矢跨比、縱跨比在股骨頭壞死塌陷預測因素中參考作用的臨床研究

[摘要] 目的 觀察MRI冠狀位Tl加權相中間層面信號改變即在最大冠狀位判斷壞死區股骨頭壞死區矢跨比、縱跨比對壞死塌陷的預測作用。 方法 回顧性研究本科確診為雙側股骨頭壞死ARCO Ⅱ期隨訪達1年以上的45例患者。將塌陷者為一組，未塌陷者為一組，調出初次和末次隨訪影像資料，根據MRI最大冠狀位上測量壞死區矢高與跨徑及縱高與跨徑，然后算出矢跨比和縱跨比。 結果 無論是矢跨比還是縱跨比，右側股骨頭塌陷與非塌陷兩組相比，差異均有統計學意義（P<0.05）。縱跨比塌陷與非塌陷兩組相比，差異均有統計學意義（P<0.05），塌陷組矢跨比明顯大于未塌陷組。 結論 縱跨比可以作為預測股骨頭壞死塌陷的指標之一，矢跨比可作參考，尤其是壞死發生在右側髖時。

[關鍵詞] 矢跨比；縱跨比；股骨頭壞死；塌陷；預測

[中圖分類號] R681.8 [文獻標識碼] B [文章編號] 1673-9701（2013）26-0046-03

股骨頭壞死（osteonecrosis of the femoral head，ONFH）是骨科常見病，中老年多見，對其自然病程的研究發現，約80%未經治療的股骨頭壞死患者在1～4年內會發生股骨頭關節面的塌陷[1] 。對塌陷的預測已有多方研究，因影響因素多，每種因素只能代表某個側面。目前臨床主要使用壞死病灶面積和部位等指標預測股骨頭壞死[2，3]，但在臨床中發現病灶面積相似的兩位股骨頭缺血性壞死患者，兩者塌陷的時間相差很大，表明單純壞死病灶面積等指標并不是股骨頭塌陷預測很好的指標。因此，進一步尋找合適的指標對股骨頭壞死塌陷進行較準確的預測是非常必要的。

形態學上，壞死病灶面積和部位等指標對壞死塌陷的預測固然重要，但還要考慮壞死灶形態學上自身機械力學作用如矢跨比等影響，因股骨頭壞死區是否塌陷也受自身結構生物力學機制變化的影響。本研究將引入單層球面網殼結構即穹頂結構理論矢跨比對穩定性影響的方法。因為人股骨頭的壞死區結構類似于單層球面網殼結構，股骨頭壞死區是否會發生塌陷除了壞死區的大小、形狀、部位外，也受類似單層球面網殼結構的自身力學傳導結構參數的影響，即其靜力彈塑性穩定性能受矢跨比影響（壞死區矢高與跨度的比值），不同的矢跨比影響能傳遞的最大壓力；并且在同樣的壓力下，不同矢跨比時穹頂和底部的屈服情況不同[4]。作者通過MRI最大冠狀位股骨頭壞死區矢跨、縱跨比作為塌陷預測因素研究，能否作為一個新的指標供臨床參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料

本研究回顧性選擇本科2007年5月～2011年12月就診，根據股骨頭壞死的診斷標準[5]，確診為雙股骨頭壞死ARCO Ⅱ期（包括ⅡA、ⅡB、ⅡC）的隨訪達1年以上的45例患者。其中男 38 例，女7 例，年齡34～79歲，平均56歲。壞死病因：因系統疾病有糖皮質激素使用史8例，長期飲用高度白酒史22例，其他無明確病史。均有詳細的16排CT、1.5T MRI檢查資料，比較兩種影像片后發現后者更能清楚地顯示壞死區，入組時調出MRI初次片及最近隨訪片進行比較測量。

1.2 測量方法

由同一位放射科醫師進行測量。根據初次MRI冠狀位Tl加權相中間層面（最大冠狀位）信號改變判斷壞死區，壞死區信號包括低、高和混合信號，由同一位醫師確定壞死區最內、最外側與弧形軟骨面切線點，再在兩點之間連線作為跨徑，從跨徑的中點測量矢高（mm）；同時要求測量縱高（mm），后者為垂直于跨徑的壞死區最大徑，如圖1、2示，然后算出矢跨比和縱跨比。根據隨訪結果，14例兩側股骨頭壞死先后在1年內均發生塌陷（ARCOⅣ期），25例行了全髖關節置換術。將塌陷者作為一組（代號1組），未塌陷者為一組（代號2組），將塌陷組發生塌陷前的矢跨比、縱跨比與未塌陷組進行對比，分左右側，左側與左側比較，右側與右側比較，將數據進行統計學分析，見表1。

