一種測量股骨扭轉(zhuǎn)角的新方法及不同測量方法間的差異性與可靠性比較

肖凱,張洪,任寧濤,張建立,程徽,羅殿中*

(1.航天中心醫(yī)院骨科,北京 100048;2.解放軍總醫(yī)院第四醫(yī)學(xué)中心骨科學(xué)部,北京 100048)

股骨扭轉(zhuǎn)角作為評估股骨近端扭轉(zhuǎn)畸形的重要指標(biāo),臨床中常常需要根據(jù)其數(shù)值大小決定是否需要進(jìn)行股骨旋轉(zhuǎn)截骨術(shù)[1],或在行人工髖關(guān)節(jié)置換時選擇可調(diào)扭轉(zhuǎn)角的特殊假體或技術(shù)[2-3]。精確測量股骨扭轉(zhuǎn)角對于臨床治療畸形的評估及治療方案的決策有重要的作用。

股骨扭轉(zhuǎn)角的測量方式最早采用雙平面X線法[4]。隨著CT技術(shù)的發(fā)展,其逐漸取代X線法,成為測量股骨扭轉(zhuǎn)角的主流方法。測量時需要對髖關(guān)節(jié)層面及股骨髁層面進(jìn)行平掃,分別確定兩層面軸線。不同作者在單層面、跨層面或在進(jìn)行疊加處理后的圖像上選擇不同解剖標(biāo)記點定義股骨頸的軸線[5-8]。有文獻(xiàn)報道的不同方法測量股骨扭轉(zhuǎn)角數(shù)值有較大差異[9-11]。股骨髁層面則大多選擇可重復(fù)性最好的股骨后髁的連線[8]。

本研究的目的是評估不同股骨扭轉(zhuǎn)角測量方法的觀測者間及觀測者內(nèi)差異;提出測量股骨扭轉(zhuǎn)角的新方法,并驗證其觀測者間及觀測者內(nèi)差異;比較不同測量方法的結(jié)果差異,現(xiàn)報告如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選擇2020年9月至2021年5月因發(fā)育性髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良(developmental dysplasia of the hip,DDH)在解放軍總醫(yī)院第四醫(yī)學(xué)中心就診,擬行保髖手術(shù)的患者。所有患者均有完整的骨盆(含股骨髁)CT影像。排除標(biāo)準(zhǔn)包括:嚴(yán)重骨關(guān)節(jié)炎;嚴(yán)重髖內(nèi)翻/外翻;股骨頭畸形。本研究共納入20例患者(40髖),均為女性,年齡19～40歲,平均(29.4±5.7)歲。

1.2 測量方法 選取了文獻(xiàn)中報道的4種具有代表性的股骨扭轉(zhuǎn)角測量方法,分別為Reiker?s法[5]、Murphy法[8]、Weiner法[6]、Batailler法[7]。同時,本研究團隊也提出了一種新的股骨扭轉(zhuǎn)角測量方法。本研究共有3名觀測者,分別應(yīng)用5種測量方法獨立完成對所有病例的測量,每人重復(fù)測量2次,2次間隔時間不小于1個月。測量工具選用影像歸檔和通信系統(tǒng)(picture archiving and communication systems,PACS)系統(tǒng)。

測量開始前,觀測者分別閱讀了4種文獻(xiàn)報道測量方法的原文獻(xiàn),同時也明確新方法的標(biāo)記點定位旋轉(zhuǎn)標(biāo)準(zhǔn)。在股骨頸層面各測量方法的層面選擇及解剖定位點如下。Reiker?s法(見圖1a):雙層面結(jié)合確定股骨頸軸線,一個層面選擇股骨頭最大的層面確定股骨頭中心,另一個層面選擇股骨頸前后皮質(zhì)盡量平行的層面,將過股骨頭中心平分股骨頸的線為股骨頸軸線。Weiner法(見圖1b):將股骨頭頸所有層面進(jìn)行疊級投影到一張圖片(由CT室完成),選擇等距的3個股骨頸前后皮質(zhì)中心點的連線為股骨頸軸線。Batailler法(見圖1c):選擇切到股骨頭與股骨頸前上方的層面,此層面大轉(zhuǎn)子前后緣連線的中點與股骨頭中心的連線為股骨頸軸線。Murphy法(見圖1d):雙層面結(jié)合確定股骨頸軸線,一個層面選擇股骨頭最大的層面確定股骨頭中心,另一個層面選擇股骨頸基底部中心,兩個中心的連線為股骨頸軸線。新方法(見圖1e):測量層面選擇大轉(zhuǎn)子的最高點層面,即從股骨頭頂點向遠(yuǎn)端翻看圖像,至剛露出大轉(zhuǎn)子骨質(zhì)的層面,本研究團隊將股骨頭中心與露出的大轉(zhuǎn)子骨質(zhì)中心的連線作為股骨頸的軸線。通常股骨頸軸線的測量可在一層圖像上完成,若大轉(zhuǎn)子最高點層面股骨頭圓度不好或位于股骨頭偏下的區(qū)域,則可跨層面測量,即分別選擇股骨頭中心層面與大轉(zhuǎn)子頂點層面,將兩個中心的連線作為股骨頸軸線。所有測量方法在股骨髁層面均選擇股骨后髁連線作為股骨髁軸線(見圖1f)。

