胫骨定量CT骨密度测量法预测膝关节假体松动的研究

邓刚,王智山,宋伟,秦晓峰,吕德林,翟坤,刘彬

(1.中国人民解放军63650部队医院医学影像科,新疆 乌鲁木齐 841700;2.中国人民解放军63650部队医院骨科,新疆 乌鲁木齐 841700;3.中国人民解放军63650部队医院洛阳门诊部,河南 洛阳 471000)

骨关节炎是目前困扰中老年患者的主要骨科疾病,而全膝关节置换(total knee arthroplasty,TKA)是中晚期骨关节炎患者骨科治疗的金标准,可有效减轻疼痛、矫正畸形、改善关节功能[1]。然而,部分患者术后常因假体无菌性松动导致膝关节功能下降,极大程度地影响生活质量,临床上通常需行膝关节假体翻修手术进行治疗[2]。既往研究报道,膝关节周围的骨密度与假体稳定性密切相关[3],其中胫骨近端骨密度不足可能会导致TKA术后假体固定性不足,因此,胫骨近端骨密度可能是膝关节假体松动重要的生物学决定因素[4]。与胫骨近端相比,股骨近端拥有更多的骨皮质,该部分的骨密度可更深一步反映出患者的骨质疏松情况。双能X线吸收法(dualenergy X-ray absorptiometry,DXA)是现今临床测量骨密度的常用手段[5],然而骨赘的形成、骨外组织的钙化限制了其测量的准确性[6]。近年来,有学者指出定量CT(quantitative computed tomography,QCT)可有效区分松质骨和皮质骨,可充分反映立体维度的骨密度。与DXA检测相比,QCT准确性显著提升,且所受骨赘或骨外组织钙化影响更小[7-9]。因此,本项研究将分析QCT与DXA测量股骨与胫骨近端骨密度结果的一致性,并进一步探讨QCT胫骨骨密度与假体松动的相关性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 纳入标准:(1)年龄55～80岁;(2)符合《骨关节炎诊疗指南(2018 年版)》[10]中的相关诊断标准;(3)初次单侧全膝关节置换术后;(4)术前均行DXA及下肢QCT测量骨密度。排除标准:(1)合并类风湿关节炎;(2)随访期间长期服用激素类或可能影响骨骼代谢的药物;(3)临床资料丢失;(4)合并代谢性疾病;(5)外伤所致假体松动。

回顾性分析2019年1月至2021年1月于中国人民解放军63650部队医院骨科就诊的骨关节炎且行单侧膝关节置换术患者的临床资料,共纳入患者102例,其中男45例,女57例;年龄57～78岁,平均(68.90±7.67)岁;左膝40例,右膝62例;身体质量指数(body mass index,BMI)21.26～30.01 kg/m2,平均(26.35±3.64)kg/m2。102例患者根据是否出现假体松动分为松动组(22例)与未松动组(80例),松动组均为无菌性假体松动。两组患者的性别、年龄、术侧与BMI比较差异均无统计学意义(P>0.05,见表1)。

表1 两组一般资料比较

1.2 方法

1.2.1 DXA骨密度测量 使用Osteocore骨密度测量仪对患者术侧胫骨(胫骨结节上下1 cm范围)与股骨近端(股骨颈、Ward’s三角及大转子)行每个区域面积(cm2)的骨矿含量以及骨密度(g/cm)测量[11],并计算T值。计算公式为:T值=[(测量值-同性正常青年人峰值骨密度)/同性正常青年人峰值骨密度的标准差]。参照世界卫生组织国际参考标准DXA骨质疏松诊断标准[12],DXA-T值>-1.0 SD为骨量正常,DXA-T值-2.5 SD～-1.0SD为骨量减少,DXA-T值<-2.5 SD为骨质疏松。

1.2.2 QCT骨密度测量 术前使用uCT760螺旋CT对患者下肢进行扫描,扫描管电压为120 kV,125 mA,螺距0.938 mm,视野(field of view,FOV)为40 cm,层厚为1 mm,转速0.5 s。患者仰卧位,保持髋关节中立伸膝位,将膝关节放于标准体模上,并于身体长轴平行。为避免空气产生的伪影,于患者膝关节和标准体模放置超声胶。胫骨近端感兴趣区(region of interest,ROI)的设置方法为紧邻关节软骨下1.5 mm平面处,厚度为9.0 mm,轴位面积直径为18 mm[13],在矢状位、冠状位及轴位对ROI位置进行调整,使ROI区只测量松质骨,避免皮质骨。股骨近端ROI的设置方法为股骨大转子处,其他设置均与胫骨测量相同。CT结果由至少2名影像科医生进行分析。间隔1个月以上后,随机抽取30例患者CT资料,两位医生再次对该30例患者的CT值进行测量。

通过计算机软件将所测感兴趣区的CT 值转换为骨密度值,计算公式为:骨密度值=(骨松质CT值-骨模CT值)/(骨模CT值-水模CT值)×标准体模羟磷灰石密度[7]。根据国际临床骨密度学会推荐数据,骨密度>120 mg/cm3为骨密度正常,80～120 mg/cm3为低骨量,<80 mg/cm3为骨质疏松[14]。

1.3 术后处理 患者分别于术后3个月、6个月、12个月采用门诊复查、电话随访等形式进行临床随访,此后每1年进行一次门诊复查。每次门诊复查行正侧位X线片,以假体松动为结局,假体松动的评判标准为正侧位X线片假体周围透光>2 mm[15]。末次随访或发生假体松动时均再次进行QCT与DXA的胫骨与股骨近端的骨密度测量。

