沿股骨轉子間線環周皮質的CT影像學測量及臨床意義

王曉旭,張世民,胡孫君,杜守超,熊文峰

(同濟大學附屬楊浦醫院骨科,上海 200090)

髖部是軀干與大腿的結合部位,髖部活動對日常生活非常重要。由于股骨頸干角的存在,體重負荷在經股骨頭向股骨干傳導的過程中,股骨轉子區的內外側壁承受不同的應力大小和應力方向,內側為壓力側,外側為張力側。內側壁皮質承受的應力遠較外側壁皮質為大。根據Wolff定律,內側壁較外側壁有更高的密度和堅硬程度,這與臨床所見相符。

隨著人口老齡化的發展,股骨轉子間骨折的發生率越來越高。在股骨轉子間骨折的髓內固定手術治療中,皮質的支撐復位具有重要意義[1-2]。股骨轉子間骨折的前內側皮質正性支撐復位,作為一種穩定的非解剖骨折復位技術,具有力學結構支撐(分擔載荷)和生物學促進愈合的雙重效果[3]。目前,前內側皮質支撐在骨折復位中的重要性被大家廣泛接受,但對于前內側皮質在生物力學方面優勢的理論數據,尚缺乏研究[4-5]。

因此,本研究收集了正常人股骨CT影像資料,將資料導入Mimics軟件,進行三維重建;依據張英琪等[6]和王鄭浩等[7]關于股骨近端骨折特征地圖的研究,模擬經過股骨轉子間線的骨折線,截取沿轉子間線環周皮質斜斷面,進行骨折斷面環周皮質的形態學數據測算和分析,為生物力學建模和骨折的皮質支撐復位提供理論參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集同濟大學附屬楊浦醫院骨科30例正常人股骨CT影像資料。納入標準:(1) 年齡>60歲;(2) 男性女性患者各15例;(3) 既往無股骨骨折病史及骨腫瘤病史;(4) 具有完整的CT影像資料;(5) 能自行站立行走及日常活動。

1.2 選取斜切面

將CT影像資料以DICOM格式導入Mimics 15.0軟件,對骨塊進行三維結構重建,依據股骨轉子間骨折線地圖,選取經過股骨轉子間線中線的斜切面。由于轉子間線(帶)是有寬度的,本課題組以大、小轉子最高點的連線作為轉子間線最高緣,選取經過平行于轉子間線最高緣外下約0.5 cm處所在的截面,模擬順向股骨轉子間骨折的骨折線斷面,見圖1。

圖1 沿股骨轉子間線中線斜切面的環周皮質三維重建

1.3 參數測量

圖2 股骨轉子間線環周皮質斜斷面的鐘面分割

圖3 依據股骨轉子間線斜斷面建立的環周皮質模型(A)和A2型轉子間骨折模型(B)

2 結 果

2.1 轉子間線環周皮質參數分布特點

沿轉子間線斜面測量的環周皮質厚度、面積、密度(灰度)和相對強度數據見表1。其分布規律如下:(1) 環周皮質厚度在前內側的T6段為最大,在外側的T1段為最小;(2) 環周皮質面積在前內側的T7段為最大,在后側的T10段為最小;(3) 環周皮質密度在前內側的T5段為最大,在后外側的T12段為最小;(4) 環周皮質相對強度均值在內側的T7段為最大,在后側的T11段為最小,見圖4。

表1 沿轉子間線斜切面的環周皮質測算結果

圖4 皮質相對強度在環周皮質各區段中的變化趨勢

2.2 前內下角區段皮質與非前內下角區段皮質的對比

在完整環周皮質模型中,前內下角區段(T6、T7)的皮質厚度平均(12.96±0.59) mm,非前內下角區段為(5.80±0.44) mm,前內下角區段的皮質厚度明顯較高,為非前內下角區段的2.23倍;前內下角區段的面積平均為(175.58±3.48) mm2,非前內下角區段平均為(84.10±2.44) mm2,前內下角區段皮質面積明顯多于非前內下角區段;前內下角區段的皮質相對強度平均為(392.27±9.35) g/mm,非前內下角區段平均為(145.48±4.51) g/mm,前內下角區段的皮質強度明顯高于非前內下角區段。

2.3 前內下角區段占正常股骨環周皮質強度的比重

在完整環周皮質模型中,前內下角區段雖然僅占環周皮質總長度的1/6,但其面積卻占整個環周皮質面積的29.46%,前內下角區段的皮質強度占環周皮質總強度的35.04%。

