股骨近端骨密度定量 CT 测量及其在骨折手术前评估的作用

危 杰 伊 辰 王满宜 王 军 张玉富 高 明 苏永彬 王 玲 徐 黎 程晓光

. 骨科影像学 Orthopaedic radiology .

股骨近端骨密度定量 CT 测量及其在骨折手术前评估的作用

危 杰 伊 辰 王满宜 王 军 张玉富 高 明 苏永彬 王 玲 徐 黎 程晓光

目的探讨定量 CT ( quantitative computed tomography，QCT ) 测量股骨近端的松质骨骨矿物质密度 ( bone mineral density，BMD ) 对股骨近端内固定物头钉的选择的指导价值。方法选择 2011 年 1 月至 2011 年 12 月，我院收治的 50 例股骨颈骨折或股骨粗隆间骨折患者作为骨折组，其中男 23 例，女 27 例，年龄 17～94 ( 63.8±16.3 ) 岁；招募 75 位年龄匹配的健康受试者作为健康组，其中男 18 例，女 57 例，年龄23～76 ( 61.2±10.4 ) 岁。使用 QCT 分别对骨折组健侧和健康组双侧股骨近端的不同兴趣区域内的 BMD 进行测量和分析。结果骨折组健侧股骨头、股骨颈及粗隆部的骨密度分别为 ( 153.0±37.6 ) mg / cm3、( 24.9± 39.7 ) mg / cm3、( 26.6±30.6 ) mg / cm3，健康组 ( 左侧股骨近端 ) 股骨头、股骨颈及粗隆部的骨密度分别为( 220.2±46.1 ) mg / cm3、( 74.8±49.1 ) mg / cm3、( 70.8±41.3 ) mg / cm3，骨折组各部分骨密度均低于健康组，差异有统计学意义 ( P＜0.05 )。股骨头与股骨颈和股骨粗隆部的骨密度下降的平均值不平行。结论骨质疏松是股骨近端骨折的危险因素；股骨粗隆部的骨密度并不能完全反映股骨头的骨密度；QCT 是目前测量股骨头骨密度的惟一方法；术前使用 QCT 评估股骨头的 BMD 对于内固定物头钉的正确选择提供了依据。

骨密度；体层摄影术，X 线；髋骨折；骨钉；定量 CT

随着世界人口老龄化的加剧，髋部骨折已经成为危害老年人健康的重要因素，世界卫生组织估计，在未来很长的一段时间内，其发病数量和发生率都将呈不断上升的趋势。股骨粗隆间骨折是最常见的髋部骨折之一，此类骨折多数为低能量损伤，主要发生于骨质疏松的老年人[1-2]。手术复位、内固定已成为股骨粗隆间骨折治疗的首选方法。目前可供选择的内固定材料虽有许多种，但其头钉大致可分为两类：拉力螺钉类和螺旋刀片类。拉力螺钉可以为骨折端加压，以促进骨折的愈合，但其需要股骨头拥有良好的骨质以提供足够的把持力，否则加压过程将由于螺钉的拔出而无法实现；螺旋刀片在被打入时可以起到打压植骨的作用，以增加局部的骨密度，但对于骨质良好的患者将造成骨折端分离[3-5]。因此股骨头骨质的好坏直接影响头钉类别的选择。

目前对于骨密度评估的主流方法是双能 X 线吸收测量法 ( dual-energy X-ray absorptiometry，DXA )[6-7]。由于 DXA 是二维平面的测量，其无法准确测量某一特定区域内的骨密度；另外由于髋臼与股骨头的重叠，使得 DXA 无法对股骨头的骨密度进行测量[8-11]。定量 CT ( quantitative computed tomography，QCT ) 可以在 CT 重建后的任意感兴趣区域 ( region of interest，ROI ) 内进行三维测量，从而使股骨头的骨密度评估成为可能。本研究使用 QCT测量和比较股骨近端骨折患者和健康受试者的股骨近端的松质骨骨矿物质密度 ( bone mineral density，BMD )，以探讨其对内固定物选择的指导价值。

