凸輪型股骨髖臼撞擊綜合征中α角的研究進(jìn)展

栗智,劉學(xué)淼,萬璞,田康

(大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院運動醫(yī)學(xué)科,遼寧 大連 116021)

股骨髖臼撞擊綜合征(femoroacetabular impingement syndrome,FAIS)是一種常見的髖關(guān)節(jié)解剖異常疾病,可以分為三種類型:凸輪型(Cam型)、鉗型(Pincer型)和混合型(Mixed型)[1]。其中Cam型FAIS的特點是股骨頭呈非球形和/或股骨頭頸偏心距不足,導(dǎo)致股骨頭頸交界處前上區(qū)的凸輪畸形在運動中撞擊并滑入髖臼,造成盂唇與關(guān)節(jié)軟骨損傷,引起繼發(fā)性骨關(guān)節(jié)炎,對其進(jìn)行早期識別和干預(yù)有望改善自然病史,因此準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)并評估凸輪畸形的大小和位置就非常重要。α角是評估股骨頭頸交界處輪廓異常的量化參數(shù),常用于診斷Cam型FAIS和評估其術(shù)后效果。然而,α角是從凸輪畸形的三維形狀中提取出的二維圖像信息,存在極大的局限性和不確定性,并不能可靠地反映凸輪畸形的三維特征,準(zhǔn)確的測量也仍然存在挑戰(zhàn)。因此,本文就Cam型FAIS中α角的研究進(jìn)展作一綜述,以期為臨床醫(yī)生提供參考。

1 α角與凸輪畸形

Cam型FAIS的凸輪畸形最常發(fā)生在頭頸連接部的前上區(qū)[2]。任何影響正常髖關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)的疾病或不良病理過程,如青少年過度運動、Legg-Calvé-Perthes病、股骨頭骨骺滑脫和髖關(guān)節(jié)發(fā)育不良都會增加凸輪畸形風(fēng)險[3-4]。α角實際上反映了頭頸前上偏心距和股骨頭的非球面部分[5]。α角的測量最初基于髖關(guān)節(jié)MRI的斜軸位,目前已擴(kuò)展至X線和CT)(見圖1)。經(jīng)典的α角測量方法如下:在髖關(guān)節(jié)斜軸位圖像髖臼窩水平的股骨頭輪廓上放置1個圓圈,定位圓心即股骨頭中心,通常使用Mose同心圓模板[6]。然后找出股骨頸最窄部分的中心點,繪制1條連接圓心與股骨頸中心點的線,即股骨頸軸線。最后從圓的中心畫第2條線連接至股骨頭出圓位置,出圓位置即股骨頭或頭頸部連接處的輪廓首先離開股骨頭圓的點。兩條線的夾角即為α角。α角在X線片與CT中均以此種方法測量。一般認(rèn)為凸輪畸形的邊界越寬,α角越大。

a MRI上測量α角 b CT上測量α角 c X線片上測量α角

目前普遍認(rèn)為無論在哪種測量視圖中,α角>55 °即存在凸輪畸形,也有一些學(xué)者支持60 °作為Cam型FAIS的診斷標(biāo)準(zhǔn)[7]。α角也是Cam型FAIS骨軟骨成形術(shù)后評估的重要依據(jù),一項系統(tǒng)綜述顯示術(shù)后α角可降至平均45.6 °[8]。α角可以準(zhǔn)確的反映骨骼畸形特征,但作為三維實體的單一截面或二維投影,同一股骨不同拍攝角度的α角都可能不同。因此,可靠、準(zhǔn)確地測量α角仍然是一個挑戰(zhàn)。下文將探討X線片、CT、及MRI三種技術(shù)手段中α角測量的重點與難點。