2.4 前內下角區段占A2型骨折模型剩余皮質強度的比重

3 討 論

股骨轉子間骨折隨著人口老齡化的發展其發生率逐年上升。解剖上股骨轉子間屬于股骨頸與股骨干之間的干骺端交匯轉換區,近側起自股骨頸基底部,遠側延伸至小轉子下緣的骨干髓腔起始處。此處發生骨折后,由于解剖學頸干角、前傾角和扭轉角的存在,導致重力負荷偏心傳導,使股骨近端具有天然的內翻不穩定傾向。不論是選用髓內或是髓外固定,獲得一個穩定可靠的骨折皮質支撐復位是影響內固定治療效果的最重要前提因素,這樣既有利于骨折愈合,又能減少內固定器械的并發癥[10]。

股骨轉子間骨折發生時,前方為張力側,后方為壓力側,除了形成頭頸和股骨干兩個主要骨塊外,尚有其他次要骨塊,如大轉子、小轉子、外側壁、后方轉子間嵴、延伸至轉子下區域等。股骨轉子區的前內側皮質相對厚實,且多為簡單的骨折線,很少粉碎,該部分皮質骨對位之后相互砥住,具有傳導負荷的能力。因此承受壓力的前內側皮質完整與否,或是否能夠通過骨折復位而獲得重建,對股骨轉子間骨折內固定手術后的整體穩定性有重要影響。1949年,Evans[11]在其分類系統中就認識到內側皮質相互對合砥住的重要性。內側皮質相互接觸砥住之后,即具有承受、傳導負荷的能力,能夠與內固定物一起,分擔經股骨頭傳導的負載。Xiong等[9]對58例不穩定型轉子間骨折(A2型)的3D-CT影像學研究發現,后內側股骨距小轉子骨塊通常分離移位丟失且難以復位,因此前內側皮質就成為骨折復位的直接支撐結構,在轉子間骨折的治療中承擔著主要的穩定性重建作用[12-15]。本研究通過對3D-CT影像數據的測算,為前內側皮質支撐復位提供了解剖學結構基礎。

在股骨轉子間線的環周皮質斜斷面上,其皮質厚度由后外側區域向前內下角區域逐漸增厚,在前內下角區域達到最大的皮質厚度。這意味著從結構特點上來說,手術復位時,前內下角區域皮質更容易復位且達到支撐效果。

從面積和相對強度上來說,前內下角區段皮質具有更多的皮質面積和更高的皮質強度,并向兩側皮質逐漸降低。在正常股骨的轉子間線環周皮質上,僅占有1/6皮質長度的前內下角區段卻憑借29.46%的皮質面積占有超過1/3(35.04%)的總體皮質強度。而在A2型股骨轉子間骨折后內側小轉子骨塊丟失的情況下,前內下角區段則占剩余皮質面積的44.72%,而其相對強度則占剩余皮質強度的接近一半(47.79%)。這就意味著,從結構上來說,在轉子間骨折復位時,前內下角區段的復位支撐相比于其他區域能起到更好的作用,能承受更多的應力和負荷,是最強和最可靠的皮質支撐部位。

目前對于股骨轉子間骨折復位時皮質正性支撐與中性支撐孰優孰劣的討論十分激烈。Li等[15]從術后即刻影像及后期隨訪影像的分析中考慮,由于頭頸骨塊存在向外下滑動的機制,其皮質對位模式有從正性向中性及中性向負性改變的趨勢,因此認為術中骨折復位時正性對位較中性對位更有優勢。Mao等[16]通過對A2和A3型轉子間骨折正性對位和解剖對位模型的有限元分析中,發現髓內固定后正性對位組在髖關節多個方向的載荷負重下皮質移位程度均小于解剖對位組,正性對位組的皮質支撐能更多地分擔內固定器械的應力負荷,降低內固定器械損傷斷裂的風險,因而認為復位時正性對位優于解剖對位,同時也驗證了前內側皮質在復位中的重要性。而本研究的結論前內側皮質最可靠的皮質支撐部位與目前大家普遍接受的前內側皮質支撐理論相吻合。不論是正性對位或中性對位,前內側皮質憑借其壓力傳導內側位置及更強的皮質強度成為骨折術中皮質復位時最重要的部位。本研究認為,前內下角皮質在厚度、面積、密度和相對強度方面,均高于轉子間線環周皮質的其他區段。前內下角皮質是股骨轉子間骨折皮質支撐復位的首選和可靠部位。

本研究的不足包括:(1) 本研究納入的標本量偏少,標本分布具有地域局限性。(2) 研究中股骨轉子間斜斷面的截取和后續測量中模型的建立等均為人為觀察、操作,盡管有重復操作驗證等步驟,但仍不能完全排除主觀因素的影響和測量誤差的存在。(3) 本研究均通過CT值測算骨密度相關數據,在骨密度測量方面存在一定誤差。(4) 更精確的數據可以通過更為客觀的標本測量及生物力學測量獲得。