资料与方法

一、一般资料

选择 2011 年 1 月至 2011 年 12 月，我院收治的股骨颈骨折或股骨粗隆间骨折的 50 例患者作为骨折组，其中男 23 例，女 27 例，年龄 17～94 ( 63.8±16.3 ) 岁。招募 75 位年龄匹配的健康受试者作为健康组，其中男 18 例，女 57 例，年龄 23～76 ( 61.2±10.4 ) 岁。

二、CT 扫描采集

采用多层螺旋 CT ( 东芝 16 排 CT ) 和美国 Mindways 公司的 QCT 体模对双侧髋关节进行 QCT 扫描。扫描范围从髂嵴至股骨上段，采用标准化的方法扫描条件，扫描参数为 120 kVp，250 mA，层厚为1 mm，一个 36 cm FOV 的螺旋重建模式的 512×512矩阵。

三、图像处理

使用商业软件 QCT Pro ( Mindways，Austin TX，USA )，测量股骨近端各部分 ( 股骨头、股骨颈和股骨粗隆 ) 的体积骨密度 ( vBMD，g / cm3)。使用商业图像分析软件 Virtual Place-M ( 医学影像实验室，东京，日本 ) 对骨折组健侧和对照组的双侧股骨近端进行三维重建，选定 ROI，可直接显示其内的骨小梁 BMD 测量值。

四、ROI 的选定

在股骨近端，使用 CT 来选定 ROI。将股骨头分为近端、中部和远端 3 个部分 ( 图 1 )。图 1a 中，直线 a 为经过股骨头中心的股骨颈的中轴线；直线 b 为垂直于 a 的股骨头切线，与 a 相交于点 A；直线 c 为在股骨头颈交界处垂直于 a 的线，与 a 相交于点 B；作出线段 AB 的三等分点 C 和 D；直线 d，e，f 分别为 AD，DC，CB 的中垂线；直线 g 为经过股骨颈最狭窄处的 a 的垂线；h 为大小转子之间最宽处的 a 的垂线。d，e，f，g，h 5 条线即为 5 个 ROI 的中心层面，每个 ROI 包含 9 个 CT 层面，在每个 ROI 内选择松质骨体质最大的区域进行测量。以远、中、近3 部分的平均值作为股骨头的 BMD 值。

五、统计学分析

两组数据之间的比较使用 t-检验进行分析，多于 2 个变量的数据采用土耳其检验-双向重复检验-ANOVAs 进行分析。计量资料采用 x-±s 表示。

结 果

骨折组与健康组在年龄方面差异无统计学意义( P＞0.05 )。在健康组中，我们比较了左侧和右侧股骨近端的 BMD，在各个区域内，差异也无统计学意义 ( P＞0.05 )，而股骨头 BMD 明显大于股骨颈和股骨粗隆间的 BMD ( 表 1 )。

将骨折组与健康组相对应的区域分别进行比较，以评估股骨近端不同区域 BMD 的差异性。在健康组中，股骨头近端 1 / 3 的 BMD 均值 ( 209.3± 45.1 ) mg / cm3低于中部 ( 212.22±49.7 ) mg / cm3、远端 1 / 3 ( 222.7±56.8 ) mg / cm3的均值，但是差异无统计学意义 ( P＞0.05 )。然而，在骨折组中，股骨头近端 1 / 3 的均值 ( 160.9±42.3 ) mg / cm3则明显高于中 ( 150.3±40.5 ) mg / cm3、远端 1 / 3 ( 144.9± 38.6 ) mg / cm3的均值，且差异有统计学意义 ( P＜0.05 ) ( 表 2 )。研究发现骨折组股骨近端各部分的BMD 均低于对照组，且差异有统计学意义 ( P＜0.05 ) ( 表 3 )。

图1 a：每个样本按 ROI 选定方法分为 5 个区域，使用 QCT 进行测量；b：股骨头近端 1 / 3 的 ROI 中心层面；c：股骨头中部 1 / 3 的ROI 中心层面；d：股骨头远端 1 / 3 的 ROI 中心层面；e：股骨颈的 ROI 中心层面；f：转子间的 ROI 中心层面Fig.1 a: Each sample was divided into 5 parts according to the ROI selection method, which were then measured by QCT; b: ROI central level in the 1 / 3 proximal femoral head; c: ROI central level in the 1 / 3 femoral head; d: ROI central level in the 1 / 3 distal femoral head; e: ROI central level in the femoral neck; f: ROI central level in the femoral trochanter