1.3 統計學處理

采用SPSS10.0統計學軟件進行數據分析和處理，用Mann-Whitney U檢驗比較矢跨比、縱跨比組間的差異，呈偏態分布的資料用M（P25，P75）表示結果，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

從表1來看，無論是矢跨比還是縱跨比，右側股骨頭塌陷與非塌陷兩組相比差異均有統計學意義（P<0.05），而左側矢跨比差異無統計學意義（P>0.05）。如果患者初次就診MRI提示右側股骨頭已是ARCO分期Ⅱ期，測得矢跨比在0.23～0.25之間（95%可信區間），提示高度警惕發生塌陷的危險。根據本研究，塌陷組矢跨比比非塌陷組大，說明股骨頭壞死區矢跨比越大越易塌陷。從縱跨比來看，不論左側還是右側股骨頭塌陷與非塌陷兩組相比，差異有統計學意義（P<0.05），縱跨比左側在0.71～0.74區間（95%可信區間），縱跨比右側在0.69～0.74區間（95%可信區間）時要高度警惕發生塌陷的危險。說明作為預測股骨頭壞死塌陷的指標之一，縱跨比比矢跨比意義更大。

3 討論

3.1 對股骨頭壞死塌陷進行預測的臨床意義

股骨頭一旦塌陷，將導致髖臼軟骨表面磨損，關節間隙狹窄，繼發骨性關節炎，未及時治療將導致病情加重，最終嚴重疼痛，髖關節活動功能嚴重受限，從而不得不進行人工關節置換治療，造成患者和社會巨大的經濟負擔；如果患者年齡不是很大，活動量可能較大，人工髖關節置換將面臨翻修[6，7]。因此，對塌陷預測的最大臨床意義就是基本準確判斷股骨頭壞死塌陷預期時間，指導患者采取合適的治療措施，選擇比較合理的時間進行人工關節置換術；此外，在未塌陷時對股骨頭壞死進行恰當的手術干預或綜合治療，有可能阻止或延緩股骨頭塌陷，可以減輕患者痛苦和減少醫療費用，使相當數量的患者推遲甚至避免人工關節置換術。

3.2 單層球面網殼結構（穹頂結構）矢跨比對穩定性影響

單層球面網殼結構矢跨比（矢高與跨度的比值）是影響球面網殼結構（穹頂結構）穩定性能的一個重要構造參數。穹頂結構是一種建筑形式，有著悠久的歷史，最早出現于西方古代的建筑，通過這種結構，可以將頂部的壓力分散至四周。建筑學上矢跨比通常控制在1/3～1/7之間，根據曹正罡等[4]的研究，隨著載荷的增加，達到臨界狀態時，穹頂下部結構平面外剛度基本消失，已經無法抵抗上部結構傳來的微小荷載增量，此處節點在上部荷載擠壓下向外突出，形成所謂的失穩狀態。人股骨頭壞死區軟骨表面類似單層球面網殼結構，軀干的重力是由髖臼通過股骨頭、頸移行至股骨干，股骨頭為類圓形結構，股骨頭內通過骨小梁結構傳遞軀干的重力。股骨頭壞死后，骨小梁結構破壞，壞死區的骨小梁不能有效的傳遞壓力，壓力主要靠壞死區股骨頭表面的軟骨和軟骨下骨傳遞。由于股骨頭血供的特點，壞死區在通過股骨頭中心的平面上往往表現為一種扇形結構，因此在力學上壞死區的股骨頭形成近似穹頂結構即“單層球面網殼結構”。股骨頭壞死后，由于類似穹頂結構的存在，盡管可能出現空腔等病理改變，股骨頭仍能維持正常形態，只有隨著壞死區的擴大，穹頂結構發生改變，不能承受從髖臼傳遞的重力即失穩狀態，最終股骨頭出現塌陷。

