股骨头坏死病灶评估方法的研究进展*

文鹏飞陈有荣郭万首**张启栋岳聚安

（1.北京大学医学部中日友好临床医学院，北京100029；2.中日友好医院骨关节外科，北京100029；3.北京中医药大学，北京100029）

∙综述∙

股骨头坏死病灶评估方法的研究进展*

文鹏飞1,2陈有荣1,2郭万首1,2**张启栋2岳聚安3

（1.北京大学医学部中日友好临床医学院，北京100029；2.中日友好医院骨关节外科，北京100029；3.北京中医药大学，北京100029）

股骨头坏死是一种常见的髋关节疾病，坏死病灶的体积、位置、结构、形状等性质在其治疗方式选择和预后判

定中有着重要意义。本文从X线片、CT、MRI出发，对比不同方法在分析坏死病灶性质、预测塌陷及判断预后中的价

值，综述目前对于坏死病灶评估方法的研究进展。

股骨头坏死；评价方法；坏死病灶；三维重建

股骨头坏死发病年龄以30～50岁为主，其主要原因为外伤、激素、酗酒等[1,2]，造成股骨头供血不畅，骨髓细胞局部坏死，引起股骨头塌陷，导致临床活动受限。在未经治疗的情况下，60%～80%股骨头将在1～5年内发生塌陷[3,4]，进而需要接受人工关节置换。塌陷预防一直以来是学者们研究的热点，而股骨头早期坏死灶的性质，包括体积[5-7]、位置[6,7]、结构、形状及影像学分期，先后被指出是塌陷发生及影响预后的重要因素，然而不同学者的研究结果仍存在一定的差异。另一方面，由于缺乏一致、有效、定量、实用的测量方法及标准[8]对股骨头坏死灶的性质进行评价，因此治疗早期股骨头坏死的方法还存在争议。到目前为止，主要以X线、CT、MRI结合计算机辅助工具，对股骨头坏死病灶性质与塌陷之间的关系进行分析研究，但仍缺乏公认的最佳方法。本文通过对不同检测坏死病灶的方法进行综述，以发现目前评价坏死病灶性质的最佳方式，给临床治疗股骨头坏死及判断预后提供帮助。

1 X线在股骨头坏死病灶检测中的应用

X线作为最基本的最早用于股骨头坏死的检测手段，能系统全面地检测髋关节的骨质结构。早在1974年，Kerboul等[9]就提出用坏死角度法判断坏死病灶的大小范围对预后的影响，他应用髋关节正侧位片，测量坏死病灶累及股骨头表面所对应的角度，两者相加 ≥ 200°为坏死范围大，预后差，160°～200°为中等；≤160°为范围小，预后较好。此法测量使用方便，广泛应用于临床。

Sugano等[10]提出坏死面积百分比法，通过计算髋关节正侧位上坏死部分面积占整个股骨头面积的比例，对149髋股骨头缺血性坏死进行塌陷预测，发现坏死面积比例大于43%的全部塌陷。

X线片虽然在诊断股骨头坏死及分期中有者重要的价值，但由于其在早期诊断中的局限性和显像过程中的多重叠加，不能精确反映坏死病灶的范围和部位[11]，对于塌陷的预测准确性欠佳，故而仅用于坏死病灶的初步估计，这也就阻碍了其在坏死灶定量分析中的发展应用。

2 MRI在股骨头坏死病灶检测中的应用

MRI是早期诊断股骨头坏死的金标准[12]，在T1WI像上，软骨下的“带状”低信号带包绕坏死区为其特征性表现，在T2WI则表现为“双线征”，这一特点被广泛应用于坏死病灶检测中[13-15]。加之MRI诊断的早期性和准确性，使得很多学者利用MRI分析坏死病灶的性质，预测塌陷及判断预后。

2.1 坏死指数法

1995年，Koo与Kim提出坏死指数法[14]：利用MRI的T1WI图像，划出冠状位和矢状位正中层面的坏死角，计算出坏死指数如下：

这个方法间接地反应了坏死体积大小与塌陷之间的联系，坏死指数＞66为高危塌陷者，33～66为中危，＜33者则不会塌陷。此法在临床应用中有很大的价值，但亦存在其局限性。主要由于其仅选用正中层面，但临床发现坏死多发生在外上部[16-18]，因此正中层面并不能代表最大的坏死层面。

2003年，Cherian等[18]对其进行改良，强调MRI冠状面及失状面图像上病灶累及范围最大的层面进行测量，使得坏死指数法更加准确的反应坏死病灶的大小。然而Kerboul的坏死角度和法，Koo与Kim的坏死指数法，以及Cherian与Ha的改良方法均缺乏和实体标本的对照，会低估或高估坏死病灶的坏死程度[8]，其原因与坏死病灶的形状和位置的表现形式多样性有关。

