定量CT探讨老年转子间骨折髓内固定时头钉的合理位置

韩大成，王嘉龙，龙安华，张志鹏，张亚奎*，陈学明，高艳

(1首都医科大学附属北京潞河医院创伤骨科，北京 101149；2首都医科大学附属北京潞河医院放射科，北京 101149；3首都医科大学基础医学院解剖学教研室，北京 100069)

基金项目：本研究由首都医科大学基础临床合作课题(16JL87)；北京市通州区科技计划项目(KJ2016CX034-04)；*本文通讯作者：张亚奎 韩大成，王嘉龙，龙安华，等.定量CT探讨老年转子间骨折髓内固定时头钉的合理位置[J].实用骨科杂志，2018，24(7)：613-616；624.

随着全球人口老龄化的进程，老年髋部骨折的发病率逐年递增。在美国，预计到2050年，在65岁以上的人群中每年会有50～100万名髋关节周围骨折的患者[1]。而在中国，由于人口基数的原因，髋部骨折患者的数量更加庞大。鉴于保守治疗效果不佳，且会导致相关并发症发生率的增加，使得病死率明显增高，目前临床治疗此类骨折多建议采用手术治疗[2]。经典的手术方式为髓内固定，有多种原因易导致内固定失效，如不良的复位、错误的内固定选择、不合理的置入位置、严重骨质疏松等都将给临床骨科医师带来挑战[3]。尤其在骨质疏松情况下，随着股骨近端骨密度的降低和骨小梁结构的改变，原有的力学支撑结构效能降低，发生骨折后如何通过合理的内置物放置，来达到更有效的力学支撑，降低内固定失效风险，成为了股骨转子间骨折内固定手术技术的研究重点。

定量计算机断层扫描(quantitative computed tomography，QCT)系统的分辨率高，能够通过CT扫描较完整的显示骨组织内部骨小梁的结构分布特点[5]。相较于目前临床常用的骨密度测量方法，如双能X线吸收骨密度检查及计算机体层X线骨密度检查系统等，定量CT检查不仅能准确测量骨密度，同时能够描述骨小梁结构的变化[6-7]。因此，本研究将通过定量CT系统对股骨头内部骨密度进行定向并定量的研究，为老年股骨转子间骨折使用髓内固定系统治疗时能够在股骨头内得到更有效的固定效果，为术前内固定物置入提供方案，为术后内固定失效的风险进行更准确的评估，提供临床理论依据。

1 资料与方法

1.1 研究对象 8具老年尸体双侧髋关节，由首都医科大学解剖学系人体解剖教研室提供。3例男性尸体(72～81岁)，5例女性尸体(69～88岁)。对髋关节进行解构操作，只保留股骨近段部分。排除标准：a)尸源生前患有影响骨量代谢的疾病；b)尸源生前存在髋部骨折病史。本研究已经过首都医科大学伦理委员会批准实施。

所有标本离体后行大体视觉检视，除外骨质缺损及外部形态破坏因素。所有标本均行普通X线DR检查，除外骨质内部存在肿瘤或骨破坏等因素。

1.2 仪器与方法 采用Philips Brilliance 64 slice CT扫描机进行样本扫描，扫描时以Mindways五样体固体体模作为参照模体。CT扫描的基本参数条件为：Kvp：120；扫描床高：86；层间隔：1 mm；SFOV：500。扫描结果采用Mindways QCT PRO Version 4.2.3软件进行测量，采用New 3D Spine exam Analysis进行骨密度分析。扫描方向及范围见下文。