2 X線片

傳統(tǒng)上使用骨盆前后(anterior-posterior,AP)位和髖關(guān)節(jié)側(cè)位X線片識別FAIS并測量α角,同時這也被認(rèn)為是最低限度的影像學(xué)檢查[7]。拍攝骨盆AP位X線片時患者呈仰臥位(也有研究采用負(fù)重位[9]),髖關(guān)節(jié)內(nèi)旋15 °,焦距1.2 m,中心光束指向連接髂前上棘連線與穿過恥骨聯(lián)合的垂直線的交點。良好的AP位X線片閉孔和髂嵴對稱,尾骨投影到恥骨聯(lián)合上1～2 cm。然而,單純AP位投影無法準(zhǔn)確地顯現(xiàn)出前上方凸輪畸形的真實大小,患者體位或股骨頸前傾角的變化也可能影響測量結(jié)果,因此涌現(xiàn)了許多種側(cè)位拍攝方法。目前主要有9種:穿桌側(cè)位、蛙式位、改良蛙式位、假斜位、改良假斜位、90 ° Dunn位、45 ° Dunn位、改良45 ° Dunn位和Meyer側(cè)位。(1)穿桌側(cè)位:患者仰臥,對側(cè)髖和膝關(guān)節(jié)屈曲超過80 °,患肢內(nèi)旋15 °,以暴露股骨頭頸連接處的前外側(cè)表面,X線束應(yīng)與臺面平行,與患肢成45 °,光束對準(zhǔn)股骨頭中心。(2)蛙式位:患者仰臥,患肢膝關(guān)節(jié)彎曲30 °～40 °,髖關(guān)節(jié)外展45 °,足搭于對側(cè)膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè),類似于4字試驗,股骨大約外旋60 °,光束對準(zhǔn)髂前上棘和恥骨聯(lián)合之間的中點。(3)改良蛙式位或稱蛙式45 °/45 °/30 °位:髖關(guān)節(jié)屈曲45 °,外展45 °,外旋30 °,光束以股骨頭為中心[10]。(4)假斜位:患者站立,患髖靠在底板上,骨盆旋轉(zhuǎn)65 °,患足平行于底板,光束對準(zhǔn)股骨頭中心。(5)改良假斜位:拍攝假斜位時股骨內(nèi)旋轉(zhuǎn)35 °[11]。(6)90 ° Dunn位:患者仰臥,患髖屈曲90 °,外展20 °,無內(nèi)外旋,光束指向髂前上棘和恥骨聯(lián)合之間的中點。(7)45 ° Dunn位:患者仰臥,患髖屈曲45 °,外展20 °,無內(nèi)外旋。(8)改良45 ° Dunn位:患者仰臥,患髖屈曲45 °,外展20 °,外旋40 °[12]。(9)Meyer側(cè)位:Meyer等[13]提出的Dunn位改良假設(shè),患者仰臥,患髖屈曲25 °,外展20 °,無內(nèi)外旋。以左股骨頭為例,在股骨頭上投影表盤以指示方位,12點向上、3點向前,此時能夠反映凸輪畸形的最佳成像方式,按順時針方向從12點至3點依次為AP位、Meyer側(cè)位、45 ° Dunn位,改良假斜位、改良蛙式位、改良45 ° Dunn位、蛙式位、穿桌位、90 ° Dunn位、假斜位[12]。

目前較多證據(jù)表明Dunn位是觀測凸輪畸形和測量α角的最佳選項,具有極高的敏感性和可重復(fù)性,尤其是45 ° Dunn位[14-15]。非放射科醫(yī)生只需經(jīng)過簡單的培訓(xùn)就可以從AP位和雙側(cè)Dunn位X線片中準(zhǔn)確地識別Cam型FAIS的凸輪畸形[9]。Barton等[16]比較了X線片AP位、穿桌側(cè)位、Dunn位與MRI上的α角測量值,結(jié)果表明Dunn位表現(xiàn)最佳,敏感度為91%,特異性為88%。有研究顯示,通過與三維重建比較,45 ° Dunn位、改良45 ° Dunn位以及穿桌側(cè)位能更好的展示股骨頭頸部非球面特征[17]。同樣使用三維重建的Atkins等[18]則認(rèn)為,Meyer側(cè)視圖和90 ° Dunn可以提供凸輪三維形狀的最佳預(yù)測。Cavaignac等[10]通過在尸體骨上插入半橢圓形金屬組件模擬凸輪畸形,比較了穿桌側(cè)位、改良蛙式位、90 ° Dunn位和45 ° Dunn位的測量結(jié)果,結(jié)果表明α角平均值最高的是改良蛙式位,而最低的是穿桌側(cè)位。但該研究使用的金屬插件是片狀的,而非橢圓球狀,或許對結(jié)果有一定的影響。Lahner等[19]研究了下肢機(jī)械軸偏移量(mechanical axis deviation,MAD)與X線片α角的關(guān)系,80例FAIS患者拍攝了85張站立下肢全長AP位片,α角平均值為61.43 °,發(fā)現(xiàn)當(dāng)MAD值較高時,α角顯著增加。結(jié)果提示髖關(guān)節(jié)在功能和影像上都不是孤立的解剖單元。

