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股骨近端骨密度定量CT与QCT骨密度测量体模软件检测方法测量及其在骨折手术前 评估的作用

2022-04-02 16:57:32      点击:

成都华西华科研究所分析股骨近端骨密度定量CT与QCT骨密度测量体模软件检测方法测量及其在骨折手术前 评估的作用

【摘要】目的探讨定量CT ( quantitative computed tomography, QCT )测量股骨近端的松质骨骨矿物 质密度(bone mineral density, BMD )对股骨近端内固定物头钉的选择的指导价值。方法选择2011年1月 至2011年12月,我院收治的50例股骨颈骨折或股骨粗隆间骨折患者作为骨折组,其中男23例,女27例,

年龄17 ~ 94 ( 63.8 ± 16.3 )岁;招募75位年龄匹配的健康受试者作为健康组,其中男18例,女57例,年龄 23 ~ 76 ( 61.2 ± 10.4 )岁。使用QCT分别对骨折组健侧和健康组双侧股骨近端的不同兴趣区域内的BMD进行 测量和分析。结果骨折组健侧股骨头、股骨颈及粗隆部的骨密度分别为(153.0 ±37.6 ) mg / cm3、( 24.9 ±

I.   ) mg / cm3、( 26.6 ± 30_6 ) mg / cm3,健康组(左侧股骨近端)股骨头、股骨颈及粗隆部的骨密度分别为 (22〇.2±46.l)mg/cm3、(74.8±49.1)mg/Cm3、(70.8±41.3)mg/Cm3,骨折组各部分骨密度均低于健康组,差 异有统计学意义P< 0.05)。股骨头与股骨颈和股骨粗隆部的骨密度下降的平均值不平行。结论骨质疏松是 股骨近端骨折的危险因素;股骨粗隆部的骨密度并不能完全反映股骨头的骨密度;QCT是目前测量股骨头骨 密度的惟一方法;术前使用QCT评估股骨头的BMD对于内固定物头钉的正确选择提供了依据。

【关键词】骨密度;体层摄影术,X线;髋骨折;骨钉;定量CT随着世界人口老龄化的加剧,髋部骨折已经 成为危害老年人健康的重要因素,世界卫生组织估 计,在未来很长的一段时间内,其发病数量和发生 率都将呈不断上升的趋势。股骨粗隆间骨折是最常 见的髋部骨折之一,此类骨折多数为低能量损伤, 主要发生于骨质疏松的老年人[1_2]。手术复位、内 固定已成为股骨粗隆间骨折治疗的首选方法。目前 可供选择的内固定材料虽有许多种,但其头钉大致 可分为两类:拉力螺钉类和螺旋刀片类。拉力螺钉 可以为骨折端加压,以促进骨折的愈合,但其需要 股骨头拥有良好的骨质以提供足够的把持力,否则 加压过程将由于螺钉的拔出而无法实现;螺旋刀片 在被打人时可以起到打压植骨的作用,以增加局部 的骨密度,但对于骨质良好的患者将造成骨折端分 离[w]。因此股骨头骨质的好坏直接影响头钉类别的 选择。

目前对于骨密度评估的主流方法是双能X线 吸收测量法dual-energy X-ray absorptiometry, DXA)[67]。由于DXA是二维平面的测量,其无法 准确测量某一特定区域内的骨密度;另外由于髋 臼与股骨头的重叠,使得DXA无法对股骨头的骨 密度进行测量定量 CT ( quantitative computed tomography, QCT )可以在CT重建后的任意感兴趣 区域(region of interest, R0I)内进行二维测量,从而 使股骨头的骨密度评估成为可能。本研究使用QCT 测量和比较股骨近端骨折患者和健康受试者的股骨 近端的松质骨骨矿物质密度(hone mineral density, BMD),以探讨其对内固定物选择的指导价值。

资料与方法

一、   一般资料

选择2011年1月至2011年12月,我院收 治的股骨颈骨折或股骨粗隆间骨折的50例患者作 为骨折组,其中男23例,女27例,年龄17 ~ 94 (63.8 ± 16.3 )岁。招募75位年龄匹配的健康受试者 作为健康组,其中男18例,女57例,年龄23 ~ 76 (61_2±10.4)岁。

二、   CT扫描采集

采用多层螺旋CT (东芝16排CT)和美国Min- dways公司的QCT体模对双侧髋关节进行QCT扫 描。扫描范围从髂嵴至股骨上段,采用标准化的方 法扫描条件,扫描参数为120kVp, 250mA,层厚为 1 mm, —个36 cm F0V的螺旋重建模式的512 X 512

