沿股骨转子间线环周皮质的CT影像学测量及临床意义

王晓旭,张世民,胡孙君,杜守超,熊文峰

(同济大学附属杨浦医院骨科,上海 200090)

髋部是躯干与大腿的结合部位,髋部活动对日常生活非常重要。由于股骨颈干角的存在,体重负荷在经股骨头向股骨干传导的过程中,股骨转子区的内外侧壁承受不同的应力大小和应力方向,内侧为压力侧,外侧为张力侧。内侧壁皮质承受的应力远较外侧壁皮质为大。根据Wolff定律,内侧壁较外侧壁有更高的密度和坚硬程度,这与临床所见相符。

随着人口老龄化的发展,股骨转子间骨折的发生率越来越高。在股骨转子间骨折的髓内固定手术治疗中,皮质的支撑复位具有重要意义[1-2]。股骨转子间骨折的前内侧皮质正性支撑复位,作为一种稳定的非解剖骨折复位技术,具有力学结构支撑(分担载荷)和生物学促进愈合的双重效果[3]。目前,前内侧皮质支撑在骨折复位中的重要性被大家广泛接受,但对于前内侧皮质在生物力学方面优势的理论数据,尚缺乏研究[4-5]。

因此,本研究收集了正常人股骨CT影像资料,将资料导入Mimics软件,进行三维重建;依据张英琪等[6]和王郑浩等[7]关于股骨近端骨折特征地图的研究,模拟经过股骨转子间线的骨折线,截取沿转子间线环周皮质斜断面,进行骨折断面环周皮质的形态学数据测算和分析,为生物力学建模和骨折的皮质支撑复位提供理论参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集同济大学附属杨浦医院骨科30例正常人股骨CT影像资料。纳入标准:(1) 年龄>60岁;(2) 男性女性患者各15例;(3) 既往无股骨骨折病史及骨肿瘤病史;(4) 具有完整的CT影像资料;(5) 能自行站立行走及日常活动。

1.2 选取斜切面

将CT影像资料以DICOM格式导入Mimics 15.0软件,对骨块进行三维结构重建,依据股骨转子间骨折线地图,选取经过股骨转子间线中线的斜切面。由于转子间线(带)是有宽度的,本课题组以大、小转子最高点的连线作为转子间线最高缘,选取经过平行于转子间线最高缘外下约0.5 cm处所在的截面,模拟顺向股骨转子间骨折的骨折线断面,见图1。

图1 沿股骨转子间线中线斜切面的环周皮质三维重建

1.3 参数测量

图2 股骨转子间线环周皮质斜断面的钟面分割

图3 依据股骨转子间线斜断面建立的环周皮质模型(A)和A2型转子间骨折模型(B)

2 结 果

2.1 转子间线环周皮质参数分布特点

沿转子间线斜面测量的环周皮质厚度、面积、密度(灰度)和相对强度数据见表1。其分布规律如下:(1) 环周皮质厚度在前内侧的T6段为最大,在外侧的T1段为最小;(2) 环周皮质面积在前内侧的T7段为最大,在后侧的T10段为最小;(3) 环周皮质密度在前内侧的T5段为最大,在后外侧的T12段为最小;(4) 环周皮质相对强度均值在内侧的T7段为最大,在后侧的T11段为最小,见图4。

表1 沿转子间线斜切面的环周皮质测算结果

图4 皮质相对强度在环周皮质各区段中的变化趋势

2.2 前内下角区段皮质与非前内下角区段皮质的对比

在完整环周皮质模型中,前内下角区段(T6、T7)的皮质厚度平均(12.96±0.59) mm,非前内下角区段为(5.80±0.44) mm,前内下角区段的皮质厚度明显较高,为非前内下角区段的2.23倍;前内下角区段的面积平均为(175.58±3.48) mm2,非前内下角区段平均为(84.10±2.44) mm2,前内下角区段皮质面积明显多于非前内下角区段;前内下角区段的皮质相对强度平均为(392.27±9.35) g/mm,非前内下角区段平均为(145.48±4.51) g/mm,前内下角区段的皮质强度明显高于非前内下角区段。

2.3 前内下角区段占正常股骨环周皮质强度的比重

在完整环周皮质模型中,前内下角区段虽然仅占环周皮质总长度的1/6,但其面积却占整个环周皮质面积的29.46%,前内下角区段的皮质强度占环周皮质总强度的35.04%。