3.3 矢跨比、縱跨比對壞死塌陷的預測作用和優缺點

從本研究結果看，無論是矢跨比還是縱跨比，右側股骨頭塌陷與非塌陷兩組相比差異均有統計學意義（P<0.05），說明這兩個指標在有右側股骨頭壞死患者有預測意義。如果患者初次就診MRI提示右側股骨頭已是頭壞死ARCO分期Ⅱ期，測得的矢跨比在（0.239±0.049）區間，那么要高度警惕，很可能1年內將發生塌陷的危險。同時說明股骨頭壞死區矢徑越大越易塌陷。從縱跨比看，左右側股骨頭塌陷與非塌陷兩組相比差異有統計學意義（P<0.05），預測意義同前。為什么無論是矢跨比還是縱跨比，右側差異均有統計學意義？只能從優勢腿來解釋，因為大多數人是以右側為優勢腿或優勢手的，活動時會先使用，彈跳、跑步、避險等動作均會先用右腿右足，所以，右側更易受到應力或沖擊力的損傷，如壞死發生在深部時，進展可能會較快，隨即發生塌陷可能性也較大。縱跨比塌陷與非塌陷兩組左右側相比，差異均有統計學意義（P<0.05），說明作為預測股骨頭壞死塌陷的指標之一縱跨比意義更大一些，后者可推薦作為臨床預測的參考指標之一。因為MRI片比較直觀，測量縱跨比也較容易，這是其優點，缺點是股骨頭壞死原因目前還未完全明了，發展到ARCO分期Ⅱ期，已較晚了，另外，股骨頭壞死形態多種多樣，在影像學表現不盡一致，所以，如MRI片不典型，測量縱跨比就很困難或失去意義。本研究樣本數較小，也可能影響實際預測結果。

3.4 與其他塌陷預測方法的比較

目前，其他研究方法有：（1）X線平片測量壞死區，其方法包括以下幾種。①壞死角度和法：測量正側位X線片上股骨頭受累面的壞死角度，以兩者之和表示壞死大小，壞死角度≥200°為大范圍壞死，≤160°為小范圍壞死，在兩者之間則為中等范圍壞死。股骨頭大范圍壞死容易塌陷，預后較差，而小范圍壞死塌陷發生率低，預后較好。②股骨頭壞死分期法：以羅馬數字Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ期表示壞死程度，字母A、B、C表示壞死面積，A為<15%，B為15%～30%，C為>30%。③壞死面積比測量方法：測量髖關節正、側位X光片股骨頭壞死病灶面積占整個股骨頭面積的百分比。臨床使用中發現，使用普通X光片雖然可以觀察隨訪壞死大小的變化，但對塌陷的預測為時已晚且精確度差。（2）根據MRI對股骨頭壞死的預測；有以下幾種方法。①根據MRI單一平面影像的壞死面積預測塌陷危險性。即以MRI的冠狀位T1加權相中間層面壞死占據負重面的范圍及信號改變判斷塌陷危險性，認為壞死面積超過關節負重面的1/3，Tl加權相為混合信號者塌陷率最高，高信號次之，而低信號塌陷率最低[8]。②根據MRI多個平面影像計算壞死參數測塌陷危險性，如壞死指數、改良壞死指數等[9]。后者計算較繁雜，臨床難以推廣應用。

股骨頭壞死發病機制復雜，目前已從分子角度研究[10，11]，表現形狀多種多樣，病理特點是骨髓缺血，逐漸發展最終導致骨小梁的壞死。放射影像學檢查或測量，都難以對股骨頭壞死病灶的大小、部位、壞死程度做準確量化分析，更難以對其病程作出真實、客觀的預測和評估。但普通X線片或CT檢查臨床操作簡單、易于推廣，仍是目前在臨床廣泛應用于壞死分期判斷的方法，但要從這兩者檢查中顯示股骨頭壞死的特征，大部分患者病變已進入中晚期，股骨頭已開始塌陷或已塌陷，失去了預測的意義。股骨頭早期壞死最為靈敏的診斷手段是MRI，能明顯早于其它方法發現股骨頭壞死病變，因此也是對早期股骨頭壞死進行診斷的重要方法，本研究通過MRI片首次引入單層球面網殼結構即穹頂結構理論矢跨比、縱跨比對穩定性影響的方法，是一種嘗試，對股骨頭壞死預測有一定的參考作用，特別是壞死發生在右側股骨頭，無論是矢跨比還是縱跨比，塌陷與非塌陷兩組相比差異均有統計學意義（P<0.05），方法相對簡單，因是小樣本對照，預測結果判斷有待進一步完善。

[參考文獻]

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（收稿日期：2013-05-22）