓腔的空間分布密切相關(guān)[6]。本研究通過(guò)測(cè)量正常成人股骨頭直徑(femoral head diameter，F(xiàn)HD)、股骨頸長(zhǎng)度(femoral neck length，F(xiàn)NL)及股骨頸髓腔上下徑(femoral neck width in coronal plane，cFNW)等解剖學(xué)參數(shù)，一方面是為分析正常人群股骨近端解剖學(xué)參數(shù)的分布特點(diǎn)，以便于假體的選擇與設(shè)計(jì)；另一方面是為探討股骨近端解剖學(xué)參數(shù)與股骨頸髓腔前后徑(femoral neck width in sagittal plane ，sFNW)的相關(guān)性，以便術(shù)前充分評(píng)估股骨頸髓腔的空間結(jié)構(gòu)。

資料與方法

一、資料

病例納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)年齡18～75歲；(2)所有CT數(shù)據(jù)均來(lái)自同一臺(tái)64排螺旋CT機(jī)；(3)有完整的右側(cè)髖關(guān)節(jié)CT數(shù)據(jù)。病例排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)合并股骨發(fā)育不良、骨折、腫瘤、損傷及病變等；(2)既往有股骨手術(shù)史；(3)存在可能影響股骨形態(tài)結(jié)構(gòu)的疾病或藥物服用史。

根據(jù)病例納入與排除標(biāo)準(zhǔn)抽取2008年1月至2010年12月北京積水潭醫(yī)院影像數(shù)據(jù)庫(kù)中的正常成人右髖關(guān)節(jié)CT數(shù)據(jù)，對(duì)應(yīng)編號(hào)，利用隨機(jī)數(shù)生成器依次隨機(jī)抽取100名正常成人。

二、方法

將髖關(guān)節(jié)CT數(shù)據(jù)以DICOM格式保存并導(dǎo)入Mimics 17.0圖像分析軟件(Materialize公司，比利時(shí))。定義圖像方向后，構(gòu)建右側(cè)股骨三維模型，通過(guò)股骨頭中心和股骨近端解剖軸確定測(cè)量平面，所有參數(shù)的測(cè)量均在同一測(cè)量平面進(jìn)行。利用Mimics 17.0軟件CAD模塊功能模擬一個(gè)球體，調(diào)整該球體的直徑和位置，使得球體與股骨頭邊緣獲得最佳貼合。將該球體的球心定義為股骨頭中心，球體的直徑定義為FHD。將測(cè)量平面上股骨頭中心至股骨外側(cè)皮質(zhì)之間的距離定義為FNL。將股骨頸在冠狀面上最狹窄部位的距離定義為cFNW。利用Mimics 17.0軟件CAD模塊功能模擬一個(gè)圓柱體，調(diào)整圓柱體直徑和位置，使圓柱體剛好和股骨頸內(nèi)側(cè)皮質(zhì)相切，將該圓柱體的直徑定義為sFNW。由于股骨頸髓腔的最大直徑(及圓柱體直徑)是由sFNW決定的，所以圓柱體的直徑可代表sFNW。

三、統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

結(jié) 果

一、解剖學(xué)參數(shù)測(cè)量結(jié)果

共納入100名正常成人的右髖關(guān)節(jié)CT數(shù)據(jù)。其中，男62例，女38例，年齡(39.1±15.9)歲。男性組和女性組年齡差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.514)。各解剖學(xué)參數(shù)測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。

二、FHD、FNL、cFNW及sFNW的分布情況

95%的成人FHD為42.1～52.2 mm，其中男性為45.5～52.3 mm, 女性為40.8～47.6 mm(圖1)。95%的成人FNL為58.5～75.0 mm，其中男性為62.0～76.2 mm，女性為57.3～68.5 mm(圖2)。95%的成人cFNW為26.6～35.6 mm，其中男性為28.8～36.0mm，女性為25.6～32.1 mm(圖3)。95%的成人sFNW為16.7～23.7 mm，其中男性為18.1～24.2 mm，女性為15.8～21.5 mm(圖4)。

三、FHD、FNL和cFNW與sFNW的相關(guān)性

線性相關(guān)分析結(jié)果顯示，F(xiàn)HD、FNL和cFNW與sFNW均呈正相關(guān)(均P<0.001)，r分別為0.78、0.51、0.76，其中FHD和cFNW與sFNW呈強(qiáng)相關(guān)，F(xiàn)NL與sFNW呈中等相關(guān)(表2)。