表1 健康组不同区域双侧 BMD 值对比 ( mg / cm3)Tab.1 Comparison of bilateral BMD in different ROI in the healthy group ( mg / cm3)

表2 骨折组和健康组股骨头不同区域 BMD 值 ( mg / cm3)Tab.2 Comparison of bilateral BMD in different ROI in the healthy group ( mg / cm3)

表3 骨折组和健康组不同区域 BMD 值的对比 ( mg / cm3)Tab.3 Comparison of BMD in different ROI in the fracture and healthy groups ( mg / cm3)

在骨折组与健康组中，我们均发现有一定数量的样本，其股骨头、股骨颈和股骨粗隆部区域 BMD值分布情况与样本总体的均值不平行。在健康组中，有 7 例男性 ( 38.9% ) 和 11 例女性 ( 19.3% ) 的股骨头与股骨颈的 BMD 值分布情况与样本总体的均值不平行，有 2 例男性 ( 11.1% ) 和 11 例女性 ( 19.3% )的股骨头与股骨粗隆部区域的 BMD 值分布情况与样本总体的均值不平行。与此同时，在骨折组中，有5 例男性 ( 21.7% ) 和 8 例女性 ( 29.6% ) 的股骨头与股骨颈的 BMD 值，以及 5 例男性 ( 21.7% ) 和 9 例女性 ( 33.3% ) 的股骨头与股骨粗隆部区域的 BMD 值分布情况与样本总体的均值不平行 ( 表 4 )。

表4 骨折组和健康组股骨头与股骨近端的 BMD 不平行差异率( % )Tab.4 Ratios of the differences between BMD of the femoral head and that of the proximal femur in both groups ( % )

讨 论

本研究使用 QCT 测量和比较股骨近端骨折患者和健康受试者的股骨近端的松质骨 vBMD，探讨其对股骨近端内固定物头钉的选择的指导价值。股骨粗隆间骨折内固定失效的原因很多，其中螺钉在股骨头颈中的位置、深度以及股骨头骨质的良好与否尤为重要[12-19]。螺钉在股骨头颈中的位置、深度与手术技巧有关，而股骨头骨质的良好与否决定了对于内固定材料的合理选择。股骨粗隆间骨折内固定材料无论髓内或髓外，其头钉部分可分为拉力螺钉类和螺旋刀片类两类。拉力螺钉可以为骨折端加压以促进骨折的愈合，但其需要股骨头拥有良好的骨质以获得足够的把持力[5,12-13,20-21]。对于股骨头骨质较差的患者，拉力无法完成，而常发生螺钉在加压过程中的拔出。螺旋刀片在被打入时可以增加螺钉周围的骨密度[3-4]，但对于正常骨质者，此作用不明显，反而常常造成骨折端的分离，影响骨折愈合。因此，股骨头的骨质好坏对于头钉的选择至关重要，正确地选择头钉可以有效地降低头钉由于发生切割和拔出而失效的几率。QCT 是目前惟一能够对于股骨头骨密度进行评估的方法。

文献报道，无论使用 QCT 还是 DXA 进行测量，受骨质疏松、基础代谢率及激素水平等因素影响，老年人的髋部 BMD 值均低于年轻人[22-25]。因此本研究中，在年龄方面进行匹配，骨折组与健康组年龄差异无统计学意义，避免了年龄因素对于髋部BMD 值的影响。研究结果显示骨折组平均 BMD 值显著低于健康组，从而进一步证明骨质疏松是髋部骨折的独立危险因素。

