髖臼骨性關節面旋轉對稱性研究

朱 琦,忻振凱,黃德民,婁 楠,余志才,慕晶晶

傳統觀點認為髖關節是球窩關節，髖臼和股骨頭的球形中心都是髖關節旋轉中心(hip joint centerofrotation,HJC)[1-3]。然而有一些研究髖關節骨性關節炎病因的學者[4-5]意識到髖關節不一定是球窩關節。有研究[6]認為髖關節更加接近于帕斯卡蝸線旋轉體，也有研究[7]認為髖臼更加接近于橢圓旋轉體。無論是球體、橢圓旋轉體還是帕斯卡蝸線旋轉體，都需要首先假設髖臼的形態是旋轉對稱的，也就是存在一個旋轉軸。如果存在垂直于旋轉軸的橫截面，旋轉體在任意橫截面上都是圓，也就是旋轉體在同一橫截面上的任意部分曲率應該相同。但是目前無法確定髖臼是否是旋轉對稱的，是否接近于旋轉體。本研究對香港大學影像資料庫中2009年8月～2014年3月行骨盆CT掃描的55例研究對象的影像資料進行測量，報道如下。

1 材料與方法

1.1 研究對象納入標準：① 中國人；② 髖關節無癥狀。排除標準：① 髖關節有疼痛或畸形；② 髖關節骨性關節炎；③ 髖關節類風濕關節炎；④ 存在股骨頭壞死；⑤ 既往有髖部骨折或接受過手術。本研究共納入55例(110髖)，男22例(44髖)，女33例(66髖)，年齡20～40歲。本研究遵從2000年版赫爾辛基宣言。

1.2 CT掃描及3D重建所有研究對象使用螺旋CT掃描，投照姿勢：仰臥位，雙下肢處于完全伸直、旋轉中立位，足趾豎直朝上。CT掃描厚度0.625 mm，管電壓120 kV，管電流 80 mA，掃描范圍包括雙側髖關節及整個骨盆，掃描圖像以DICOM格式保存。將DICOM圖像導入Mimics 19.0 軟件進行3D重建，步驟如下：調校對比→閾值設定→區域延伸→3D重建。

1.3 模型測量將3D重建模形導入3-matic research 11.0軟件。髖臼骨性邊緣有3個凸起分別為前上凸起、前下凸起、后下凸起，確定3個凸起的最凸出點，通過3個最凸出點可以確定一個圓(髖臼開口圓)，軟件自動確定圓的中心，為髖臼開口中心。在髖臼的關節面上確定任意1個點，通過這點和髖臼邊緣的3個最凸出點可確定一個球形(髖臼球)，軟件自動顯示球形中心，此中心為HJC。連接HJC和髖臼開口中心得到髖臼軸線。以髖臼開口圓為平面建立草圖，在草圖上確立髖臼切跡的中點，通過髖臼軸線和髖臼切跡中點確立0°基準面，以髖臼軸線為旋轉軸，將0°基準面旋轉360°,每旋轉60°復制一次，可得到60°、120°、180°、240°、300°、360°共6個基準平面，通過軟件確定髖臼骨性關節面與每個基準平面的相交曲線，所有相交曲線將髖臼骨性關節面分為0°～60°、60°～120°、120°～180°、180°～240°、240°～300°、300°～360° 6個區域(見圖1A)。對每個區域進行標記并復制(見圖1B)，對該標記區域使用建立擬合球體功能，擬合球的半徑可視為這一標記區域關節面的曲率(見圖1C)。用同樣方法標記整個髖臼骨性關節面，建立擬合整個髖臼骨性關節面的球體，測量整個關節面曲率，計算每個區域關節面曲率與整體關節面曲率的比值。曲率比值>1表示此區域較整體骨性關節面平坦，且比值越大表明該區域相對整個關節面越平坦；曲率比值=1表示此區域關節面彎曲程度與整體骨性關節面相同；曲率比值<1表示此區域較整體骨性關節面彎曲程度更高。為了便于每個區域的比較，左髖以逆時針方向測量，右髖以順時針方向測量，以保證在左側和右側髖關節中，0°～60°區域均包含髖臼前腳，300°～360°區域均包含髖臼后腳。

圖1 確定髖臼骨性關節面不同區域并測量曲率 A.將髖臼骨性關節面分為6個區域；B.對劃分的區域分別進行標記，圖中箭頭所示暗色區域為300°～360°區域；C.對標記區域(箭頭所示暗色區域)使用建立擬合球體功能，擬合球的半徑可視為這一區域關節面的曲率

1.4 測量評估從所有研究對象中隨機選擇10例，由兩位醫師分別測量，1個月后其中一位醫師對10例再單獨測量，共得到3組數據。計算這3組數據的組內相關系數(intraclass correlation coefficient，ICC)，評估測量方法的可靠性，ICC>0.75表示可靠性高。

2 結果

ICC在不同測量者間為0.95，同一測量者不同時間為0.91，表明本研究的測量方法可靠性較高，可僅選擇一位測量者進行數據測量。

男、女0°～60°區域曲率比值均大于60°～120°、120°～180°、180°～240° 3個區域曲率比值，差異均有統計學意義(P<0.05)，其余同性別內各區域曲率比值之間比較差異均無統計學意義(P>0.05)。不同性別對應區域曲率比值比較差異均無統計學意義(P>0.05)。見表1。

表1 關節面不同區域的曲率比值

3 討論

為了對髖關節手術進行術前模擬及對步態和髖關節周圍肌肉力學進行相關的研究，需要準確的確定HJC，計算相關的運動力學[8]。研究[6-7]發現，帕斯卡蝸線旋轉體或橢圓旋轉體可以更好地模擬髖關節。本研究結果顯示髖臼骨性關節面0°～60°區域曲率比值明顯大于其他區域，且與60°～120°、120°～180°、180°～240° 3個區域比較差異均有統計學意義，表明關節面不是旋轉對稱的，不是旋轉體，所以無論是球形、帕斯卡蝸線旋轉體或橢圓旋轉體都不能完全模擬髖臼的形態，提示需要發展更加合適的模型來模擬髖關節以確定HJC。

對于髖臼撞擊引起的骨性關節炎，以往的研究集中于髖臼頂和前后壁[9]，后續研究逐漸發現髖臼下部的骨性形態也關系到髖關節的穩定性，髖臼下部也會發生股骨頸和髖臼的撞擊[10-12]。目前研究提示骨性關節炎可能是繼發于髖臼邊緣的撞擊[13]。Steppacher et al[14]研究發現，發育不良的髖臼在前下方對股骨頭的包容較少，內凹的髖臼在前下方對股骨頭的包容較多。Hatem et al[15]的研究結果顯示髖臼前腳包容性比后腳弱。Tibor et al[11]研究認為，髖臼前下盂唇損傷的原因可能是一些患者股骨頸前下基底部增生，在髖關節后伸、內旋時和髖臼前下部撞擊引起損傷，或者可能存在關節內或關節外的坐骨股骨撞擊，導致繼發性前下部分不穩定。本研究結果顯示，0°～60°區域曲率比值明顯大于其他區域，提示該區域相對整個關節面而言較平坦，對股骨頭的包容性較小，從而引起前下不穩定，在正常髖關節、髖臼前下方存在不穩定，可引起撞擊進而發展為骨性關節炎。

綜上所述，中國人髖臼骨性關節面并不是旋轉對稱，關節面前下部分較其他部分更加平坦，關節面其他部分接近旋轉對稱。