2.2 坏死表面积比法

1993年，Lafforgue等[19]提出用坏死负重区骨皮质百分率：WB=β/γ×100%判断塌陷的发生率（β为负重区受累骨皮质对应的髋臼顶弧度，γ为股骨头全部负重区对应的髋臼顶弧度），WB小于45%者的预后较好。

与Lafforgue的方法相似的是，赵风朝等[15]提出的坏死表面积比法，他基于股骨头塌陷与承重面积的关系，利用球带模型，在T1WI像测量坏死表面积比=坏死表面积/整个股骨头表面积×100%，其中每一层坏死表面积为α/360×2πrh，每一层股骨头表面积为β/360×2πrh，整个股骨头坏死表面积及股骨头表面积为各层之和（坏死角度α，整个股骨头的角度β，h为层厚加间隔，r为半径）。并发现坏死表面积比33%为塌陷的临界值，而雷新玮等应用此方法得出的塌陷临界值却为25%。

此方法依据了坏死负重区面积与塌陷的关系，但在测量过程中由于人为的误差和技术限制，造成不同研究者的结果存在一定的差异。

2.3 利用坏死面积法计算坏死体积

2001年，Malizos[20]的八分法理论对股骨头坏死体积计算，坏死灶定位及塌陷预测均产生了重大的影响。依据Malizos提出的理论，以T1WI上的低信号带外缘包绕区为坏死范围，测量每一象限的坏死面积，乘以图像的层厚，计算出每一层厚坏死病灶的体积，将各体积相加得出坏死总体积[1,21]。这一测量方法的准确性高[21]，能很好的反映实体标本体积的大小。

很多学者用此方法发现股骨头坏死体积比的大小及坏死部位是影响塌陷的重要因素。2007年，Bas⁃sounas等[16]研究发现坏死体积比＜24%的未发生塌陷。而张萌萌、郑超的研究指出预测股骨头坏死塌陷的坏死体积比最佳临界点分别为19.51%、20.15%。Bassounas[16]指出坏死区域位于股骨头的前上中和后上中时预后最差，郝丽等[17]亦发现前外上和后外上象限坏死体积百分比对塌陷的预测均有统计学意义。Ishikwa等[22]用此方法对72髋关节旋转截骨治疗前后坏死体积进行比较，发现承重位置的改变能很好的促进坏死骨的自我修复。

利用每一层面的面积计算体积的方法，均需要人工划分坏死范围，缺乏临床实用性，耗费精力，且不同测定者得出的数据也略有差异。

2.4 MRI图像的三维重建

Argus是一套利用体积积分原理，处理MRI图像的软件，此法最初应用于心脏容积的测量，后亦有用于癌症病灶的定量[23]。董玉茹等用此方法将测量的股骨头坏死体积和人工法测量结果进行对比，指出其有更高的精确度和时效性。然而Argus软件在测量坏死灶体积时，仍需要手动矫正坏死区域的轮廓，并没有真正做到三维重建，不能直观的分析坏死病灶的性质。

Mimics是Materialise公司开发的一套高度整合而且易用的3D图像处理软件，利用此技术将MRI T1WI扫描数据进行处理，三维重建股骨头及坏死病灶，立体化显示股骨头坏死病灶的形态、位置和体积，并利用计算机测量软件，计算坏死区域和整个股骨头体积，进而预测坏死病灶的进展和塌陷的发生。窦亚栋等[24]证实了此法与实体测定结果无统计学差异，并能三维立体形象准确地描绘股骨头坏死病灶形状。史振才等[13]根据坏死病灶和正常股骨头灰度值的不同，对其填充颜色进行直观区分，得出坏死体积大于30%时易出现塌陷。

3 CT在股骨头坏死病灶检测中的应用

CT较MRI在早期诊断股骨头坏死方面存在一定的不足，但CT的时间及密度分辨率较高，与软组织之间对比性强，且成本较低，这些均推动了CT在股骨头坏死病灶检测中的应用和发展。目前，CT在检测坏死病灶性质的应用中，大多直接使用三维重建技术，进而直观的分析病灶的性质，然而限于计算机辅助软件的发展，CT三维重建难以广泛应用，缺乏临床实用性。