目前对于股骨头骨质的评估尚无成熟的方法。因而在临床工作中，对于股骨近端骨折内固定物头钉的选择尚缺乏重要的理论依据[26]。近年来，QCT 已逐渐成为分析髋部形态和测量 BMD 的有效手段[27-29]，但其在临床工作中尚未得到广泛应用[25,30-31]。由于 QCT 可以通过重建三维图像来测量股骨近端的真实形态和股骨头的 BMD，并且不像DXA 等二维测量方法那样会受到髋臼遮挡的影响。研究中发现，股骨头 BMD 值与粗隆部 BMD 值并非平行，DXA 仅对于粗隆部 BMD 的测量并不一定反应股骨头 BMD 的真实情况，因而有必要对于股骨头BMD 进行直接评估，从而指导内固定物头钉的合理选择。

本研究存在一些局限性。首先，在骨折组中，我们测量的健侧股骨近端的 BMD 值而不是骨折侧的。虽然在对照组中，我们对比了双侧股骨近端的BMD 值，结果显示双侧股骨近端的 BMD 值大致相等，差异无统计学意义，但骨折组是否存在差异尚不明确。其次，目前国际上尚无 QCT 测量数据提供健康人群股骨头的 BMD 值范围，因此缺乏正常值数据。需要在未来的工作中进一步增加样本量加以获得。另外测量区域的确定目前是人工手动，存在测试者个体差异，因而有必要开发三维自动确定 ROI的方法，以减少测量误差。

总之，骨质疏松是股骨近端骨折的危险因素；股骨近端的 BMD 并不能完全反映股骨头的 BMD；QCT 对股骨头的 BMD 直接评估对于股骨粗隆间骨折内固定物头钉的合理选择十分必要。

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( 本文编辑：王萌 李贵存 )

Measurement of bone mineral density of the proximal femur with quantitative computed tomography and its role of assessment before the surgical treatment of fractures

WEI Jie, YI Chen, WANG Man-yi, WANG Jun, ZHANG Yu-fu, GAO Ming, SU Yong-bin, WANG Ling, XU Li, CHENG Xiao-guang. Beijing Jishuitan Hospital, Beijing, 100035, PRC

ObjectiveTo investigate the potential value of the measurement of the cancellous bone mineral density ( BMD ) of the proximal femur by quantitative computed tomography ( QCT ) in the choice of adequate head screws in the management of proximal femur fractures.MethodsA total of 50 patients with femoral neck or intertrochanteric fractures who were adopted from January 2011 to December 2011 were studied as the fracture group, including 23 males and 27 females. Their average age was ( 63.8±16.3 ) years old ( range: 17-94 years ). Other 75 age-sex matched and healthy patients were treated as the healthy group, including 18 males and 57 females. Their average age was ( 61.2±10.4 ) years old ( range: 23-76 years ). The BMD in different regions of interest ( ROI ) of the proximal femur were measured and analyzed by QCT for uninjured sides of the fracture group and bilateral sides of the healthy group.ResultsThe BMD of the femoral head, femoral neck and trochanter in the fracture group were ( 153.0± 37.6 ) mg/cm3, ( 24.9±39.7 ) mg/cm3and ( 26.6±30.6 ) mg/cm3respectively, which were obviously lower than ( 220.2± 46.1 ) mg/cm3, ( 74.8±49.1 ) mg/cm3, ( 70.8±41.3 ) mg/cm3in the healthy group. And the differences between them were statistically signifcant ( P＜0.05 ). It was noticed that the decrease of BMD of the femoral head was not parallel with that of the neck and trochanter on average.ConclusionsOsteoporosis is a risk factor for proximal femoral fractures, and the BMD of the femoral trochanter sometimes can’t fully refect that of femoral head. So far, QCT is the only way to assess the BMD of the femoral head. Thus, the preoperative QCT assessment of the BMD of the femoral head is quite helpful in the choice of proper head screws of the implants.

Bone density; Tomography, X-ray; Hip fractures; Bone nails; Quantitative computed tomography

10.3969/j.issn.2095-252X.2014.11.007

R683.4, R445

首都卫生发展科研专项自主创新项目 ( 首发 2014-2-112 )；首都临床特色应用研究项目 ( z141107002514072 )

100035 北京积水潭医院创伤骨科 ( 危杰、伊辰、王满宜、王军、张玉富、高明 )，放射科 ( 苏永彬、王玲、徐黎、程晓光 )

危杰，Email: weijiejst@sina.com

2014-08-13)