强直性脊柱炎生物型股骨柄重建的形态学研究*

褚亚明 张亮 边涛 彭嘉杰 黄思城 卢敏强 高兴帅 周一新**

（1.北京积水潭医院矫形骨科，北京 100035；2.中山积水潭骨科医院骨科，广州中山 528455）

髋关节受累在强直性脊柱炎（ankylosing spondylitis,AS）患者中颇为常见，严重影响患者的整体功能状态和生活质量，同时也是造成疾病预后不良的独立危险因素之一[1-3]。AS患者的髋关节受累一旦发展到终末阶段，即患者出现不可逆的髋关节疼痛、严重的髋关节畸形和活动受限，以及显著的姿势和步态障碍，全髋关节置换术（total hip arthroplasty,THA）将是理想的治疗选择。既往大量文献报道，行THA 的AS 患者的临床和影像学结果、假体生存率和患者满意度等方面随访结果满意[4-13]，但也有文献报道并发症发生率较高，如活动受限、假体无菌性松动、股骨假体周围骨折、异体血输血等[5,9,11-13]，特别是有报道称待行THA 的AS 患者存在典型股骨近端形态学参数的病理性改变[6,14]，进而建议采用骨水泥型假体进行重建。另一方面，AS合并骨量减少和骨质疏松症（osteoporosis,OP）的情况也相当普遍。AS患者特征性的松质骨丢失和皮质骨增生（即新骨形成）的病理过程对于其在中轴骨融合、骨折以及外周关节畸形及骨性强直等诸多病理过程均存在严重负面影响[15-17]。而对于髋关节而言，终末期AS患者合并的OP将对后续THA 的手术操作和围手术期管理及康复训练计划造成极大影响，包括术中失血、假体初始稳定性和长期生存率，以及假体周围骨折等一系列问题[17-19]。

目前，国内外尚缺乏专门针对AS 患者接受THA治疗围手术期在股骨侧假体选择和形态学参数方面相互关系的大样本研究。本研究目的在于回顾性分析接受THA 的AS 患者股骨近端形态学参数的分布规律，同时调查术中股骨侧生物固定型假体的具体使用类型，分析两者之间的关联性和不同假体类型之间解剖学因素的差异，为THA 假体选择、重建技术改进和预后判断提供参考依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料

纳入标准：①符合AS 纽约诊断标准[20]；②具备THA 手术指征。排除标准：①年龄＜18 岁、女性＞50岁、男性＞55岁者；②术侧髋关节有既往手术、感染或创伤史者；③因其他原因导致关节间隙狭窄者；④长期接受抗骨质疏松药物和生物制剂治疗者；⑤X 线片质量不佳影响测量者。

回顾性分析2006 年1 月至2019 年12 月因终末期髋关节受累而接受THA 重建的AS 患者276 例392髋，根据上述纳入与排除标准，共233 例321 髋纳入本研究，男203 例，女30 例；年龄19～53 岁，平 均（39.3±12.5）岁；BMI 为13.8～37.1 kg/m2，平均（23.2±4.3）kg/m2；左侧165髋，右侧156髋。

本研究获得医院伦理委员会批准，患者均签署相关知情同意书。

1.2 影像学测量

患者股骨侧假体生产厂家和具体参数由未参与THA 的4 位关节外科医师通过医院电子病历系统收集。依据假体的几何外观、截面形状以及固定方式将所用股骨柄分为锥形生物柄、柱形生物柄和组配柄。收集患者术前和术后1 周内拍摄的双髋正位X线片。近期手术患者的X 线片通过院内PACS 系统下载X 线片的DICOM 数据，早期手术患者的X 线片通过医学影像专用扫描仪转化为BMP 格式。将两组数字化照片导入Mimics 16.0软件，利用其二维模块分别测量小转子上缘、股骨峡部、股骨柄尖端近侧10 mm三个层面的假体髓腔填充率（即柄体宽度与髓腔宽度的比值）[21]。股骨近端形态学参数，包括：①髓腔张开指数（canal flare index,CFI），为股骨小转子中点近端2 cm水平髓腔内径与股骨峡部（股骨小转子中点远端10 cm水平）髓腔内径的比值[22]；②干骺端髓腔张开指数（metaphyseal canal flare index,MCFI），为股骨小转子中点近端2 cm 水平和远端2 cm 水平髓腔内径的比值[23]；③远端髓腔张开指数（distal canal flare index,DCFI），为股骨小转子中点远端2 cm 水平和股骨峡部髓腔内径的比值；④髓腔股骨矩比率（canal to calcar ratio,CCR），为股骨峡部（股骨小转子中点远端10 cm水平）髓腔内径与股骨小转子中点水平髓腔内径与的比值[24]；⑤髓腔骨质比率（canal bone ratio,CBR），为股骨峡部（股骨小转子中点远端10 cm水平）髓腔内径与股骨干外径的比值（图1）[25]。股骨近端髓腔形态主要参考Noble 等[22]提出的基于X 线片测量的描述性分型标准：烟囱型（CFI＜3）、正常型（3≤CFI≤4.7）、倒香槟瓶型（CFI＞4.7）。比较Noble各型股骨，特别是烟囱型股骨所用假体在不同层面的髓腔填充率。