矩阵。

三、   图像处理

使用商业软件 QCT Pro ( Mindways, Austin TX, USA),测量股骨近端各部分(股骨头、股骨颈和股 骨粗隆)的体积骨密度(vBMD,g / cm3 )。使用商业 图像分析软件Virtual Place-M (医学影像实验室,东 京,日本)对骨折组健侧和对照组的双侧股骨近端 进行三维重建,选定R0I,可直接显示其内的骨小 梁BMD测量值。

四、   R0I的选定

在股骨近端,使用CT来选定R0I。将股骨头分 为近端、中部和远端3个部分(图1)。图la中,直 线a为经过股骨头中心的股骨颈的中轴线;直线b为 垂直于a的股骨头切线,与a相交于点A;直线c为 在股骨头颈交界处垂直于a的线,与a相交于点B; 作出线段AB的三等分点C和D;直线d,e, f分别 为AD,DC, CB的中垂线;直线g为经过股骨颈最 狭窄处的a的垂线;h为大小转子之间最宽处的a的 垂线D d, e, f, g,h 5条线即为5个R0I的中心层 面,每个R0I包含9个CT层面,在每个R0I内选 择松质骨体质最大的区域进行测量。以远、中、近 3部分的平均值作为股骨头的BMD值。

五、   统计学分析

两组数据之间的比较使用Z -检验进行分析,多 于2个变量的数据采用土耳其检验-双向重复检验_ 行分析。计量资料采用表示。

结 果

骨折组与健康组在年龄方面差异无统计学意义 (尸> 0.05)。在健康组中,我们比较了左侧和右侧股 骨近端的BMD,在各个区域内,差异也无统计学意 义(尸> 0.05 ),而股骨头BMD明显大于股骨颈和股 骨粗隆间的BMD (表1)。

将骨折组与健康组相对应的区域分别进行比 较,以评估股骨近端不同区域BMD的差异性。在 健康组中,股骨头近端1 / 3的BMD均值(209.3 ± 45_1 ) mg / cm3 低于中部(212.22 ± 49.7 ) mg / cm3、 远端1 / 3 ( 222.7 ± 56.8 ) mg / cm3的均值,但是差异 无统计学意义(户>0.05)。然而,在骨折组中,股 骨头近端1 / 3的均值(160.9 ± 42.3 ) mg / cm3则明显 高于中(150.3 ± 40.5 ) mg / cm3、远端 1 / 3 ( 144.9 ±

II.  ) mg / cm3的均值,且差异有统计学意义(尸<

2.   05 )(表2 )。研究发现骨折组股骨近端各部分的

3.   图1 a:每个样本按ROI选定方法分为5个区域,使用QCT进行测量;b:股骨头近端1 / 3的ROI中心层面;c:股骨头中部1 / 3的 ROI中心层面;d:股骨头远端1/3的ROI中心层面;e:股骨颈的ROI中心层面;f:转子间的ROI中心层面

4.   BMD均低于对照组,且差异有统计学意义(P< 0.05)(表 3)。

5.   在骨折组与健康组中,我们均发现有一定数量 的样本,其股骨头、股骨颈和股骨粗隆部区域BMD 值分布情况与样本总体的均值不平行。在健康组 中,有7例男性(38.9%)和11例女性(19.3%)的股 骨头与股骨颈的BMD值分布情况与样本总体的均值 不平行,有2例男性(11.1% )和11例女性(19.3% ) 的股骨头与股骨粗隆部区域的BMD值分布情况与样

6.   1健康组不同区域双侧BMD值对比(mg / cm3)

7.   Tab.l Comparison of bilateral BMD in different ROI in the healthy group (mg / cm3)

部位

尸值

股骨头

220.2 ±46.1

219.2 ±45.7

0.827

股骨颈

74.8 ±49.1

71,7 52.0

0.565

粗隆部

70‘8±41.3

72.1 ±41.0

0.761

8.   表2骨折组和健康组股骨头不同区域BMD值(mg/cm3)

9.   Tab.2 Comparison of bilateral BMD in different ROI in the healthy group (mg / cm3)

组别

股骨头近1/3

股骨头中1/3

股骨头远1/3

骨折组

160.9 ±42.3

150,3 ±40.5h

144.9 ± 38.6fc

健康组(左侧

209.3 ±45.1

212,2 ±49.78

222.7 56,8a

10.  注:aP>0.05,与健康组股骨头近端1 / 3的BMD相比,差异无统计学意 义;hP< 0.05,与骨折组股骨头近端1 / 3的BMD相比,差异有统计学

11.  意义

12.  Notice: bjP>0.05 meant there were no statistically significant differences when compared with BMD of the 1/3 proximal femoral head in the healthy group; ^<0.05 meant there were statistically signiilcant diflFerences when compared with BMD of the 1/3 proximal femoral head in the fracture group

13.  表3骨折组和健康组不同区域BMD值的对比(mg/cm3)