a Reiker?s法 b Weiner法 c Batailler法

d Murphy法 e 新方法 f 股骨后髁連線

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析 計算每種測量方法所有測量結(jié)果的平均值,應(yīng)用ANOVA方差分析,比較5種測量方法間是否存在差異,若存在差異則進(jìn)一步進(jìn)行兩兩比較。分別計算3名觀測者對5種測量方法前后兩次測量結(jié)果的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(interclass correlation coefficient,ICC),同時應(yīng)用配對t檢驗比較兩次測量結(jié)果的均值。取每名觀測者前后2次測量結(jié)果的平均值,計算3名觀測者每種測量方法的ICC,同行進(jìn)行ANOVA方差分析,明確3組數(shù)據(jù)均值是否相等。

2 結(jié) 果

將3名觀測者對40髖進(jìn)行2次測量結(jié)果進(jìn)行匯總分析,Reiker?s法的平均股骨頸扭轉(zhuǎn)角為(26.05±13.12) °、Weiner法為(34.22±13.72) °、Batailler法為(36.09±13.16) °、Murphy法為(38.16±13.33) °、新方法為(39.38±14.08) °(見圖2)。ANOVA方差分析顯示不同測量方法測得的結(jié)果不全相等(F=6.097,P<0.001)。進(jìn)一步兩兩比較顯示,除了Murphy法和新方法間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.074),其余每兩種方法間結(jié)果差異均存在統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001)。

圖2 五種測量方法的結(jié)果分布圖

對觀測者應(yīng)用同一方法前后兩次測量結(jié)果進(jìn)行配對t檢驗顯示,Reiker?s法有1人次前后測量結(jié)果差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.003),Batailler法有1人次前后測量結(jié)果差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.001),Murphy法有2人次前后測量結(jié)果差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.018,P<0.001),其余前后測量結(jié)果間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(見表1)。每種方法6人次測量的最大值與最小值的差值分別為Reiker?s法4.13 °,Weiner法1.64 °,Bataller法3.66 °,Murphy法5.34 °,新方法2.41 °。進(jìn)一步計算組內(nèi)相關(guān)系數(shù)顯示,各種方法的ICC均較高(見表2)。

表1 3名觀測者兩次測量的結(jié)果及測量差異比較

表2 觀測者內(nèi)一致性分析

將每名觀測者每種方法前后兩次測量數(shù)值取平均值,然后分別對每種測量方法對應(yīng)的3組數(shù)據(jù)進(jìn)行ANOVA方差分析。結(jié)果顯示Reiker?s法(P<0.001)、Batailler法(P=0.001)、Murphy法(P=0.016)這三種方法分別測量三組數(shù)據(jù)間均不全相等。Weiner法與新方法各自對應(yīng)的三組數(shù)據(jù)間無明顯差異。觀測者間一致性分析顯示,五種測量方法的組間一致性均較高(ICC 0.928～0.970,見表3)。

表3 觀測者間差異及一致性分析

3 討 論

通過對20例骨骼發(fā)育成熟的髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良髖關(guān)節(jié)進(jìn)行股骨扭轉(zhuǎn)角測量,不同測量方法測得的股骨扭轉(zhuǎn)角平均值在26.05 °～39.38 °間,顯著大于文獻(xiàn)中報道的正常值[12]。雖然納入本研究的患者并非完全遵循隨機抽樣,但一定程度上也說明DDH患者的股骨扭轉(zhuǎn)角存在不同程度的增大。