图1 股骨近端形态学参数测量示意图

1.3 统计学方法

采用SPSS 17.0软件进行统计学分析。连续变量以均值±标准差表示，等级变量以频数表示。Noble分型和THA 股骨侧假体分型的组间比较采用χ2分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 股骨近端Noble分型的形态学参数比较

233例321髋根据Noble分型系统，分为烟囱型组133 髋（41.4%），CFI＜3（烟囱型）；正常型组177 髋（55.1%），3≤CFI≤4.7（正常型）；倒香槟瓶型组11 髋（3.4%），CFI＞4.7（倒香槟瓶型）。形态学参数CFI、MCFI、DCFI、CCR、CBR 组间两两比较，差异均有统计学意义（P＜0.001，表1）。

2.2 假体分型的形态学参数比较

233 例321 髋THA 股骨侧假体分型：锥形生物柄272 髋（84.7%）、柱形生物柄33 髋（10.3%）、组配柄16髋（5.0%）。其中烟囱型组的锥形生物柄115 髋（86.5%）、柱形生物柄12 髋（9.0%）、组配柄6 髋（4.5%），烟囱型组股骨侧假体分型的股骨近端形态学参数比较，差异无统计学意义（P＞0.05，表2）。

2.3 假体分型的髓腔填充率比较

233例321髋股骨小转子上缘、股骨峡部、股骨柄尖端近侧10 mm 三个层面的假体髓腔填充率分别为0.72±0.12、0.82±0.10 和0.70±0.13。各假体分型的小转子上缘水平的填充率比较，差异有统计学意义（P＜0.001，表3），两两比较结果：锥形生物柄vs.柱形生物柄，P＜0.001；锥形生物柄vs.组配柄，P=0.010；柱形生物柄vs.组配柄，P=0.954。烟囱型组假体分型的小转子上缘水平的填充率比较，差异有统计学意义（P＜0.001，表4），两两比较结果：锥形生物柄vs.柱形生物柄，P=0.045；锥形生物柄vs.组配柄，P=0.006；柱形生物柄vs.组配柄，P=0.486。

表1 股骨近端Noble分型的形态学参数比较（髋）

表2 烟囱型组假体分型的股骨近端形态学参数比较（髋）

3 讨论

髋关节作为AS 最常累及的外周关节，有一定比例的AS 患者需要接受THA 进行髋关节重建，而股骨侧假体的选择临床上一直存在争议。从病理上看，AS 患者随着病情进展，其股骨近端会同时出现两种互为矛盾的病理过程，即皮质骨区域的新骨形成和松质骨区域的骨量丢失，一方面导致局部OP的发生，严重影响假体的初始稳定性和远期骨长入效果[17]；另一方面使股骨近端形态发生不同程度的病理性改变，对假体几何形体和固定方式造成了影响。