綜上,作者推薦在Cam型FAIS或懷疑Cam型FAIS的患者中使用骨盆AP位和髖關(guān)節(jié)45 ° Dunn位進(jìn)行檢查。

3 CT與MRI

如果X線片無法解釋癥狀和/或需要進(jìn)一步的解剖信息,通常會使用CT、單側(cè)高分辨率(1.5T或3.0T)MRI和/或核磁共振關(guān)節(jié)造影(magnetic resonance arthrography,MRA)。MRI被認(rèn)為是詳細(xì)評估髖關(guān)節(jié)和FAIS患者的金標(biāo)準(zhǔn)成像技術(shù),但CT與MRI中測量α角的方法和結(jié)果本質(zhì)上沒有區(qū)別,因此可以一并討論。

傳統(tǒng)方法使用CT或MRI的單一斜軸位視圖測量,而如今CT和MRI數(shù)據(jù)可以重建為具有亞體素重建誤差的髖關(guān)節(jié)三維模型,通過切割獲取特定股骨頸軸位視圖測量α角。將股骨頸軸線所在的平面以股骨頸軸線為中軸旋轉(zhuǎn),以一定角度增量創(chuàng)建平面,就可以按需得到軸向圖像。這種重建的軸向圖像不會受體位的影響。軸向序列中最小可接受平面數(shù)應(yīng)為12個,即30 °增量。有學(xué)者提出所有可疑的FAIS病例都應(yīng)重建軸向MRI圖像[15]。值得注意的是,使用MRI圖像繪制股骨頭的輪廓圓時應(yīng)包括股骨頭軟骨[20]。目前,1.5T MRI被視為檢查所需的最低推薦場強,而3.0T MRI與1.5T MRA成像能力相當(dāng)[15,21-22]。

Kobayashi等[14]的一項Ⅱ級證據(jù)研究納入了39例患者的42個髖關(guān)節(jié),其中22髖存在FAIS,20髖為交界性發(fā)育不良,通過3D多回波重組梯度回波(3D multiple echo recombined gradient echo MRI,MERGE)重建了股骨頸軸向圖像,結(jié)果顯示FAIS組的最大軸向α角明顯高于發(fā)育不良組,且軸向MRI上最大的α角均高于X線片。Dudda等[23]回顧性分析55例髖關(guān)節(jié),通過使用MRA軸向切片在14個位置測量了α角和凸輪高度,并根據(jù)X線片凸輪畸形可見性分組作比較。他們發(fā)現(xiàn)最大的α角位于頭頸部交界處的前上方區(qū)域,即使常規(guī)X線片顯示正常,前上方的實際α角也可以很大,僅依靠X線片進(jìn)行診斷會遺漏34.6%的患者。Rakhra等[5]回顧了41例懷疑FAIS患者在1.5T MRA斜軸位圖像上的α角,將其與軸向圖像中獲得的最大α角進(jìn)行了比較,平均斜軸位和平均最大軸向α角的值分別為53.4 °和70.5 °,54%的受試者在斜軸位上α角<55 °但在最大軸向圖像上>55 °。

