三维CT重建在评价发育性髋关节脱位髋臼形态中的应用

2013-10-16孙国昌李洪秀张力曾祥一

锦州医科大学学报 2013年5期

孙国昌，李洪秀，张力，曾祥一

(1.辽宁医学院附属第三医院，辽宁锦州 121000;2.盘锦市第二人民医院，辽宁盘锦 124000;3.锦州市中心医院，辽宁锦州 121000)

发育性髋关节脱位 (Developmental Dislocation of the Hip，DDH)是骨科尤其是小儿骨科的常见病之一，其主要病理表现为髋臼缺损、股骨头发育不良及头臼的非同心对位关系［1］，尤其是患儿髋臼存在不同程度的发育异常。因此了解髋臼发育的缺陷对治疗方法选择和预后判断极为重要。既往针对髋臼发育的研究主要是依靠X线平片所提供的信息，前期大量研究衍生出了较多的测量方法并广泛应用于临床，如髋臼指数，常用来评估冠状面髋臼顶的方向和侧外方对股骨头的包容度。然而随着医疗技术的不断进步，临床应用中X平片存在的诸多局限也不断突显出来，如骨性重叠、无法轴位观察等，以致无法真实的反映髋关节的三维结构。在这种情况下，三维CT重建技术 (3D－CT)的优势应运而生，其应用能够对髋关节进行立体全面的直观观察，不但可以对骨性结构进行三维观察，还可以在不同平面上进行准确的参数测量，从而更全面反映DDH髋臼的骨性病理改变［2］。本研究通过对47例发育性髋关节脱位 (DDH)患儿的CT三维图像进行测量分析，旨在探讨DDH髋臼形态学的变化及对手术方式选择的指导意义。

1 材料与方法

1.1 临床资料收集2010年1月至2012年6月辽宁医学院附属第三医院、锦州市中心医院和盘锦市第二医院收治DDH患儿47例64侧髋关节。纳入标准:(1)所有患侧髋关节均符合以下X线表现:Shenton线连续性中断;股骨头偏离Perkin方格内下象限;头臼非同心对位;髋臼指数＞30°;中心边缘角＜20°;(2)患儿家属同意并签署知情同意书。

本组病例中患儿男性19例，女性28例;月龄8～36个月，其中12月以内2例，12～24个月19例，24～36个月26例，平均25个月。DDH左侧29髋，右侧35髋，其中双侧DDH患儿17例。以健康侧为对照组，共计20髋。

1.2 测量方法及技术参数所有患儿均使用GE公司64层螺旋CT机检查。扫描时患儿取仰卧位，双脚并拢，对少数不合作患儿口服或直肠应用水合氯醛 (0.6 mL/kg)。扫描范围从髂前上棘到股骨髁。扫描参数:层厚3 mm，层距3 mm，螺距3.5，球管电压120 kV，电流250 mA。在随机配置的工作站利用遮盖容积技术重建，获得骨盆及下肢的3D－CT图像，并通过旋转进行多方向观察。

1.3 髋臼各参数的测量从髋臼三维CT图像的前、后、外、下面观察髋臼冠状面、矢状面和横断面的变化，测量前外侧臼唇角 (Anterior lateral acetabar lip，ALAL)、侧面髋臼上缘倾斜度 (Lateral acetabular inclination，LAI)、髋臼前倾角 (Acetabular ateversion，AA)和髋臼横向旋转角(Transverse rotation of the acetabulum，TRA)。

1.3.1 前外侧臼唇角 (Anterior lateral acetabar lip，ALAL)测量 ALAL的测定是在骨盆三维CT重建的前正面观图像上，通过髋臼前外侧缘内、外两端点的直线A与水平参考线B的夹角 (水平参考线为骶1中心与耻骨联合中心连线的垂线C)，用来观察髋臼前外侧缘在额状面上的发育情况(如图1示)。

1.3.2 侧面髋臼上缘倾斜度 (Lateral acetabular inclination，LAI)测量在骨盆三维CT重建的侧面观图像上，髋臼上缘前后顶点的连线A与侧面水平线B的夹角 (侧面水平线B为骼前上棘与耻骨联合前缘连线C的垂线)。用来观察髋臼上缘在矢状面上的倾斜程度。如果LAI角在侧面水平线B的头侧，则定义为正值，在尾侧则定义为负值，如果A线与B线重合，则LAI为0(如图2示)。

1.3.3 髋臼前倾角 (Acetabular ateversion，AA)测量将骨盆足头位观三维CT重建图像，旋转至两髂前上棘与耻骨联合前缘达同一水平线，则髋臼前后壁最外缘的连线为A，两耻骨联合前缘连线C的垂线为B，A线与 B线的夹角即为AA(如图3示)。

1.3.4 髋臼横向旋转角 (Transverse rotation of the acetabulum，TRA)测量在骨盆三维重建的下面观图像上，髋臼前后缘的连线A与两耻骨支上缘连线C的垂线B的夹角。用来观察髋臼开口方向在横断面上绕身体纵轴的旋转程度，或髋臼开口方向的前倾或后倾 (如图4示)。