在男性中，F(xiàn)HD和cFNW與sFNW呈正相關(guān)(均P<0.001)，r分別為0.63、0.70；FNL與sFNW存在線性相關(guān)關(guān)系(P=0.020)，但相關(guān)性不強(qiáng)(r=0.30)。在女性中，F(xiàn)HD和cFNW與sFNW呈正相關(guān)(均P<0.001)，r分別為0.70、0.67；而FNL與sFNW之間不存在線性相關(guān)關(guān)系(P=0.320)。

表1 研究對(duì)象各參數(shù)結(jié)果

注：a表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。FHD：股骨頭直徑；FNL：股骨頸長(zhǎng)度；cFNW：股骨頸骨髓腔上下徑；sFNW：股骨頸髓腔前后徑

圖1 FHD的頻率分布直方圖

圖2 FNL的頻率分布直方圖

圖3 cFNW的頻率分布直方圖

由于FDH和cFNW與sFNW之間存在密切的線性相關(guān)關(guān)系，故以FDH和cFNW為自變量，sFNW為因變量，進(jìn)一步行線性回歸分析。得到線性回歸方程分別為sFNW=0.54FHD-5.44，sFNW=0.60cFNW+1.50。對(duì)于男性，線性回歸方程為sFNW=0.56FHD-6.00，sFNW=0.52cFNW+4.19。對(duì)于女性，線性回歸方程為sFNW=0.59FHD-7.21，sFNW=0.58cFNW+1.91。見(jiàn)圖5。

圖4 sFNW的頻率分布直方圖

參數(shù)樣本量r值P值男性組r值P值女性組r值P值FHD0.78<0.001a0.63<0.001a0.70<0.001aFNL0.51<0.001a0.300.0200.170.320cFNW0.76<0.001a0.70<0.001a0.67<0.001a

注：a表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義

圖5 線性回歸分析

討 論

隨著THA的不斷發(fā)展以及患者呈現(xiàn)年輕化的趨勢(shì)，為了降低未來(lái)可能的翻修手術(shù)難度，盡可能多地保留患者股骨骨量，股骨頭半頭切除術(shù)、保留股骨頸型THA逐漸成為越來(lái)越多醫(yī)生和患者的選擇。這些手術(shù)采用的假體均為非骨水泥型股骨柄。假體早期穩(wěn)定主要依靠“大鎖定”機(jī)制即假體柄與股骨頸和股骨近端髓腔的良好匹配來(lái)實(shí)現(xiàn)，中遠(yuǎn)期穩(wěn)定主要依靠“微鎖定”即假體表面優(yōu)化誘導(dǎo)的骨長(zhǎng)入來(lái)實(shí)現(xiàn)[1,7]；而骨長(zhǎng)入的前提是假體獲得良好的初始穩(wěn)定性。因此，充分了解股骨近端髓腔解剖學(xué)參數(shù)、股骨頸髓腔解剖學(xué)參數(shù)和空間分布就顯得至關(guān)重要。

既往研究側(cè)重于測(cè)量股骨干直徑、頸干角、前傾角等參數(shù)[8]，很少測(cè)量股骨頭頸部參數(shù)；而且多基于X線片測(cè)量，由于患者體位的影響及X線的局限，測(cè)得的參數(shù)往往不精確[9]。由于股骨頸髓腔從近端到遠(yuǎn)端，長(zhǎng)軸由水平逐漸過(guò)渡為豎直，所以單純通過(guò)cFNW來(lái)判斷股骨頸髓腔的空間分布是不充分的，應(yīng)結(jié)合sFNW來(lái)判斷。股骨頸髓腔的最小直徑是由sFNW決定的，需通過(guò)三維重建后才可獲得測(cè)量參數(shù)[10]。因此，本研究基于三維CT重建，通過(guò)測(cè)量股骨近端的解剖學(xué)參數(shù)，探討其與股骨頸髓腔前后徑的關(guān)系，以便于術(shù)前充分評(píng)估股骨頸髓腔空間結(jié)構(gòu)。