雖然軸向CT或MRI是評估股骨頭頸交界處最準(zhǔn)確的成像方式,但軸向切面不能考慮到整個股骨頭的幾何形狀,且單個圖像可能無法捕獲凸輪畸形的頂點。統(tǒng)計形狀模型提供了使用CT或MRI圖像重建來客觀量化三維解剖形狀的方法[18],數(shù)字重建X線片通過從CT圖像堆棧中創(chuàng)建數(shù)字重建影像,以可控的角度模擬髖關(guān)節(jié)X線片,有助于同時從二維和三維進(jìn)行評估。Harris等[17]使用股骨頭最佳擬合球體生成一個球面,計算原股骨頭非球面上的節(jié)點與最佳擬合球體表面之間的最大距離,最大距離可以評估凸輪畸形的方位和嚴(yán)重程度。但是他們沒有進(jìn)行形狀評估,凸輪的整體形狀將影響最大距離和α角的關(guān)系。若Cam形態(tài)短促高聳,則出現(xiàn)最大距離大,α角小;若Cam形態(tài)平緩,則出現(xiàn)最大距離小,α角大;這提示了α角并不是畸形大小的唯一客觀指標(biāo)。Ewertowski等[24]對19例FAI患者的3.0T MRI圖像進(jìn)行了人工和自動程序的多次測量,比較測量間一致性。人工使用多平面重建軟件通過股骨頭創(chuàng)建7個軸向重建,其測量準(zhǔn)確性依賴于觀察者熟練度,并不總是可靠;而程序自動測量α角所需的工作量很小,其α角測量結(jié)果客觀可靠。

4 對α角的思考

臨床中發(fā)現(xiàn)凸輪畸形的存在并不一定會導(dǎo)致FAIS癥狀的出現(xiàn),而出現(xiàn)FAIS癥狀的患者也并非都具有典型的形態(tài)學(xué)改變。有研究顯示,對110例無癥狀受試者拍攝穿桌側(cè)位,41%的受試者α角度>50 °,證實了一些無癥狀的人在髖關(guān)節(jié)X線片上也會有Cam畸形跡象[25];而在臨床表現(xiàn)為髖關(guān)節(jié)疼痛的年輕患者中,與FAIS一致的影像學(xué)檢查陽性結(jié)果僅為60.5%[26]。FAIS的診斷往往會因影像學(xué)假陰性延遲1～2年[9]。總體來看,單純X線片對凸輪畸形的識別不夠,FAIS的影像學(xué)檢查結(jié)果與癥狀不一定相關(guān),這兩個原因?qū)е氯巳褐蠧am型FAIS的患病率可能被低估。對此作者認(rèn)為,撞擊是一種動態(tài)現(xiàn)象,而不是靜態(tài)的畸形成像,α角不能反映關(guān)節(jié)中各個組成部分的動態(tài)相互作用,畸形最大的區(qū)域也不一定是導(dǎo)致撞擊的區(qū)域。同樣,盡管α角的恢復(fù)是評判骨軟骨成形術(shù)術(shù)后效果的重要標(biāo)準(zhǔn),且往往預(yù)示著良好的中長期臨床效果[27],但其并不能準(zhǔn)確代表成形的范圍和程度。Bouma等[28]首次引入了新的參數(shù)ω區(qū)(omega zone),它將五個參數(shù)組合為一個:α角、中心邊緣角、髖臼前傾角、股骨頸前傾角以及股骨頸干角,量化了股骨近端和髖臼之間的相互作用。基于CT重建,他們將股骨頭投影為一個圓形,同時被髖臼覆蓋的面積和α角囊括的凸輪畸形面積也投影在該圓形中,并計算百分比。覆蓋區(qū)和α區(qū)之間的剩余區(qū)域被稱為ω區(qū),代表髖臼中頭部無撞擊的活動度(range of motion,ROM),得到三維形狀的二維表示。他們比較了20例有癥狀Cam型FAIS男性患者與35例無癥狀男性的ω區(qū),結(jié)果顯示在髖關(guān)節(jié)屈曲60 °和90 °時,無論α角是正常還是偏大,Cam型FAIS患者的ω區(qū)始終比正常對照組小。這項研究一定程度上提供了未來的探索方向。

5 總 結(jié)

拍攝骨盆AP位和45 ° Dunn位X線片是測量Cam型FAIS α角的最佳射線照相方式,進(jìn)一步精確可行CT和MRI股骨頸多角度軸向重建,推薦使用3.0T MRI或1.5T MRA。CT和MRI的三維重建似乎更為直觀,但是缺少量化的評估標(biāo)準(zhǔn)。α角不能反映股骨與髖臼間的動態(tài)相對運動,未來需要一種更真實有效的、結(jié)合個性化軀體運動的可量化指標(biāo)替代單純的α角。