股骨扭轉(zhuǎn)角的變化除了會對患者的關(guān)節(jié)活動度、步態(tài)產(chǎn)生影響[12-13],還可能通過改變髖關(guān)節(jié)力臂影響髖關(guān)節(jié)內(nèi)生物力學(xué),如扭轉(zhuǎn)角增大會使髖關(guān)節(jié)外展肌力臂降低,同時增大屈髖肌的力臂[14-15]。有研究顯示,相比-2 °的扭轉(zhuǎn)角,扭轉(zhuǎn)角為30 °時,髖關(guān)節(jié)應(yīng)力高了24%,扭轉(zhuǎn)角14 °時應(yīng)力高了8%[16]。異常的應(yīng)力可能加速髖關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎的進(jìn)展,Li等[14]研究發(fā)現(xiàn)髖關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎側(cè)的扭轉(zhuǎn)角要大于對側(cè)相對正常的扭轉(zhuǎn)角。此外,本研究團隊之前的研究也發(fā)現(xiàn),異常增大的扭轉(zhuǎn)角會影響DDH患者關(guān)節(jié)穩(wěn)定性,導(dǎo)致癥狀出現(xiàn)時間提前[17]。因此,糾正異常增大的股骨扭轉(zhuǎn)角是DDH患者治療中的重要一環(huán)。而如何精確測量股骨扭轉(zhuǎn)角則為畸形的糾正提供重要的參考標(biāo)準(zhǔn)。

隨著CT及MRI技術(shù)的發(fā)展,基于CT及MRI圖像的股骨扭轉(zhuǎn)角測量成為目前主流的測量方法。測量時如何確定股骨頸的軸線成為不同測量方法間的核心差異。為了明確哪種測量方法的測量穩(wěn)定性更高,本研究選擇了4種文獻(xiàn)中報道的代表性方法,同時提出了一種新的測量方法。將5種方法測量的數(shù)據(jù)分析顯示,Reiker?s法平均股骨頸扭轉(zhuǎn)角為(26.05±13.12) °、Weiner法為(34.22±13.72) °、Batailler法為(36.09±13.16) °、Murphy法為(38.16±13.33) °、新方法為(39.38±14.08) °,不同測量方法結(jié)果間存在一定差異,部分測量方法間差異甚至超過10 °。除了Murphy法與新方法間結(jié)果差異無統(tǒng)計學(xué)意義,其余各方法間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義。由于不同作者在二維CT選擇的定位點不同,定義的股骨頸軸線間也存在差異,這導(dǎo)致不同方法間的測量結(jié)果存在較大的差異,這種差異甚至超過10 °,與Schmaranzer等結(jié)論相似[9-10]。因此,臨床中在測量扭轉(zhuǎn)角時需要注明測量方法,不同的測量方法結(jié)果不能混用。在股骨頸軸線的定義上,新方法和Murphy法均選擇了股骨頭的中心,不同的是在另一個點的選擇上,新方法選擇大轉(zhuǎn)子頂點,而Murphy法選擇股骨頸基底部的中心,兩者結(jié)果的類似也提示大轉(zhuǎn)子頂點與股骨頸基底部在橫斷面的投影較為一致。

進(jìn)行觀測者內(nèi)及觀測者間一致性分析顯示,5種方法的組內(nèi)ICC(0.798～0.981)及組間ICC(0.928～0.970)均超過0.75,提示各種方法的可重復(fù)性及可信度均較好。但是,ICC數(shù)值較高僅僅提示不同組別的數(shù)據(jù)在扭轉(zhuǎn)角變化時,結(jié)果趨向一致性較高,即當(dāng)測量較大的扭轉(zhuǎn)角時,每名觀測者兩次測量結(jié)果或不同觀測者的測量結(jié)果均較大。相反,測量較小的扭轉(zhuǎn)角時,每名觀測者兩次測量結(jié)果或不同觀測者的測量結(jié)果均較小。因此,單純的ICC不能反應(yīng)出不同組數(shù)據(jù)是否直接存在系統(tǒng)的差異。所以,本研究團隊同時進(jìn)行了t檢驗及方差分析。對同一觀測者前后兩次測量結(jié)果t檢驗顯示,Reiker?s法與Batailler法均有1人次前后測量結(jié)果存在統(tǒng)計學(xué)差異,而Murphy法有2人次存在差異。對不同觀測者進(jìn)行方差分析同樣顯示Reiker?s法、Batailler法與Murphy法3名觀測者間數(shù)據(jù)存在系統(tǒng)差異。Weiner法及新方法無論t檢驗還是方差分析均顯示出均值一致性好。

