股骨近端解剖学参数与股骨颈髓腔前后径的相关性研究

杨序程 周一新 杨德金

全髋关节置换术(total hip arthroplasty，THA)是治疗晚期髋关节疾病的主要策略[1]，然而对于年龄<55岁或运动需求较高的患者，应尽可能多地保留骨量，关于这一点已经达成了广泛共识[2-3]。股骨头表面置换术、股骨头半头切除术等术式为外科医生提供了更优的选择[4-5]，其假体型号的选择尤为重要。假体型号的选择除了需要获得与股骨上端髓腔良好的匹配外，还与股骨颈髓腔的空间分布密切相关[6]。本研究通过测量正常成人股骨头直径(femoral head diameter，FHD)、股骨颈长度(femoral neck length，FNL)及股骨颈髓腔上下径(femoral neck width in coronal plane，cFNW)等解剖学参数，一方面是为分析正常人群股骨近端解剖学参数的分布特点，以便于假体的选择与设计；另一方面是为探讨股骨近端解剖学参数与股骨颈髓腔前后径(femoral neck width in sagittal plane ，sFNW)的相关性，以便术前充分评估股骨颈髓腔的空间结构。

资料与方法

一、资料

病例纳入标准：(1)年龄18～75岁；(2)所有CT数据均来自同一台64排螺旋CT机；(3)有完整的右侧髋关节CT数据。病例排除标准：(1)合并股骨发育不良、骨折、肿瘤、损伤及病变等；(2)既往有股骨手术史；(3)存在可能影响股骨形态结构的疾病或药物服用史。

根据病例纳入与排除标准抽取2008年1月至2010年12月北京积水潭医院影像数据库中的正常成人右髋关节CT数据，对应编号，利用随机数生成器依次随机抽取100名正常成人。

二、方法

将髋关节CT数据以DICOM格式保存并导入Mimics 17.0图像分析软件(Materialize公司，比利时)。定义图像方向后，构建右侧股骨三维模型，通过股骨头中心和股骨近端解剖轴确定测量平面，所有参数的测量均在同一测量平面进行。利用Mimics 17.0软件CAD模块功能模拟一个球体，调整该球体的直径和位置，使得球体与股骨头边缘获得最佳贴合。将该球体的球心定义为股骨头中心，球体的直径定义为FHD。将测量平面上股骨头中心至股骨外侧皮质之间的距离定义为FNL。将股骨颈在冠状面上最狭窄部位的距离定义为cFNW。利用Mimics 17.0软件CAD模块功能模拟一个圆柱体，调整圆柱体直径和位置，使圆柱体刚好和股骨颈内侧皮质相切，将该圆柱体的直径定义为sFNW。由于股骨颈髓腔的最大直径(及圆柱体直径)是由sFNW决定的，所以圆柱体的直径可代表sFNW。

三、统计学处理

结 果

一、解剖学参数测量结果

共纳入100名正常成人的右髋关节CT数据。其中，男62例，女38例，年龄(39.1±15.9)岁。男性组和女性组年龄差异无统计学意义(P=0.514)。各解剖学参数测量结果见表1。

二、FHD、FNL、cFNW及sFNW的分布情况

95%的成人FHD为42.1～52.2 mm，其中男性为45.5～52.3 mm, 女性为40.8～47.6 mm(图1)。95%的成人FNL为58.5～75.0 mm，其中男性为62.0～76.2 mm，女性为57.3～68.5 mm(图2)。95%的成人cFNW为26.6～35.6 mm，其中男性为28.8～36.0mm，女性为25.6～32.1 mm(图3)。95%的成人sFNW为16.7～23.7 mm，其中男性为18.1～24.2 mm，女性为15.8～21.5 mm(图4)。

三、FHD、FNL和cFNW与sFNW的相关性

线性相关分析结果显示，FHD、FNL和cFNW与sFNW均呈正相关(均P<0.001)，r分别为0.78、0.51、0.76，其中FHD和cFNW与sFNW呈强相关，FNL与sFNW呈中等相关(表2)。

在男性中，FHD和cFNW与sFNW呈正相关(均P<0.001)，r分别为0.63、0.70；FNL与sFNW存在线性相关关系(P=0.020)，但相关性不强(r=0.30)。在女性中，FHD和cFNW与sFNW呈正相关(均P<0.001)，r分别为0.70、0.67；而FNL与sFNW之间不存在线性相关关系(P=0.320)。

表1 研究对象各参数结果

注：a表示差异有统计学意义。FHD：股骨头直径；FNL：股骨颈长度；cFNW：股骨颈骨髓腔上下径；sFNW：股骨颈髓腔前后径

图1 FHD的频率分布直方图

图2 FNL的频率分布直方图

图3 cFNW的频率分布直方图

由于FDH和cFNW与sFNW之间存在密切的线性相关关系，故以FDH和cFNW为自变量，sFNW为因变量，进一步行线性回归分析。得到线性回归方程分别为sFNW=0.54FHD-5.44，sFNW=0.60cFNW+1.50。对于男性，线性回归方程为sFNW=0.56FHD-6.00，sFNW=0.52cFNW+4.19。对于女性，线性回归方程为sFNW=0.59FHD-7.21，sFNW=0.58cFNW+1.91。见图5。

图4 sFNW的频率分布直方图

参数样本量r值P值男性组r值P值女性组r值P值FHD0.78<0.001a0.63<0.001a0.70<0.001aFNL0.51<0.001a0.300.0200.170.320cFNW0.76<0.001a0.70<0.001a0.67<0.001a

