髋部骨折患者股骨近端三维几何解剖形态变化及意义

石利涛，刘彦博，赵景新，穆怀招，曹向宇(承德医学院附属医院，河北承德067000；隆化县医院)

髋部骨折是好发于老年人群的常见骨折类型，包括股骨粗隆间骨折、股骨粗隆下骨折、股骨颈骨折等，其中以股骨颈骨折、股骨粗隆间骨折比较多见[1]。髋部骨密度(BMD)是骨质疏松症临床诊断以及骨折风险预测评估的常用指标。研究发现，股骨近端BMD降低及髋部几何解剖学形态异常均有可能导致髋部骨折的发生[2]。本研究探讨髋部骨折患者股骨近端三维几何解剖形态变化及其与BMD的关系。

1 资料与方法

1.1 临床资料 选择2017年7～11月承德医学院附属医院收治的单侧单纯髋部骨折患者60例，均为跌倒所致，并经影像学检查证实，排除合并甲状旁腺疾病、肾脏疾病、糖尿病、结核及长期应用激素等可能影响BMD者。根据骨折部位将60例患者分为股骨颈骨折组、股骨粗隆间骨折组各30例；股骨颈骨折组男17例、女13例，年龄49～86(68.5±9.6)岁，骨折部位：左侧12例、右侧18例；股骨粗隆间骨折组男15例、女15例，年龄47～85(67.9±9.2)岁，骨折部位：左侧14例、右侧16例。选择同期体检中心进行体检的健康志愿者30例作为对照组，男15例、女15例，年龄50～85(68.2±8.8)岁。三组性别构成比及年龄均具有可比性。本研究通过医院伦理委员会审核，患者及家属均知情同意。

1.2 股骨近端BMD测定 采用美国GE Lunar Prodigy骨密度仪，扫描参数设置：电流3.0 mA，电压76 kV，扫描宽度15.0 cm。受试者取仰卧位，双足固定于专用固定装置上，保持人体中线与扫描床垫上的中线平行并重叠，股骨中部标记激光标志线。从耻骨联合下3～5 cm处开始扫描，确保股骨颈、股骨大粗隆及股骨头显示清晰完整，记录BMD。

1.3 CT扫描及股骨近端三维几何解剖形态模型(以下称股骨近端解剖模型)建立 受试者均行常规下肢CT检查，股骨颈骨折组、股骨粗隆间骨折组扫描骨折侧下肢，对照组扫描任意一侧下肢。采用SIEMENS SOMATOM Sensation 64层螺旋CT机扫描成像，参数设置：层厚0.625 mm，扫描电压120 kV，电流100 mA，准直器0.6 mm。受试者取仰卧位，下肢伸直，髌骨向上，扫描范围从髂前上棘至胫骨结节。扫描完成后将获得资料导入Mimics10.01医学图像处理软件，建立股骨近端解剖模型。

1.4 股骨近端解剖模型相关参数测量 于1.3中建立的股骨近端解剖模型上行三维空间测量，将股骨头中心点设为A点，由软件自动生成的模拟元拟合股骨头；将股骨颈轴线与股骨解剖轴线之间的交点设为B点，膝关节中心点设为C点，由股骨髁间窝中点和胫骨内外侧平台连线中点进行连线，再与股骨远端髁切线形成交点。以AB连线为股骨颈轴线、BC连线为股骨解剖轴线、CA连线为股骨机械轴线。测量股骨近端解剖模型相关参数，包括股骨颈前倾角(FNAA)、颈干角(NSA)、股骨头直径(FHD)及股骨颈轴长度(LFNA)。FNAA为股骨远端后髁平面(标准下肢冠状面)与线段AB之间的夹角，NSA为线段BC与AB之间的夹角。

1.5 股骨近端解剖模型相关参数与BMD的相关性分析 采用Pearson相关分析法分析股骨近端解剖模型相关参数与BMD的关系。

2 结果

2.1 三组股骨近端BMD比较 股骨颈骨折组、股骨粗隆间骨折组及对照组BMD分别为(0.75±0.26)、(0.76±0.22)、(0.86±0.19)g/cm2；股骨颈骨折组、股骨粗隆间骨折组BMD均低于对照组(P均<0.05)，股骨颈骨折组、股骨粗隆间骨折组BMD比较差异无统计学意义(P>0.05)。

2.2 三组股骨近端解剖模型相关参数比较 股骨颈骨折组FNAA小于股骨粗隆间骨折组和对照组，股骨粗隆间骨折组NSA大于股骨颈骨折组和对照组(P<0.05或<0.01)。股骨粗隆间骨折组与对照组FNAA比较、股骨颈骨折组与对照组NSA比较差异均无统计学意义(P均>0.05)。三组FHD、LFNA比较差异均无统计学意义(P均>0.05)。见表1。