通過測量過程中發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行總結(jié),對5種測量方法的優(yōu)缺點進(jìn)行總結(jié)分析:(1)Reiker?s法在定義股骨頸中心時需要選擇股骨頸前后緣平行的層面,但是測量過程中發(fā)現(xiàn)大多數(shù)病例無法找到這一理想的層面,這可能是導(dǎo)致不同觀測者間及1名觀測者前后兩次測量結(jié)果存在差異的原因。(2)Batailler法作為一種“功能性”的股骨扭轉(zhuǎn)角測量方法,即通過選擇大轉(zhuǎn)子標(biāo)志點進(jìn)行定位。該方法需要找到測量平面大轉(zhuǎn)子前后緣的中點,原文插圖顯示大轉(zhuǎn)子前緣與大轉(zhuǎn)子前后緣連線方近乎垂直,但實際測量中該層面大轉(zhuǎn)子前緣常呈現(xiàn)出斜面,因而給大轉(zhuǎn)子前緣的選點帶來困擾。這可能是導(dǎo)致觀測者間及1名觀測者前后測量結(jié)果出現(xiàn)差異的原因。(3)Murphy法是文獻(xiàn)中經(jīng)常使用的測量方法。其原文中股骨頸軸線的定義是股骨頭中心與股骨頸基底部的中心的連線。但股骨頸基底部這一概念極其不明確,從不同文獻(xiàn)的描述及插圖可以看出,不同作者對這一概念有著完全不同的理解[7,9]。本研究中,盡管3名觀測者在測量前已經(jīng)基本統(tǒng)一了測量方法,即選擇小轉(zhuǎn)子上方層面作為股骨頸基底部。但即使這樣,3名觀測者間及2名觀測者前后測量結(jié)果間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義。(4)Weiner法通過軟件將股骨頸各層掃描圖像進(jìn)行疊加處理,得以將股骨頭、股骨頸及大轉(zhuǎn)子投影到一張圖片。因為可以觀測到股骨頭頸部全貌,使得股骨頸軸線更加容易確定。無論觀測者間還是觀測者內(nèi)均具有較好的一數(shù)性。但該方法需要特定軟件的加持,可能會限制基層醫(yī)療機構(gòu)的應(yīng)用。(5)本研究提出的新方法類似Batailler法,解剖標(biāo)志點選擇了大轉(zhuǎn)子,而非股骨頸,也可以理解為一種功能性股骨扭轉(zhuǎn)角的測量方法。本研究選擇了股骨頭中心與大轉(zhuǎn)子剛露出層面骨質(zhì)的中心連線作為股骨頸軸線。大多數(shù)患者大轉(zhuǎn)子剛露出的層面骨質(zhì)呈現(xiàn)類似圓形,可以較為容易地選點測量。少數(shù)患者大轉(zhuǎn)子剛露出的層面骨質(zhì)呈現(xiàn)扁平不規(guī)則性,選點稍顯復(fù)雜。新方法的觀測者內(nèi)及觀測者間一致性均良好。應(yīng)用新方法測量的結(jié)果與Murphy法測量結(jié)果相仿,二者均值比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義,組內(nèi)及組間差異均優(yōu)于Murphy法,作者團隊認(rèn)為該方法一定程度上可以代替Murphy法。

綜上所述,不同方法測量股骨扭轉(zhuǎn)角的數(shù)值差異較大。本研究提出的新方法可有效測量股骨扭轉(zhuǎn)角,數(shù)值與Murphy法相仿。五種方法的ICC均處于較高水平,但相比其他方法,Weiner法及新方法的可重復(fù)性及可靠性最高。

不足之處:本研究納入病例數(shù)相對較少,新方法未對正常人群進(jìn)行大規(guī)模測量,因此目前無法給出正常參考值。