2 结 果

2.1 骨质疏松DXA和QCT诊断结果比较 所有患者均获随访,随访时间12～24个月,平均(12.53±2.28)个月。手术前后QCT的胫骨与股骨近端骨质疏松总体诊出率均高于DXA的骨质疏松诊出率(见表2)。两组术前胫骨QCT与DXA骨量比较差异均有统计学意义(P<0.05)。两组术前股骨DXA的骨量减少例数的比较差异无统计学意义(P>0.05),但骨质正常与骨质疏松例数比较差异有统计学意义(P<0.05)。两组术前股骨QCT的骨量比较差异有统计学意义(P<0.05)。总体上看,术前松动组胫骨与股骨的骨质疏松率均高于未松动组(见表3)。

表2 手术前后QCT与DXA测量股骨与胫骨近端骨质情况结果比较[例(%)]

表3 两组QCT与DXA测量股骨与胫骨近端骨质情况结果比较[例(%)]

2.2 QCT一致性分析 以术后胫骨QCT结果为基础,进行测量者间一致性分析。2名测量者对胫骨读取的骨密度分别为(0.82±0.13)g/cm3、(0.81±0.13)g/cm3,测量结果有显著相关性(ICC=0.96,P<0.01)。测量者内差异:随机抽取30例患者再次进行测量,两位测量者在不同时间测量的胫骨读取的骨密度有显著相关性(ICC=0.99,P<0.01,见表4)。

表4 测量者QCT测量骨密度值的一致性分析

2.3 TKA术后QCT与DXA骨量测定与假体松动的相关性分析 使用QCT与DXA测量TKA术后胫骨与股骨近端骨密度,分析骨质疏松在两组间的分布情况。结果发现,使用QCT与DXA诊断为骨质疏松的患者,在两组间的分布情况差异均无统计学意义(P>0.05,见表5)。

表5 两组术后QCT与DXA诊断骨质疏松结果比较(例)

3 讨 论

TKA是骨科治疗重度退行性膝关节骨关节炎的最终治疗方法[1]。然而,术后假体周围骨质损伤、感染或无菌性松动均会导致患者再次行膝关节翻修术,其中无菌性假体松动占膝关节翻修原因的31%[17-18]。既往研究指出,胫骨近端骨小梁的力学性能是TKA假体松动的一个重要生物学决定因素,并研究报道术后3年内胫骨假体松动与胫骨骨密度呈负相关[4]。然而,目前还没有金标准来评估膝关节周围的骨密度。现阶段,DXA是测量骨质疏松症骨密度的常用手段[5],已被证明了在全髋置换术中预防假体松动的应用价值[19],但DXA的应用也存在限制,其对具有多发骨赘或组织骨化的骨组织不能进行较好地骨密度检测。近年来,有学者指出QCT较DXA检测对于前期骨质疏松症的检查更为准确[7-10],其不仅可反映立体维度的骨密度,还可同时将松质骨和皮质骨进行区别,提供非侵入性评估胫骨近端骨小梁的骨密度数据,理论上应该更适合于膝关节骨密度的测量[20]。因此,本项研究分析胫骨与股骨近端QCT与DXA的骨密度测量结果的差异,并进一步探讨QCT测量胫骨骨密度与假体松动的相关性。

TKA术前QCT与DXA的测量结果均显示,松动组的骨质疏松例数明显多于未松动组,证明假体松动与骨密度下降情况高度相关,符合现有研究结果[21]。骨密度过低会影响假体、骨界面和骨水泥间固定强度,并进一步增加膝关节远期松动发生风险[11]。另经分析发现,手术前后QCT的胫骨与股骨近端骨质疏松诊出率均高于DXA的骨质疏松诊出率,说明QCT骨密度测量准确度高于DXA。QCT实际测量值为体积骨密度,不受骨骼大小影响,具有较高的空间分辨率,可将皮质骨和松质骨准确区分。虽然ROI的选定为手动操作,但经QCT观察员一致性评价发现,不同观察员测量结果间具有高度一致性,总体主观误差较小,整体反映出QCT测量可信度良好。李佳录等[13]也探索了QCT对膝关节骨密度的重复性测量一致性,2名测量者分别对膝关节9个ROI进行了2次重复性测量,测量结果均具有高度一致性。

此外,本项研究探索了术后QCT与DXA诊断为骨质疏松例数在松动与非松动组中的分布情况,结果发现两组QCT与DXA诊断为骨质疏松例数的分布差异无统计学意义,说明两种检测方式均可较好地发现骨质疏松情况,且测量能力与是否发生假体松动无关。此外,TKA术后所有患者发生骨质疏松的例数显著增加,说明随着患者年龄增加,骨质疏松发病率不断提高,间接导致假体松动发生率增加。本项研究结果提示,术前胫骨近端QCT较DXA具有更高的假体松动预测价值,具有准确性高、敏感度高、可重复性测量等优势。

现阶段,多数学者建议在关节置换术前应对患者进行骨密度检查[21-22],而膝关节CT为TKA患者术前的常规检查,因此未来膝关节CT是否可代替TKA术前DXA骨密度检查来预测假体松动的发生,以减少患者的检查费用与辐射暴露风险,并根据其检查结果在临床手术治疗的同时,加强松动高风险患者骨质疏松的相关干预,值得临床进行进一步研究探索。由于本研究存在一些缺陷,研究样本局限于行TKA的骨关节炎患者,同时未对TKA术后胫骨与股骨间骨密度差异进行分析,未来仍需进一步深入研究。

综上所述,QCT具有良好的可信度与可重复性,TKA术前采用QCT对胫骨近端骨密度进行测量可一定程度预测术后假体松动,可为临床方案的选择提供参考,值得在临床进行推广。