表1 三组股骨近端三维几何解剖形态相关参数比较

注：与对照组比较，*P<0.01，与股骨粗隆间骨折组比较，#P<0.05，△P<0.01。

2.2 股骨近端解剖形态相关参数与BMD的关系 Pearson相关分析结果显示，FNAA与BMD呈正相关关系(r=0.347，P<0.05)，NSA与BMD呈负相关关系(r=- 0.340，P<0.05)，FHD、LFNA与BMD均无明显相关性(P均>0.05)。

3 讨论

髋部若遭受较大的应力，而不能有效地将髋部有害应力抵消，则容易发生髋部骨折。流行病学数据显示，约88%的髋部骨折与患者合并骨质疏松有关[3]。既往研究显示，股骨颈BMD检测有助于预测髋部骨折的发生，但BMD难以精确反映髋部关节的形态学改变[4,5]。髋部BMD降低常伴有骨转换异常、局部骨量减少，此外矿物质代谢、显微病理结构、骨痂组织有机物含量降低等因素也可能导致骨组织强度降低，从而增加髋部骨折的风险。BMD是早期诊断骨质疏松、预测骨质疏松性骨折的可靠方法，WHO对骨质疏松诊断标准的制定亦是基于BMD的测量。Zhang等[6]采用骨密度双能X线吸收法检测近2万例股骨颈骨折患者的髋部解剖结构数据，认为与年龄增长相关的髋部骨皮质变薄和强度下降是股骨颈骨折的危险因素。但此研究基于X线片的二维测量，并没有比较分析股骨粗隆间骨折患者的髋部解剖形态。李毅中等[7]研究结果显示，女性髋部骨折患者的股骨颈骨密度、股骨颈和转子间的骨横截面积及皮质厚度均显著低于健康女性，屈曲应力比显著高于健康女性；该研究认为女性髋部骨折患者的股骨颈BMD及髋关节骨强度均发生明显改变，患者骨强度降低，髋关节结构分析(HSA)提供的结构强度参数可用于预测髋部骨折的风险。因此，了解股骨近端三维几何解剖形态改变对于预测髋部骨折具有重要意义。

既往关于骨骼几何解剖形态学的研究多是基于X线片或荧光片上的二维前后位图像，如Leslie等[8]采用骨密度双能X线吸收法分析髋关节轴线长度及强度对预测髋部骨折发生的影响，Ito等[9]采用CT扫描分析日本老年人群髋部形态与髋部骨折发生的关系。上述研究均为X线平片或者CT图像测量，缺少三维模型的相关测量数据。近年来随着计算机辅助设计(CAD)及三维重建技术的迅速发展，使得股骨近端三维几何解剖形态的研究更为精准[10]。本研究中股骨近端三维几何解剖形态的测量方法是基于CT图像的三维测量，与二维图像相比增加了空间立体的信息数据，且具有操作简便、重复性强、精确性高等优点。股骨CT扫描后重建可更加全面地反映股骨的实际几何形态。通常对于股骨扭转角、前倾角等角度的测量，主要是以股骨髁平面为基准，由于CAD可以在空间内任意旋转，因此坐标系可任意设定。既往关于三维几何解剖形态的研究进行髓外测量时多以股骨头中心作为坐标原点，股骨干轴线方向作为纵轴(Z轴)，股骨颈轴线在此坐标系X-Y平面的投影作为X轴，以此坐标系进行股骨近端几何参数测量对offset值、颈干角的影响较小[11～13]，测量更为方便。FNAA、NSA、FHD、LFNA增大或减小均不利于骨骼的力学稳定性。本研究结果显示，股骨颈骨折组FNAA小于股骨粗隆间骨折组和对照组，股骨粗隆间骨折组NSA大于股骨颈骨折组和对照组，三组FHD、LFNA比较差异均无统计学意义；提示FNAA减小与NSA增大均与髋部骨折类型有关，二者的测量有助于判断髋部骨折风险及骨折部位。本研究结果显示，FNAA与BMD呈正相关关系，NSA与BMD呈负相关关系，而FHD、LFNA与BMD均无相关性；结合髋骨骨折类型，提示FNAA及BMD越小者可能越容易发生股骨颈骨折，NSA越大、BMD越小者可能越容易发生股骨粗隆间骨折。与龚伟华等[2]、张煜等[14]研究结果一致。

综上所述，髋部骨折患者股骨近端三维几何解剖形态发生变化，FNAA减小与NSA增大与髋部骨折类型有关，结合BMD可预测髋部骨折发生的风险及部位。

参考文献：

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