1.3 三维空间构建及图像分析 采用QCTPROCTXA软件对股骨近端数据进行处理，并生成二维平面图像[8]。使用骨结构研究系统软件(bone investigational toolkit，BIT 2.0)定位股骨颈长轴，以股骨头几何中心点为原点，股骨颈长轴为X轴，经股骨头原点且在冠状位上垂直于X轴的为Y轴，经股骨头原点且在斜矢状位上垂直于X轴的为Z轴，三轴互相垂直通过原点，形成三维立体空间结构。X轴、Y轴和Z轴的设定方法见图1。分别依X、Y、Z轴方向进行QCT扫描，以3 mm为间隔进行测定，并对不同截面的骨密度平均值进行测量，得出股骨头内部内骨密度的分布曲线。结合临床工作，沿X轴方向测定中心点至股骨头顶点范围，Y轴和Z轴均测量整体股骨头范围。

a 冠状位截面 b 斜水平位截面

图1 空间三维定位示意图

2 结 果

2.1 QCT测量值 通过对X、Y、Z轴方向的截面进行QCT扫描，可得到不同截面的骨密度平均值(见表1)，并得出股骨头内部三个轴线上骨密度的分布曲线。

表1 不同空间方向内的骨密度数值±s)

2.2 在不同轴线上骨密度变化曲线

2.2.1 X轴平面的截取 是以股骨头几何中心点为原点，股骨颈长轴为X轴，厚度为3 mm的类圆柱形截面(见图2)，并对本轴线上的QCT进行测量及绘制分布曲线(见图3)，但数据只保留了股骨头几何中心点以近端的区域，因其远端属于Ward三角区，老年人骨小梁分布极少，为股骨近端的脆弱区域，差异无统计学意义。且临床上只能将头钉置入近端区域内才能取得较好的临床效果。根据图表可得出，在通过股骨颈轴线的截面上，股骨头几何中心点以近端的区域内，经过股骨头几何中心点后约0.9～1.5 cm的区域内，平均骨密度较高(P<0.05)。

2.2.2 Y轴平面的截取 经股骨头原点且在冠状位上垂直于X轴的为Y轴，厚度为3 mm的类圆柱形截面(见图4)，并对本轴线上的QCT进行测量及绘制分布曲线(见图5)。根据图表可看出，在股骨头内部由股骨近端至远端的不同截面上，中段约1/3区域内平均骨密度较高，即股骨颈轴线上下约0.9 cm范围内(P<0.05)。

2.2.3 Z轴平面的截取 经股骨头原点且在斜矢状位上垂直于X轴的为Z轴，厚度为3 mm的类圆柱形截面(见图6)，并对本轴线上的QCT进行测量及绘制分布曲线(见图7)。根据图表可看出，在股骨头内部由股骨前方至后方的不同截面上，中段约1/3区域内平均骨密度较高(P<0.05)，即股骨颈轴线前后约0.6 cm范围内。

3 讨 论

在临床工作中我们发现，一些高龄患者罹患髋部骨折后，治疗过程很顺利，但治疗效果却并不如意。此类患者的共同特点是存在不同程度的骨质疏松或骨量减少。同样的治疗方式在不同的患者身上，因其不同的骨骼结构和骨密度的差异而出现了不同的治疗效果。内固定材料放置在相同的位置上，而把持力却出现异常。因此，有必要对股骨近端骨结构，包括大体测量数据、微观骨小梁分布、骨皮质厚度的差异以及不同部位骨密度的变化及分布与生物力学的关系等进行深入的研究，以明确股骨近端骨结构及骨密度对内置物放置位置的影响，为临床提高高龄患者髋部骨折尤其是股骨转子间骨折的治疗效果提供可靠的理论依据。本研究选用的为老年尸体的髋部组织，最大限度地贴近临床实际，同时在扫描时，我们对尸体髋关节进行离断处理，只保留股骨近段部分，可以避免临床实际QCT扫描时髋臼骨组织对股骨头带来的影响。