1.4 统计学处理运用SPSS17.0软件进行统计学分析，采用独立样本t检验，P＜0.05时差异有统计学差异。分别进行正常侧与脱位侧、＜18月和≥18月组的正常侧与脱位侧各参数之间的比较。

2 结果

本组47例DDH患儿64侧髋臼各参数测量结果，以及在不同年龄组测量结果与正常组比较情况如下 (见表1):异常侧相对于正常侧，前外侧臼唇角 (ALAL)增大，差值达 (7.35±4.70)°，侧面髋臼上缘倾斜度 (LAI)增大，差值达 (4.61±3.12)°，髋臼在冠状面上呈外展改变;AA(髋臼前倾角)增大，差值达 (6.93±1.05)°，在横断面上观察三维CT图像见患髋的髋臼开口方向上前倾角度有增大;髋臼横向旋转角 (TRA)增大，差值达 (10.93±4.05)°。异常侧的 ALAL、LAI、AA和TRA均大于正常侧(P＜0.05)，差异具有统计学意义。

表1 各异常侧髋臼参数与正常组比较结果(°，)

注:采用独立样本的t检验，P＜0.01

测定参数正常组 (n=20)异常组 (n=64) 差值 (°)ALAL 47.54±4.36 56.33±5.50 7.35±4.70 LAI 1.02±3.93 5.11±4.55 4.61±3.12 AA 9.83±3.29 17.43±4.01 6.93±3.05 TRA 12.83±4.52 23.43±4.91 10.93±4.05

不同年龄组测量结果比较如下 (见表2):将本组47例DDH患儿64个髋臼各个参数测量结果按＜18个月和≥18个月两个不同年龄组进行统计分析，其中正常侧髋臼的髋臼横向旋转角 (TRA)，＜18个月组平均为 (12.37±4.54)°，≥18个月组平均为 (12.91±4.35)°，P=0.324，差异无统计学意义;而脱位侧髋臼的髋臼横向旋转角TRA，＜18个月组 TRA平均为 (24.50±4.21)°，≥18个月组TRA平均为 (23.03±5.11)°，两组之间 P＜0.05(P=0.043)，差异具有统计学意义。

表2 不同年龄组各参数比较情况 (n代表髋数)

3 讨论

大量DDH相关的临床研究表明早期诊断、早期治疗对DDH患儿髋关节的功能康复起着至关重要的作用。为了更好的为临床诊治DDH提供理论支持，本研究主要是通过三维CT成像准确地测量DDH患儿髋臼的前外侧臼唇角(ALAL)、侧面髋臼上缘倾斜度 (LAI)、髋臼前倾角 (AA)、髋臼横向旋转角 (TRA)四项参数指标，并对测量指标进行比较分析，量化反映DDH的骨性病理形态改变，从而在一定程度上揭示DDH髋臼骨性结构的病理变化规律，从病理解剖学角度为DDH早期诊断和治疗提供理论依据。

目前DDH影像学参数测量主要通过X线或普通CT图像来获取的。其中X线平片的测量因多种因素的干扰 (如骨性重叠、伪影形成、无法轴位观察等)，导致测量的结果误差比较大，因此在应用中具有一定程度上的局限性。普通CT的测量结果主要受扫描时患儿所处体位和扫描层面选择的影响较大，因此也具有一定的不足。随着三维CT重建技术的快速发展和广泛应用，在DDH相关研究中其优势也逐渐凸现出来。有学者［3］对DDH的X线、普通CT和3DCT三种影像学检测的结果进行了对比研究，分析发现DDH的类型与多层螺旋CT的检查结果相符合，而且三维CT重建检查结果在 DDH早期诊断中明显优于X线和普通CT。在此基础上，张劲松等［4］对螺旋CT三维重建技术进行研究，也发现了三维CT重建在髋臼骨性病理形态的显像、头臼关系的显示以及相关测量的精确性上具有明显优势。这些研究都充分的证实了3DCT在DDH中应用价值，可为DDH的临床诊治提供了立体观察和三维测量途径，也为针对DDH病情的诊治提供准确依据。

三维CT不仅能够非常直观的观察股骨颈、股骨头、髋臼及其之间的对应关系，而且可以从各个层面上进行三维定位，能够比较准确的测量出X线和普通 CT都难以测量的参数，如髋臼横向旋转角 (TRA)、髋臼前倾角(AA)［5－6］;还能更清楚地显示出髋臼屈伸变化、髋臼前壁骨化受阻程度，以及在冠状面上的内收与外展情况，减少测量误差，使参数的测量更为准确［7］。三维CT下检测的DDH各项结果的变化情况具有重要的意义，不但可以对骨性结构进行三维观察，还可以在不同平面上进行准确的参数测量，从而更全面反映DDH髋臼的骨性病理改变。