14.  Tab.3 Comparison of BMD in different ROI in the fracture and healthy groups ( mg / cm3 )

组别

股骨头

股骨颈

粗隆部

骨折组

153.0 ±37.6

24.9 ±39.7

26.6 ±30.6

健康组(左侧

220.2 ±46.1

74.8 ±49.1

70.8 ±41.3

P

<0.001

<0.001

<0.001

15.  本总体的均值不平行。与此同时,在骨折组中,有 5例男性(21.7% )和8例女性(29.6% )的股骨头与 股骨颈的BMD值,以及5例男性(21.7%)和9例女 性(33.3%)的股骨头与股骨粗隆部区域的BMD值分 布情况与样本总体的均值不平行(表4 )。

16.  表4骨折组和健康组股骨头与股骨近端的BMD不平行差异率

17.  (%)

18.  Tab.4 Ratios of the differences between BMD of the femoral head and that of the proximal femur in both groups (%)

组别

股骨头与股骨颈

股骨头与股骨粗隆部

健康组

38.9

19.3

11.1

19.3

骨折组

21.7

29.6

21.7

33.3

19.  讨 论

20.  本研究使用QCT测量和比较股骨近端骨折患者 和健康受试者的股骨近端的松质骨vBMD,探讨其 对股骨近端内固定物头钉的选择的指导价值。股骨 粗隆间骨折内固定失效的原因很多,其中螺钉在股 骨头颈中的位置、深度以及股骨头骨质的良好与否 尤为重要[12_19]。螺钉在股骨头颈中的位置、深度与 手术技巧有关,而股骨头骨质的良好与否决定了对 于内固定材料的合理选择。股骨粗隆间骨折内固定 材料无论髓内或髓外,其头钉部分可分为拉力螺钉 类和螺旋刀片类两类。拉力螺钉可以为骨折端加压 以促进骨折的愈合,但其需要股骨头拥有良好的骨 质以获得足够的把持力[512_132°_21]。对于股骨头骨质 较差的患者,拉力无法完成,而常发生螺钉在加压 过程中的拔出。螺旋刀片在被打入时可以增加螺钉 周围的骨密度[34],但对于正常骨质者,此作用不明 显,反而常常造成骨折端的分离,影响骨折愈合。

因此,股骨头的骨质好坏对于头钉的选择至关重 要,正确地选择头钉可以有效地降低头钉由于发生 切割和拔出而失效的几率。QCT是目前惟一能够对 于股骨头骨密度进行评估的方法。

文献报道,无论使用QCT还是DXA进行测 量,受骨质疏松、基础代谢率及激素水平等因素影 响,老年人的髋部BMD值均低于年轻人因此 本研究中,在年龄方面进行匹配,骨折组与健康组 年龄差异无统计学意义,避免了年龄因素对于髋部 BMD值的影响。研究结果显示骨折组平均BMD值 显著低于健康组,从而进一步证明骨质疏松是髋部 骨折的独立危险因素。

目前对于股骨头骨质的评估尚无成熟的方法。 因而在临床工作中,对于股骨近端骨折内固定物 头钉的选择尚缺乏重要的理论依据[26]。近年来, QCT已逐渐成为分析髋部形态和测量BMD的有 效手段[2>MI,但其在临床工作中尚未得到广泛应 用pw°-31]。由于QCT可以通过重建三维图像来测量 股骨近端的真实形态和股骨头的BMD,并且不像 DXA等二维测量方法那样会受到髋臼遮挡的影响。 研究中发现,股骨头BMD值与粗隆部BMD值并非 平行,DXA仅对于粗隆部BMD的测量并不一定反 应股骨头BMD的真实情况,因而有必要对于股骨头 BMD进行直接评估,从而指导内固定物头钉的合理 选择。

本研究存在一些局限性。首先,在骨折组中, 我们测量的健侧股骨近端的BMD值而不是骨折侧 的。虽然在对照组中,我们对比了双侧股骨近端的 BMD值,结果显示双侧股骨近端的BMD值大致相 等,差异无统计学意义,但骨折组是否存在差异尚 不明确。其次,目前国际上尚无QCT测量数据提供 健康人群股骨头的BMD值范围,因此缺乏正常值数 据。需要在未来的工作中进一步增加样本量加以获 得。另外测量区域的确定目前是人工手动,存在测 试者个体差异,因而有必要开发三维自动确定R0I 的方法,以减少测量误差。

总之,骨质疏松是股骨近端骨折的危险因素; 股骨近端的BMD并不能完全反映股骨头的BMD; QCT对股骨头的BMD直接评估对于股骨粗隆间骨折 内固定物头钉的合理选择十分必要。成都华西华科研究所研发生产QCT骨密度测量体模软件系统

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