图2 以股骨头几何中心点为原点，股骨颈长轴为X轴，厚度为3 mm的类圆柱形截面 图3 X轴不同截面骨密度变化曲线

图4 经股骨头原点且在冠状位上垂直于X轴的为Y轴，厚度为3 mm的类圆柱形截面 图5 Y轴不同截面骨密度变化曲线

图6 经股骨头原点且在斜矢状位上垂直于X轴的为Z轴，厚度为3 mm的类圆柱形截面 图7 Z轴不同截面骨密度变化曲线

图8 X、Y、Z轴峰值骨密度空间分布示意图

目前临床上常用于术后评价内固定稳定性的方法为Baumgaertner等在1995年提出尖顶距(tip apex distance，TAD)这一量化概念[9]，即指在正侧位片上拉力螺钉尖(尖，Tip)至股骨头-颈轴线与股骨头关节面交点(顶，Apex)的距离之和(距离，Distance)，以毫米为单位并校正放大比率。TAD直接反映拉力螺钉尖端到股骨头顶点的距离，间接地反映拉力螺钉在股骨颈内的位置。偏后、偏前或距离关节面太近，均易导致在术后逐渐负重过程中，拉力螺钉更容易切出头外。此方法虽然目前广泛应用于临床，用于对股骨转子间骨折患者进行术后内固定位置满意度的评价。但在TAD值合格的情况下，由于股骨近端骨密度减低而出现内固定失效的状况并不少见。本研究对股骨头骨密度分布通过QCT的方法进行了定向和定量的测量，在临床工作中可以联合TAD对股骨转子间骨折围手术期效果进行预期评估和术后风险预测。

通过本研究的QCT扫描结果，可见尸体的股骨头内骨密度分别在X、Y、Z轴上呈单峰样变化，分布存在一致性。X轴骨密度值较高的区域在经过股骨头中心点后约0.9～1.5 cm的区域内，沿Y轴骨密度峰值区域出现在以Y轴为轴心线两侧0.9 cm区域内；沿Z轴骨密度峰值区域出现在以Z轴为轴心线两侧0.6 cm区域内。三个轴线的高骨密度区域围成一个三维空间结构区域，为股骨头内最佳内固定放置区域(见图8)。因此，在进行股骨转子间骨折髓内钉固定手术的过程中，通过髋关节正位、侧位及20°位的透视检查，判断头颈拉力螺钉与该圆柱体高骨密度区的位置关系。通过调整头颈钉导针的位置，尽可能的将螺钉头端的螺纹区域置入该空间范围内，或许能够获得更好的把持力及稳定性。在后续的研究中，还需要应用更多的临床数据及生物力学检测来进行验证，包括骨密度具体数值与生物力学的相关性等。

目前的研究中，主要体现在应用QCT技术测量股骨近端整体骨密度变化与髋部骨折发生的关系上。Orwoll等通过对老年男性股骨近端部分进行QCT扫描，进而通过有限元分析得出，基于QCT的有限元生物力学分析能够对老年男性髋部骨折进行预测[10]。Borggrefe等[11]研究了老年男性患者的QCT并对其进行了三维定位测量，发现QCT三维数据的不稳定与髋部骨折密切相关，同时独立于双能X线的骨密度测定成为预测因素。QCT检测仅用于测定骨密度和预测骨折风险，尚缺乏相关对髋部骨折围手术期及预后关系的研究。虽然本研究存在样本量不大的问题，无法准确的代表所有老年患者髋部的骨密度分布情况，但QCT可以完整的显示每一位患者髋部的骨小梁结构分布特点，不仅仅能对股骨转子间骨折患者进行术后内固定失效风险的预测，更能够在术前通过QCT的检测，找到合理的内固定位置，更精准的指导临床治疗，降低失效风险。

因此，通过本研究，我们认为定量CT能够通过一次性的CT检查，完整的显示每一位患者髋部的骨小梁结构分布特点，为老年股骨转子间骨折髓内固定系统如何能够在股骨近端得到更有效的固定效果提供方案，为更准确的评估术后内固定失效的风险提供一定的临床理论依据。本研究结果表明，股骨头内存在如前所述的高骨密度区域，在股骨转子间骨折内固定手术中，尽可能的将螺钉头端的螺纹区域置入该圆柱体的空间范围内，能够获得相对更好的把持力及稳定性。