3.1 ALAL 前外侧臼唇角 (ALAL)能够准确的反映出在冠状面上髋臼的内收或外展的变化。DDH患者都呈现出ALAL增大，在冠状面上髋臼呈现外展改变。

3.2 LAI 侧面髋臼上缘倾斜度 (LAI)是髋臼顶壁前缘至髋臼后壁最下缘的连线与水平线的夹角。在外侧面观察时，LAI能充分反映出髋臼矢状面上的位置，对鉴别髋臼屈伸变化有重要的意义。经分析3D CT测量结果发现，DDH患者异常侧相对于正常侧侧面髋臼上缘倾斜度LAI增大，髋臼屈伸变化呈现髋臼屈曲增加。

3.3 AA 髋臼前倾角 (AA)反映髋臼开口方向在横断面上的前倾程度，髋臼前倾角AA有助于维持髋关节的稳定性，同时在保持髋关节运动范围方面具有重要的作用。本组测量结果提示DDH患儿脱位侧髋关节的AA明显大于正常侧髋关节，而且随着年龄的增长而逐渐增大，并且在横断面上髋臼开口方向的前倾角增大。这表明随着DDH髋关节脱位时间越长，髋臼前壁生长发育受阻的程度与后壁相比越严重。

3.4 TRA 髋臼横向旋转角 (TRA)是髋臼前后缘连线沿冠状轴旋转的角度。轴位下面观时，TRA为髋臼前后缘连线与矢状轴的夹角，能够充分反映髋臼在横断面上的位置改变情况。在本研究中，正常侧髋臼TRA平均为 (12.83±4.52)°，与Kim SS等报道研究结果相似。而脱位侧的髋臼TRA平均为 (23.43±4.91)°，较正常侧TRA明显增大。这一结果表明脱位侧的髋臼前倾角比正常侧有明显的增大。另外，对正常髋臼发育的研究结果表明，随着年龄的增长，髋臼前倾的角度基本保持恒定，原因是髋臼前后壁的骨化速度基本一致。就＜18个月组和≥18个月组而言，正常侧髋臼的髋臼横向旋转角 (TRA)，＜18个月组平均为 (12.37±4.54)°，而≥18个月组平均为 (12.91±4.35)°，研究结果表明正常侧髋臼的髋臼横向旋转角TRA随年龄变化不大;而脱位侧髋臼的髋臼横向旋转角TRA，＜18个月组平均为(24.50±4.21)°，≥18个月组平均为 (23.03±5.11)°，研究结果表明脱位侧髋臼的髋臼横向旋转角TRA随年龄增大而减小。这些结果表明尽管在正常侧随着年龄的增长，髋臼前倾的角度基本保持恒定;而在DDH患儿中随着年龄的增长脱位侧臼的前倾是逐渐增加的。也就是说，随着脱位时间的延长，髋臼前壁骨化受阻的程度将越来越严重。

综上所述，三维CT测量能够全面地、量化地反映出DDH髋臼的骨性病理变化，对临床早期的诊断和治疗提供具有针对性的测量指标，从而减少了盲目性的手术，为患儿髋关节获得满意矫形以及最佳的头、臼吻合关系的构建提供了依据;同时，三维CT在X线及普通CT测量的基础上，扩大了测量的范围，如ALAL、LAI、AA、TRA等指标的测量，而且测量参数的准确性也较X线及普通 CT有了显著提高，使DDH的影像学评价更具有量化标准，为DDH的临床诊治提供准确的第一手参考资料;尤其是通过三维CT图像观察进一步证实了DDH在脱位侧的髋臼横向旋转角 (TRA)比正常侧有明显地增加，而且随着脱位时间的延长，髋臼前倾逐渐增加，髋臼前壁骨化受阻的程度将越来越严重。

［1］王宝明，李惠军，顾志华，等.髋臼缘内移截骨治疗髋臼发育不全的解剖学研究［J］.中国矫形外科杂志，2004，12(13):1014－1016.

［2］Han SJ，Shin BM，Lee JM，et al.Factors affecting rehabilitation outcome of congenital muscular torticollis［J］.J Korean Acad Rehabil Med，2010，34:643 －649.

［3］Roach JW，Hobatho MC，Baker KJ，et al.Three－ dimensional computer analysis of complex acetabular insufficiency ［J］.Journal of Pediatric Orthopaedics，1997，17(2):158 －164.

［4］张劲松，赵黎，孙晶，等.三维CT重建对先天性髋关节脱位的诊断价值［J］.第四军医大学学报，2002，23(4):344－346.

［5］倪庆宾，王继孟，郭宗远，等.发育性髋关节脱位髋臼形态学的三维 CT研究［J］.中华小儿外科杂志，2003，24(3):208－210.

［6］孟杰，赵黎，颉强，等.发育性髋关节脱位的三维骨骼畸形病理及其手术治疗［J］.中华小儿外科杂志，2005，26(4):195－199.

［7］Tamura S，Nishii T，Shiomi T，et al.Three－dimensional patterns of early acetabular cartilage damage in hip dysplasia;a high－resolutional CT arthrography study［J］.Osteoarthritis Cartilage，2012，20(7):646－652.