定量CT探討老年轉子間骨折髓內固定時頭釘的合理位置

韓大成，王嘉龍，龍安華，張志鵬，張亞奎*，陳學明，高艷

(1首都醫科大學附屬北京潞河醫院創傷骨科，北京 101149；2首都醫科大學附屬北京潞河醫院放射科，北京 101149；3首都醫科大學基礎醫學院解剖學教研室，北京 100069)

基金項目：本研究由首都醫科大學基礎臨床合作課題(16JL87)；北京市通州區科技計劃項目(KJ2016CX034-04)；*本文通訊作者：張亞奎 韓大成，王嘉龍，龍安華，等.定量CT探討老年轉子間骨折髓內固定時頭釘的合理位置[J].實用骨科雜志，2018，24(7)：613-616；624.

隨著全球人口老齡化的進程，老年髖部骨折的發病率逐年遞增。在美國，預計到2050年，在65歲以上的人群中每年會有50～100萬名髖關節周圍骨折的患者[1]。而在中國，由于人口基數的原因，髖部骨折患者的數量更加龐大。鑒于保守治療效果不佳，且會導致相關并發癥發生率的增加，使得病死率明顯增高，目前臨床治療此類骨折多建議采用手術治療[2]。經典的手術方式為髓內固定，有多種原因易導致內固定失效，如不良的復位、錯誤的內固定選擇、不合理的置入位置、嚴重骨質疏松等都將給臨床骨科醫師帶來挑戰[3]。尤其在骨質疏松情況下，隨著股骨近端骨密度的降低和骨小梁結構的改變，原有的力學支撐結構效能降低，發生骨折后如何通過合理的內置物放置，來達到更有效的力學支撐，降低內固定失效風險，成為了股骨轉子間骨折內固定手術技術的研究重點。

定量計算機斷層掃描(quantitative computed tomography，QCT)系統的分辨率高，能夠通過CT掃描較完整的顯示骨組織內部骨小梁的結構分布特點[5]。相較于目前臨床常用的骨密度測量方法，如雙能X線吸收骨密度檢查及計算機體層X線骨密度檢查系統等，定量CT檢查不僅能準確測量骨密度，同時能夠描述骨小梁結構的變化[6-7]。因此，本研究將通過定量CT系統對股骨頭內部骨密度進行定向并定量的研究，為老年股骨轉子間骨折使用髓內固定系統治療時能夠在股骨頭內得到更有效的固定效果，為術前內固定物置入提供方案，為術后內固定失效的風險進行更準確的評估，提供臨床理論依據。

1 資料與方法

1.1 研究對象 8具老年尸體雙側髖關節，由首都醫科大學解剖學系人體解剖教研室提供。3例男性尸體(72～81歲)，5例女性尸體(69～88歲)。對髖關節進行解構操作，只保留股骨近段部分。排除標準：a)尸源生前患有影響骨量代謝的疾病；b)尸源生前存在髖部骨折病史。本研究已經過首都醫科大學倫理委員會批準實施。

所有標本離體后行大體視覺檢視，除外骨質缺損及外部形態破壞因素。所有標本均行普通X線DR檢查，除外骨質內部存在腫瘤或骨破壞等因素。

1.2 儀器與方法 采用Philips Brilliance 64 slice CT掃描機進行樣本掃描，掃描時以Mindways五樣體固體體模作為參照模體。CT掃描的基本參數條件為：Kvp：120；掃描床高：86；層間隔：1 mm；SFOV：500。掃描結果采用Mindways QCT PRO Version 4.2.3軟件進行測量，采用New 3D Spine exam Analysis進行骨密度分析。掃描方向及范圍見下文。