3.1 VTK技术三维重建

可视化工具包视觉工具库（VTK）利用CT获得的数据DICOM文件，在VC++的编译环境中实现对股骨头及坏死区域的三维重建，其立体图能够清楚显示股骨头及坏死灶，有利于骨科医生直观分析坏死区域性质，预测塌陷的发生。陈俊杰、储小建通过研究，证实了此方法与病理及实体测量股骨头及坏死病灶体积结果之间无统计学差异，2015年，李婧[25]指出此方法对坏死灶体积的计算结果与MR测量股骨头坏死病灶体积比较差异无统计学差异。

2012年，陈俊杰基于VTK三维重建，指出坏死病灶的性质均对塌陷有着影响，对不同坏死灶位置和体积进行加权评分，计算坏死评分，发现其对塌陷预测有一定的临床意义。此方法价格便宜，重建效果好，计算方法简单，人为干扰因素较小，可重复性高，临床应用容易，便于推广应用。

3.2 Mimics技术三维重建

Mimics除了对MRI数据能进行三维重建分析外，亦能对CT扫描数据DICOM文件进行处理，并三维重建股骨头及坏死病灶，立体化显示股骨头坏死病灶的形态、位置和体积，进而预测坏死病灶的进展和塌陷的发生。黄振国[26]、朱建炜[27]、Hu等[28]证实了：与MRI和大体标本相比，此方法能够准确的计算坏死体积和百分比。韦竑宇等用此方法得出当坏死体积＞23%时，股骨头发生塌陷的风险较高。2013年，王伟等[29]使用此技术对坏死病灶进行定位及体积分析，成功进行手术模拟，寻求最佳手术方案。2016年，Mishima等[30]成功用此技术对早期坏死股骨头保守治疗前后的病灶体积进行测量研究。

正常股骨头与坏死灶的病理性质不同，决定了两者将产生不同的CT值，利用Mimics软件的上色功能，自动识别坏死区域，给坏死区域上颜色，后再进行三维重建，即可显示坏死区域在股骨头中的形状。依据像素梯度值变化最大处，对图像进行分割，正常股骨头利用形变曲面分割，坏死区域使用区域生长法和图切法，即可完成股骨头及坏死病灶的独立提取。坏死病灶的位置对于病程的进展有着重要影响，JIC[31]和中日医院[4]指出位于负重区域的股骨头坏死更容易发生塌陷

综上所述，股内动静脉造影法、核素示踪法、SPECT、PET等方法亦用于对于股骨头坏死的研究，但均在坏死病灶性质的检测中的存在局限性。随着检测技术的不断进步和完善，学者对于股骨头坏死进展的认识也不断深入。股骨头坏死病灶的体积、位置、结构、形状及影像学分期等性质均是塌陷的危险因素[5,16]，而这些因素之间又存在内部的联系。Malizos[20]的八分法理论为坏死灶位置和塌陷的关系奠定了基础[32]。目前坏死部位的定位方法主要有八分法[20]、经纬度法[33]、坐标法[29]。坏死位置与血液供应有着密切联系，因此会影响坏死区域的体积大小。坏死体积由坏死深度和宽度决定，宽度和深度又反映了坏死形状，坏死形状也与塌陷之间的联系[34]。对这些影响因素加权评分，定量化的进行研究，可简单化的反应坏死病灶性质和塌陷的关系。薄层CT三维重建及坏死灶染色分割独立分析技术能更直观分析坏死病灶性质，目前的研究数据之间仍有差异，尚需要得到更多的研究分析，以应用于临床实践指导治疗。

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Areview on evaluation methods of the lesions of osteonecrosis of femoral head*

WEN Pengfei1,2,CHEN Yourong1,2,GUO Wanshou1,2**,ZHANG Qidong2,YUE Ju'an3
(1.Peking University China-Japan Friendship School of Clinical Medicine,Beijing 100029;2.Department of Bone and Joint Surgery,China-Japan Friendship Hospital,Beijing 100029;3.Beijing University of Chinese Medicine,Beijing 100029,China)

Osteonecrosis of femoral head(ONFA)is a common disease of the hip joint.The characteristics of necrotic lesion,including size,location,structure and shape,have significant influences in the choice of treatment methods and prognosis judgement.The values of X-ray,CT,and MRI in evaluation of necrotic lesions,collapse prediction and prognosis were compared in this article.And the technical progress on evaluating lesions of ONFAwas reviewed.

Osteonecrosis of Femoral Head;Evaluation Method;Necrosis Lesions;Three-dimensional Reconstruction

2095-9958（2017）08-0 351-04

10.3969/j.issn.2095-9958.2017.04-17

国家自然科学发展基金面上项目（编号：81673776）；首都卫生发展科研专项（编号：2016-2-4062）**

郭万首，E-mail：guowanshou@263.net