3.1 股骨近端Noble分型结果

本研究采用股骨近端Noble 分型进行定量分析，结果发现AS患者以正常型（3≤CFI≤4.7）为主（55.1%），而烟囱型（CFI＜3）比例也达到了41.4%。这与既往研究结果保持一致[26]。本研究测量了反映股骨上端髓腔径线整体形态的CFI，还关注了反映干骺端髓腔径线形态的MCFI 和峡部髓腔径线形态的DCFI、CCR 和CBR。烟囱型组的MCFI 显著低于正常型组，CCR 和CBR 均显著高于正常型组，说明AS 患者的形态学病理改变存在整个股骨中上段，包括股骨峡部和干骺端，而这两个部位正是获得假体有效压配和骨长入的关键部位。值得关注的是，张亮等[26]报道的90 例髋关节患者根据BASRI 评分系统，依照受累程度分成无受累组、轻度受累组、中度受累组以及重度受累组，各组间股骨髓腔形态学参数无显著性差异，提示AS 股骨近端更加直立的变化并非随髋关节受累逐渐恶化而出现，在髋关节受累早期也可出现股骨髓腔的烟囱型改变。本研究中233 例321髋均为待行THA 的髋关节终末期受累病例，通过组间各个股骨近端形态学参数比较发现，各参数两两比较，差异均有统计学意义，说明AS髋关节终末期受累病例的股骨近端形态学病理改变存在整个股骨中上段，包括股骨上端、干骺端以及股骨峡部[26]。

表3 假体分型的髓腔填充率比较（髋）

表4 烟囱型组假体分型的髓腔填充率比较（髋）

3.2 假体类型选择的形态学基础

本研究中233 例321 髋在THA 重建的股骨侧生物型假体选择上以锥形生物柄为主（84.7%），其中股骨近端Noble 分型为烟囱型也以锥形生物柄为主要选择（86.5%）。选择锥形生物柄的AS 患者在股骨近端（小转子上缘水平）的髓腔填充率显著优于柱形生物柄和组配柄，具体到股骨近端Noble 分型为烟囱型的115髋的小转子上缘水平也有同样发现；而且在股骨峡部和干骺端，锥形生物柄的髓腔填充率与柱形生物柄和组配柄相比，差异无统计学意义。既往关于生物型股骨柄的研究中多以锥形生物柄为主要选择，且均报道了理想的远期固定效果和假体生存率，认为AS 患者的THA 重建可以以锥形生物柄作为可靠的假体选择方式[4-11]。

既往文献尚无有关柱形生物柄和组配柄用于AS初次股骨近端重建的临床报告。本研究中柱形生物柄和组配柄的使用率分别为10.3%和5.0%，而在烟囱型股骨中的使用率分别为9.0%和4.5%，提示AS终末期髋关节受累所导致的形态学变化并不是使用柱形生物柄和组配柄的主要原因。张亮等[28]对待行THA 的30 例AS 患者进行股骨近端前倾角（femoral proximal anteversion angle,FPA）测量，结果发现FPA为-8.23°～44.80°，平均13.41°±10.02°，其中仅4 例的FPA＞30°。尽管AS 患者从整体上并未表现出FPA增大的趋势，但仍出现FPA过大的病例，可能是AS自身炎症、骨化过程以及胸腰段后凸畸形继发骨盆、髋关节和膝关节代偿变化的结果，提示AS 髋关节融合的位置和角度具有较大变异度[28,29]，这也是本研究中患者选择组配柄的一个重要理由。此外，选择柱形生物柄和组配柄还与病程进展过程中松质骨骨量丢失使得终末期髋关节受累阶段的股骨近端出现的烟囱型形态变化、男性患者比例过高造成的髓腔宽大以及股骨上端和干骺端骨密度显著下降等有关[28,30]。

3.3 本研究的不足之处

本研究为回顾性研究，缺乏对照组，所纳入病例的全部THA 手术由多名高年资术者完成，因手术医师的偏好和经验不同，在假体选择方面存在偏倚。其次，本研究以髋关节正位X线片作为测量基础的股骨近端形态学参数，并未对髋关节侧位X线片上股骨柄的压配或填充做出评价，因而难以全面反映AS 患者在髋关节受累的终末期阶段股骨髓腔的病理改变和各型假体对股骨髓腔的匹配程度。此外，缺乏股骨近端骨密度检查数据，因而无法判断股骨近端形态学参数与局部骨密度之间的关系。

综上，合并终末期髋关节受累的AS 患者在股骨侧有很大比例存在烟囱型形态学改变。临床上生物型股骨假体重建中以锥形生物柄为主要假体选择方式，并在股骨髓腔不同层面具有理想的髓腔填充率。