1.3 三維空間構建及圖像分析 采用QCTPROCTXA軟件對股骨近端數據進行處理，并生成二維平面圖像[8]。使用骨結構研究系統軟件(bone investigational toolkit，BIT 2.0)定位股骨頸長軸，以股骨頭幾何中心點為原點，股骨頸長軸為X軸，經股骨頭原點且在冠狀位上垂直于X軸的為Y軸，經股骨頭原點且在斜矢狀位上垂直于X軸的為Z軸，三軸互相垂直通過原點，形成三維立體空間結構。X軸、Y軸和Z軸的設定方法見圖1。分別依X、Y、Z軸方向進行QCT掃描，以3 mm為間隔進行測定，并對不同截面的骨密度平均值進行測量，得出股骨頭內部內骨密度的分布曲線。結合臨床工作，沿X軸方向測定中心點至股骨頭頂點范圍，Y軸和Z軸均測量整體股骨頭范圍。

a 冠狀位截面 b 斜水平位截面

圖1 空間三維定位示意圖

2 結 果

2.1 QCT測量值 通過對X、Y、Z軸方向的截面進行QCT掃描，可得到不同截面的骨密度平均值(見表1)，并得出股骨頭內部三個軸線上骨密度的分布曲線。

表1 不同空間方向內的骨密度數值±s)

2.2 在不同軸線上骨密度變化曲線

2.2.1 X軸平面的截取 是以股骨頭幾何中心點為原點，股骨頸長軸為X軸，厚度為3 mm的類圓柱形截面(見圖2)，并對本軸線上的QCT進行測量及繪制分布曲線(見圖3)，但數據只保留了股骨頭幾何中心點以近端的區域，因其遠端屬于Ward三角區，老年人骨小梁分布極少，為股骨近端的脆弱區域，差異無統計學意義。且臨床上只能將頭釘置入近端區域內才能取得較好的臨床效果。根據圖表可得出，在通過股骨頸軸線的截面上，股骨頭幾何中心點以近端的區域內，經過股骨頭幾何中心點后約0.9～1.5 cm的區域內，平均骨密度較高(P<0.05)。

2.2.2 Y軸平面的截取 經股骨頭原點且在冠狀位上垂直于X軸的為Y軸，厚度為3 mm的類圓柱形截面(見圖4)，并對本軸線上的QCT進行測量及繪制分布曲線(見圖5)。根據圖表可看出，在股骨頭內部由股骨近端至遠端的不同截面上，中段約1/3區域內平均骨密度較高，即股骨頸軸線上下約0.9 cm范圍內(P<0.05)。

2.2.3 Z軸平面的截取 經股骨頭原點且在斜矢狀位上垂直于X軸的為Z軸，厚度為3 mm的類圓柱形截面(見圖6)，并對本軸線上的QCT進行測量及繪制分布曲線(見圖7)。根據圖表可看出，在股骨頭內部由股骨前方至后方的不同截面上，中段約1/3區域內平均骨密度較高(P<0.05)，即股骨頸軸線前后約0.6 cm范圍內。

3 討 論

在臨床工作中我們發現，一些高齡患者罹患髖部骨折后，治療過程很順利，但治療效果卻并不如意。此類患者的共同特點是存在不同程度的骨質疏松或骨量減少。同樣的治療方式在不同的患者身上，因其不同的骨骼結構和骨密度的差異而出現了不同的治療效果。內固定材料放置在相同的位置上，而把持力卻出現異常。因此，有必要對股骨近端骨結構，包括大體測量數據、微觀骨小梁分布、骨皮質厚度的差異以及不同部位骨密度的變化及分布與生物力學的關系等進行深入的研究，以明確股骨近端骨結構及骨密度對內置物放置位置的影響，為臨床提高高齡患者髖部骨折尤其是股骨轉子間骨折的治療效果提供可靠的理論依據。本研究選用的為老年尸體的髖部組織，最大限度地貼近臨床實際，同時在掃描時，我們對尸體髖關節進行離斷處理，只保留股骨近段部分，可以避免臨床實際QCT掃描時髖臼骨組織對股骨頭帶來的影響。

