髋臼骨性关节面旋转对称性研究

朱 琦,忻振凯,黄德民,娄 楠,余志才,慕晶晶

传统观点认为髋关节是球窝关节，髋臼和股骨头的球形中心都是髋关节旋转中心(hip joint centerofrotation,HJC)[1-3]。然而有一些研究髋关节骨性关节炎病因的学者[4-5]意识到髋关节不一定是球窝关节。有研究[6]认为髋关节更加接近于帕斯卡蜗线旋转体，也有研究[7]认为髋臼更加接近于椭圆旋转体。无论是球体、椭圆旋转体还是帕斯卡蜗线旋转体，都需要首先假设髋臼的形态是旋转对称的，也就是存在一个旋转轴。如果存在垂直于旋转轴的横截面，旋转体在任意横截面上都是圆，也就是旋转体在同一横截面上的任意部分曲率应该相同。但是目前无法确定髋臼是否是旋转对称的，是否接近于旋转体。本研究对香港大学影像资料库中2009年8月～2014年3月行骨盆CT扫描的55例研究对象的影像资料进行测量，报道如下。

1 材料与方法

1.1 研究对象纳入标准：① 中国人；② 髋关节无症状。排除标准：① 髋关节有疼痛或畸形；② 髋关节骨性关节炎；③ 髋关节类风湿关节炎；④ 存在股骨头坏死；⑤ 既往有髋部骨折或接受过手术。本研究共纳入55例(110髋)，男22例(44髋)，女33例(66髋)，年龄20～40岁。本研究遵从2000年版赫尔辛基宣言。

1.2 CT扫描及3D重建所有研究对象使用螺旋CT扫描，投照姿势：仰卧位，双下肢处于完全伸直、旋转中立位，足趾竖直朝上。CT扫描厚度0.625 mm，管电压120 kV，管电流 80 mA，扫描范围包括双侧髋关节及整个骨盆，扫描图像以DICOM格式保存。将DICOM图像导入Mimics 19.0 软件进行3D重建，步骤如下：调校对比→阈值设定→区域延伸→3D重建。

1.3 模型测量将3D重建模形导入3-matic research 11.0软件。髋臼骨性边缘有3个凸起分别为前上凸起、前下凸起、后下凸起，确定3个凸起的最凸出点，通过3个最凸出点可以确定一个圆(髋臼开口圆)，软件自动确定圆的中心，为髋臼开口中心。在髋臼的关节面上确定任意1个点，通过这点和髋臼边缘的3个最凸出点可确定一个球形(髋臼球)，软件自动显示球形中心，此中心为HJC。连接HJC和髋臼开口中心得到髋臼轴线。以髋臼开口圆为平面建立草图，在草图上确立髋臼切迹的中点，通过髋臼轴线和髋臼切迹中点确立0°基准面，以髋臼轴线为旋转轴，将0°基准面旋转360°,每旋转60°复制一次，可得到60°、120°、180°、240°、300°、360°共6个基准平面，通过软件确定髋臼骨性关节面与每个基准平面的相交曲线，所有相交曲线将髋臼骨性关节面分为0°～60°、60°～120°、120°～180°、180°～240°、240°～300°、300°～360° 6个区域(见图1A)。对每个区域进行标记并复制(见图1B)，对该标记区域使用建立拟合球体功能，拟合球的半径可视为这一标记区域关节面的曲率(见图1C)。用同样方法标记整个髋臼骨性关节面，建立拟合整个髋臼骨性关节面的球体，测量整个关节面曲率，计算每个区域关节面曲率与整体关节面曲率的比值。曲率比值>1表示此区域较整体骨性关节面平坦，且比值越大表明该区域相对整个关节面越平坦；曲率比值=1表示此区域关节面弯曲程度与整体骨性关节面相同；曲率比值<1表示此区域较整体骨性关节面弯曲程度更高。为了便于每个区域的比较，左髋以逆时针方向测量，右髋以顺时针方向测量，以保证在左侧和右侧髋关节中，0°～60°区域均包含髋臼前脚，300°～360°区域均包含髋臼后脚。

图1 确定髋臼骨性关节面不同区域并测量曲率 A.将髋臼骨性关节面分为6个区域；B.对划分的区域分别进行标记，图中箭头所示暗色区域为300°～360°区域；C.对标记区域(箭头所示暗色区域)使用建立拟合球体功能，拟合球的半径可视为这一区域关节面的曲率

1.4 测量评估从所有研究对象中随机选择10例，由两位医师分别测量，1个月后其中一位医师对10例再单独测量，共得到3组数据。计算这3组数据的组内相关系数(intraclass correlation coefficient，ICC)，评估测量方法的可靠性，ICC>0.75表示可靠性高。

2 结果

ICC在不同测量者间为0.95，同一测量者不同时间为0.91，表明本研究的测量方法可靠性较高，可仅选择一位测量者进行数据测量。

男、女0°～60°区域曲率比值均大于60°～120°、120°～180°、180°～240° 3个区域曲率比值，差异均有统计学意义(P<0.05)，其余同性别内各区域曲率比值之间比较差异均无统计学意义(P>0.05)。不同性别对应区域曲率比值比较差异均无统计学意义(P>0.05)。见表1。

表1 关节面不同区域的曲率比值

3 讨论

为了对髋关节手术进行术前模拟及对步态和髋关节周围肌肉力学进行相关的研究，需要准确的确定HJC，计算相关的运动力学[8]。研究[6-7]发现，帕斯卡蜗线旋转体或椭圆旋转体可以更好地模拟髋关节。本研究结果显示髋臼骨性关节面0°～60°区域曲率比值明显大于其他区域，且与60°～120°、120°～180°、180°～240° 3个区域比较差异均有统计学意义，表明关节面不是旋转对称的，不是旋转体，所以无论是球形、帕斯卡蜗线旋转体或椭圆旋转体都不能完全模拟髋臼的形态，提示需要发展更加合适的模型来模拟髋关节以确定HJC。

对于髋臼撞击引起的骨性关节炎，以往的研究集中于髋臼顶和前后壁[9]，后续研究逐渐发现髋臼下部的骨性形态也关系到髋关节的稳定性，髋臼下部也会发生股骨颈和髋臼的撞击[10-12]。目前研究提示骨性关节炎可能是继发于髋臼边缘的撞击[13]。Steppacher et al[14]研究发现，发育不良的髋臼在前下方对股骨头的包容较少，内凹的髋臼在前下方对股骨头的包容较多。Hatem et al[15]的研究结果显示髋臼前脚包容性比后脚弱。Tibor et al[11]研究认为，髋臼前下盂唇损伤的原因可能是一些患者股骨颈前下基底部增生，在髋关节后伸、内旋时和髋臼前下部撞击引起损伤，或者可能存在关节内或关节外的坐骨股骨撞击，导致继发性前下部分不稳定。本研究结果显示，0°～60°区域曲率比值明显大于其他区域，提示该区域相对整个关节面而言较平坦，对股骨头的包容性较小，从而引起前下不稳定，在正常髋关节、髋臼前下方存在不稳定，可引起撞击进而发展为骨性关节炎。

综上所述，中国人髋臼骨性关节面并不是旋转对称，关节面前下部分较其他部分更加平坦，关节面其他部分接近旋转对称。