注：a表示差异有统计学意义

图5 线性回归分析

讨 论

随着THA的不断发展以及患者呈现年轻化的趋势，为了降低未来可能的翻修手术难度，尽可能多地保留患者股骨骨量，股骨头半头切除术、保留股骨颈型THA逐渐成为越来越多医生和患者的选择。这些手术采用的假体均为非骨水泥型股骨柄。假体早期稳定主要依靠“大锁定”机制即假体柄与股骨颈和股骨近端髓腔的良好匹配来实现，中远期稳定主要依靠“微锁定”即假体表面优化诱导的骨长入来实现[1,7]；而骨长入的前提是假体获得良好的初始稳定性。因此，充分了解股骨近端髓腔解剖学参数、股骨颈髓腔解剖学参数和空间分布就显得至关重要。

既往研究侧重于测量股骨干直径、颈干角、前倾角等参数[8]，很少测量股骨头颈部参数；而且多基于X线片测量，由于患者体位的影响及X线的局限，测得的参数往往不精确[9]。由于股骨颈髓腔从近端到远端，长轴由水平逐渐过渡为竖直，所以单纯通过cFNW来判断股骨颈髓腔的空间分布是不充分的，应结合sFNW来判断。股骨颈髓腔的最小直径是由sFNW决定的，需通过三维重建后才可获得测量参数[10]。因此，本研究基于三维CT重建，通过测量股骨近端的解剖学参数，探讨其与股骨颈髓腔前后径的关系，以便于术前充分评估股骨颈髓腔空间结构。

近年来，关于股骨近端解剖学参数的研究主要集中于股骨头直径、颈干角、股骨髓腔内径、股骨颈冠状面宽度等股骨近端解剖学参数[11-13]。蔡宏等[14]基于术前髋关节正侧位X线对初次行THA的正常股骨髓腔近端解剖学参数进行了研究，测量数据主要包括颈干角、偏心距、股骨颈长度等。结果显示，我国正常成人股骨髓腔近端解剖学参数与欧美人群的解剖学参数差异有统计学意义。石利涛等[15]基于髋关节CT三维重建数据分析了髋部骨折患者股骨近端三维几何解剖形态的变化及意义，测量数据主要包括股骨颈前倾角、颈干角、股骨头直径、股骨颈轴长度和骨密度。结果显示，股骨颈前倾角和骨密度之间呈正相关(r=0.347，P<0.05)，颈干角和骨密度之间呈负相关(r=-0.340，P<0.05)，但线性相关程度均较低。

本研究结果显示，正常成人FHD、FNL、cFNW及sFNW均符合正态分布，男性组的FHD、FNL、cFNW及sFNW均明显大于女性组，差异有统计学意义(P<0.001)。考虑这可能是由于男女生理结构差异所致，故按照性别进行分组分析。在男性中，FHD、FNL、cFNW及sFNW的95%参考值范围分别为45.5～52.3 mm、62.0～76.2 mm、28.8～36.0 mm和18.1～24.2 mm；在女性中，FHD、FNL、cFNW和sFNW的95%参考值范围分别为40.8～47.6 mm、 57.3～68.5 mm、25.6～32.1 mm、15.8～21.5 mm。这与既往研究结果一致[16-17]。线性相关分析结果显示，FHD、FNL和cFNW与sFNW均呈正相关(均P<0.001)，r=0.78、0.51、0.76。这表明sFNW随着FHD、FNL和cFNW的增大而增大，且FHD和cFNW与sFNW呈强相关，而FNL与sFNW呈中等相关。因此，股骨头直径的增加意味着股骨颈前后径与上下径相应增加，而股骨颈长度的增加不一定会导致股骨颈前后径与上下径明显增加，这对于假体的选择有着直接的意义。FHD、FNL和cFNW与sFNW的Pearson相关系数在男性中分别为0.63、0.30、0.70，在女性中分别为0.70、0.17、0.67。这表明女性FHD和cFNW与sFNW之间的线性相关性较男性更强。

由于FNL与sFNW线性相关程度不高，所以仅对FHD和cFNW与sFNW进行回归分析，结果显示，FHD、cFNW与sFNW的线性关系可以表达为sFNW=0.54FHD-5.44，sFNW=0.60cFNW+1.50。由于男性和女性的FDH、cFNW及sFNW参数之间差异均有统计学意义，所以按照性别分布进行回归分析。结果显示，在男性中，sFNW=0.56FHD-6.00，sFNW=0.52cFNW+4.19；在女性中，sFNW=0.59FHD-7.21，sFNW=0.58cFNW+1.91。

本研究发现FHD和cFNW与sFNW存在密切的线性相关关系，而FHD和cFNW可通过髋关节正位X线片测量获得，为术前评估股骨颈髓腔的空间分布提供了新的思路。这对于关节假体型号的选择至关重要，在假体能够很好匹配的同时，可避免假体柄撞击或穿透股骨颈皮质，对于股骨颈骨折、转子间骨折内固定术和股骨头髓芯减压术等有一定的指导意义。今后可通过多中心、大样本及高精度的测量方法来统计我国正常人群的股骨近端解剖学参数，以便指导人工髋关节假体的设计和改进。

综述所述，FHD和cFNW与sFNW存在密切的线性相关关系，可用于预测sFNW参数值，进而评估股骨颈髓腔空间分布。