近年來(lái)，關(guān)于股骨近端解剖學(xué)參數(shù)的研究主要集中于股骨頭直徑、頸干角、股骨髓腔內(nèi)徑、股骨頸冠狀面寬度等股骨近端解剖學(xué)參數(shù)[11-13]。蔡宏等[14]基于術(shù)前髖關(guān)節(jié)正側(cè)位X線對(duì)初次行THA的正常股骨髓腔近端解剖學(xué)參數(shù)進(jìn)行了研究，測(cè)量數(shù)據(jù)主要包括頸干角、偏心距、股骨頸長(zhǎng)度等。結(jié)果顯示，我國(guó)正常成人股骨髓腔近端解剖學(xué)參數(shù)與歐美人群的解剖學(xué)參數(shù)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。石利濤等[15]基于髖關(guān)節(jié)CT三維重建數(shù)據(jù)分析了髖部骨折患者股骨近端三維幾何解剖形態(tài)的變化及意義，測(cè)量數(shù)據(jù)主要包括股骨頸前傾角、頸干角、股骨頭直徑、股骨頸軸長(zhǎng)度和骨密度。結(jié)果顯示，股骨頸前傾角和骨密度之間呈正相關(guān)(r=0.347，P<0.05)，頸干角和骨密度之間呈負(fù)相關(guān)(r=-0.340，P<0.05)，但線性相關(guān)程度均較低。

本研究結(jié)果顯示，正常成人FHD、FNL、cFNW及sFNW均符合正態(tài)分布，男性組的FHD、FNL、cFNW及sFNW均明顯大于女性組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.001)。考慮這可能是由于男女生理結(jié)構(gòu)差異所致，故按照性別進(jìn)行分組分析。在男性中，F(xiàn)HD、FNL、cFNW及sFNW的95%參考值范圍分別為45.5～52.3 mm、62.0～76.2 mm、28.8～36.0 mm和18.1～24.2 mm；在女性中，F(xiàn)HD、FNL、cFNW和sFNW的95%參考值范圍分別為40.8～47.6 mm、 57.3～68.5 mm、25.6～32.1 mm、15.8～21.5 mm。這與既往研究結(jié)果一致[16-17]。線性相關(guān)分析結(jié)果顯示，F(xiàn)HD、FNL和cFNW與sFNW均呈正相關(guān)(均P<0.001)，r=0.78、0.51、0.76。這表明sFNW隨著FHD、FNL和cFNW的增大而增大，且FHD和cFNW與sFNW呈強(qiáng)相關(guān)，而FNL與sFNW呈中等相關(guān)。因此，股骨頭直徑的增加意味著股骨頸前后徑與上下徑相應(yīng)增加，而股骨頸長(zhǎng)度的增加不一定會(huì)導(dǎo)致股骨頸前后徑與上下徑明顯增加，這對(duì)于假體的選擇有著直接的意義。FHD、FNL和cFNW與sFNW的Pearson相關(guān)系數(shù)在男性中分別為0.63、0.30、0.70，在女性中分別為0.70、0.17、0.67。這表明女性FHD和cFNW與sFNW之間的線性相關(guān)性較男性更強(qiáng)。

由于FNL與sFNW線性相關(guān)程度不高，所以僅對(duì)FHD和cFNW與sFNW進(jìn)行回歸分析，結(jié)果顯示，F(xiàn)HD、cFNW與sFNW的線性關(guān)系可以表達(dá)為sFNW=0.54FHD-5.44，sFNW=0.60cFNW+1.50。由于男性和女性的FDH、cFNW及sFNW參數(shù)之間差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，所以按照性別分布進(jìn)行回歸分析。結(jié)果顯示，在男性中，sFNW=0.56FHD-6.00，sFNW=0.52cFNW+4.19；在女性中，sFNW=0.59FHD-7.21，sFNW=0.58cFNW+1.91。

本研究發(fā)現(xiàn)FHD和cFNW與sFNW存在密切的線性相關(guān)關(guān)系，而FHD和cFNW可通過(guò)髖關(guān)節(jié)正位X線片測(cè)量獲得，為術(shù)前評(píng)估股骨頸髓腔的空間分布提供了新的思路。這對(duì)于關(guān)節(jié)假體型號(hào)的選擇至關(guān)重要，在假體能夠很好匹配的同時(shí)，可避免假體柄撞擊或穿透股骨頸皮質(zhì)，對(duì)于股骨頸骨折、轉(zhuǎn)子間骨折內(nèi)固定術(shù)和股骨頭髓芯減壓術(shù)等有一定的指導(dǎo)意義。今后可通過(guò)多中心、大樣本及高精度的測(cè)量方法來(lái)統(tǒng)計(jì)我國(guó)正常人群的股骨近端解剖學(xué)參數(shù)，以便指導(dǎo)人工髖關(guān)節(jié)假體的設(shè)計(jì)和改進(jìn)。

綜述所述，F(xiàn)HD和cFNW與sFNW存在密切的線性相關(guān)關(guān)系，可用于預(yù)測(cè)sFNW參數(shù)值，進(jìn)而評(píng)估股骨頸髓腔空間分布。