2.4 前内下角区段占A2型骨折模型剩余皮质强度的比重

3 讨 论

股骨转子间骨折随着人口老龄化的发展其发生率逐年上升。解剖上股骨转子间属于股骨颈与股骨干之间的干骺端交汇转换区,近侧起自股骨颈基底部,远侧延伸至小转子下缘的骨干髓腔起始处。此处发生骨折后,由于解剖学颈干角、前倾角和扭转角的存在,导致重力负荷偏心传导,使股骨近端具有天然的内翻不稳定倾向。不论是选用髓内或是髓外固定,获得一个稳定可靠的骨折皮质支撑复位是影响内固定治疗效果的最重要前提因素,这样既有利于骨折愈合,又能减少内固定器械的并发症[10]。

股骨转子间骨折发生时,前方为张力侧,后方为压力侧,除了形成头颈和股骨干两个主要骨块外,尚有其他次要骨块,如大转子、小转子、外侧壁、后方转子间嵴、延伸至转子下区域等。股骨转子区的前内侧皮质相对厚实,且多为简单的骨折线,很少粉碎,该部分皮质骨对位之后相互砥住,具有传导负荷的能力。因此承受压力的前内侧皮质完整与否,或是否能够通过骨折复位而获得重建,对股骨转子间骨折内固定手术后的整体稳定性有重要影响。1949年,Evans[11]在其分类系统中就认识到内侧皮质相互对合砥住的重要性。内侧皮质相互接触砥住之后,即具有承受、传导负荷的能力,能够与内固定物一起,分担经股骨头传导的负载。Xiong等[9]对58例不稳定型转子间骨折(A2型)的3D-CT影像学研究发现,后内侧股骨距小转子骨块通常分离移位丢失且难以复位,因此前内侧皮质就成为骨折复位的直接支撑结构,在转子间骨折的治疗中承担着主要的稳定性重建作用[12-15]。本研究通过对3D-CT影像数据的测算,为前内侧皮质支撑复位提供了解剖学结构基础。

在股骨转子间线的环周皮质斜断面上,其皮质厚度由后外侧区域向前内下角区域逐渐增厚,在前内下角区域达到最大的皮质厚度。这意味着从结构特点上来说,手术复位时,前内下角区域皮质更容易复位且达到支撑效果。

从面积和相对强度上来说,前内下角区段皮质具有更多的皮质面积和更高的皮质强度,并向两侧皮质逐渐降低。在正常股骨的转子间线环周皮质上,仅占有1/6皮质长度的前内下角区段却凭借29.46%的皮质面积占有超过1/3(35.04%)的总体皮质强度。而在A2型股骨转子间骨折后内侧小转子骨块丢失的情况下,前内下角区段则占剩余皮质面积的44.72%,而其相对强度则占剩余皮质强度的接近一半(47.79%)。这就意味着,从结构上来说,在转子间骨折复位时,前内下角区段的复位支撑相比于其他区域能起到更好的作用,能承受更多的应力和负荷,是最强和最可靠的皮质支撑部位。

目前对于股骨转子间骨折复位时皮质正性支撑与中性支撑孰优孰劣的讨论十分激烈。Li等[15]从术后即刻影像及后期随访影像的分析中考虑,由于头颈骨块存在向外下滑动的机制,其皮质对位模式有从正性向中性及中性向负性改变的趋势,因此认为术中骨折复位时正性对位较中性对位更有优势。Mao等[16]通过对A2和A3型转子间骨折正性对位和解剖对位模型的有限元分析中,发现髓内固定后正性对位组在髋关节多个方向的载荷负重下皮质移位程度均小于解剖对位组,正性对位组的皮质支撑能更多地分担内固定器械的应力负荷,降低内固定器械损伤断裂的风险,因而认为复位时正性对位优于解剖对位,同时也验证了前内侧皮质在复位中的重要性。而本研究的结论前内侧皮质最可靠的皮质支撑部位与目前大家普遍接受的前内侧皮质支撑理论相吻合。不论是正性对位或中性对位,前内侧皮质凭借其压力传导内侧位置及更强的皮质强度成为骨折术中皮质复位时最重要的部位。本研究认为,前内下角皮质在厚度、面积、密度和相对强度方面,均高于转子间线环周皮质的其他区段。前内下角皮质是股骨转子间骨折皮质支撑复位的首选和可靠部位。

本研究的不足包括:(1) 本研究纳入的标本量偏少,标本分布具有地域局限性。(2) 研究中股骨转子间斜断面的截取和后续测量中模型的建立等均为人为观察、操作,尽管有重复操作验证等步骤,但仍不能完全排除主观因素的影响和测量误差的存在。(3) 本研究均通过CT值测算骨密度相关数据,在骨密度测量方面存在一定误差。(4) 更精确的数据可以通过更为客观的标本测量及生物力学测量获得。