圖2 以股骨頭幾何中心點為原點，股骨頸長軸為X軸，厚度為3 mm的類圓柱形截面 圖3 X軸不同截面骨密度變化曲線

圖4 經股骨頭原點且在冠狀位上垂直于X軸的為Y軸，厚度為3 mm的類圓柱形截面 圖5 Y軸不同截面骨密度變化曲線

圖6 經股骨頭原點且在斜矢狀位上垂直于X軸的為Z軸，厚度為3 mm的類圓柱形截面 圖7 Z軸不同截面骨密度變化曲線

圖8 X、Y、Z軸峰值骨密度空間分布示意圖

目前臨床上常用于術后評價內固定穩定性的方法為Baumgaertner等在1995年提出尖頂距(tip apex distance，TAD)這一量化概念[9]，即指在正側位片上拉力螺釘尖(尖，Tip)至股骨頭-頸軸線與股骨頭關節面交點(頂，Apex)的距離之和(距離，Distance)，以毫米為單位并校正放大比率。TAD直接反映拉力螺釘尖端到股骨頭頂點的距離，間接地反映拉力螺釘在股骨頸內的位置。偏后、偏前或距離關節面太近，均易導致在術后逐漸負重過程中，拉力螺釘更容易切出頭外。此方法雖然目前廣泛應用于臨床，用于對股骨轉子間骨折患者進行術后內固定位置滿意度的評價。但在TAD值合格的情況下，由于股骨近端骨密度減低而出現內固定失效的狀況并不少見。本研究對股骨頭骨密度分布通過QCT的方法進行了定向和定量的測量，在臨床工作中可以聯合TAD對股骨轉子間骨折圍手術期效果進行預期評估和術后風險預測。

通過本研究的QCT掃描結果，可見尸體的股骨頭內骨密度分別在X、Y、Z軸上呈單峰樣變化，分布存在一致性。X軸骨密度值較高的區域在經過股骨頭中心點后約0.9～1.5 cm的區域內，沿Y軸骨密度峰值區域出現在以Y軸為軸心線兩側0.9 cm區域內；沿Z軸骨密度峰值區域出現在以Z軸為軸心線兩側0.6 cm區域內。三個軸線的高骨密度區域圍成一個三維空間結構區域，為股骨頭內最佳內固定放置區域(見圖8)。因此，在進行股骨轉子間骨折髓內釘固定手術的過程中，通過髖關節正位、側位及20°位的透視檢查，判斷頭頸拉力螺釘與該圓柱體高骨密度區的位置關系。通過調整頭頸釘導針的位置，盡可能的將螺釘頭端的螺紋區域置入該空間范圍內，或許能夠獲得更好的把持力及穩定性。在后續的研究中，還需要應用更多的臨床數據及生物力學檢測來進行驗證，包括骨密度具體數值與生物力學的相關性等。

目前的研究中，主要體現在應用QCT技術測量股骨近端整體骨密度變化與髖部骨折發生的關系上。Orwoll等通過對老年男性股骨近端部分進行QCT掃描，進而通過有限元分析得出，基于QCT的有限元生物力學分析能夠對老年男性髖部骨折進行預測[10]。Borggrefe等[11]研究了老年男性患者的QCT并對其進行了三維定位測量，發現QCT三維數據的不穩定與髖部骨折密切相關，同時獨立于雙能X線的骨密度測定成為預測因素。QCT檢測僅用于測定骨密度和預測骨折風險，尚缺乏相關對髖部骨折圍手術期及預后關系的研究。雖然本研究存在樣本量不大的問題，無法準確的代表所有老年患者髖部的骨密度分布情況，但QCT可以完整的顯示每一位患者髖部的骨小梁結構分布特點，不僅僅能對股骨轉子間骨折患者進行術后內固定失效風險的預測，更能夠在術前通過QCT的檢測，找到合理的內固定位置，更精準的指導臨床治療，降低失效風險。

因此，通過本研究，我們認為定量CT能夠通過一次性的CT檢查，完整的顯示每一位患者髖部的骨小梁結構分布特點，為老年股骨轉子間骨折髓內固定系統如何能夠在股骨近端得到更有效的固定效果提供方案，為更準確的評估術后內固定失效的風險提供一定的臨床理論依據。本研究結果表明，股骨頭內存在如前所述的高骨密度區域，在股骨轉子間骨折內固定手術中，盡可能的將螺釘頭端的螺紋區域置入該圓柱體的空間范圍內，能夠獲得相對更好的把持力及穩定性。