成都华西华科研究所分析股骨近端骨密度（定量CT）QCT骨密度测量体模软件系统检测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QCTQCT骨密度测量体模软件系统检测法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±

[4]       ) 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 (220.2±46.1)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^[3-5]。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 ) ^[6-7]。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^[8-11]。定量 CT ( quantitative computed tomography，QCT骨密度测量体模软件系统检测法 )可以在CT重建后的任意感兴趣 区域（region of interest，ROI )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骨密度测量体模软件系统检测法 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（bone 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120 kVp，250 mA，层厚为 1 mm，一■个36 cm FOV的螺旋重建模式的512x512

矩阵。

三、    图像处理

使用商业软件 QCT，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1a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，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- AN0VAs进行分析。计量资料采用i ± ^表示。

结 果

骨折组与健康组在年龄方面差异无统计学意义 (P >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（P>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±

[5]       ) 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（P >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± 38.6 ) mg / cm³的均值，且差异有统计学意义（尸< 0.05 )(表2 )。研究发现骨折组股骨近端各部分的

[6]       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

[7]       Fig.1 a: Each sample was divided into 5 parts according to the ROI selection method, which were then measured by QCT; b: ROI central level in the 1 / 3 proximal femoral head; c: ROI central level in the 1 / 3 femoral head; d: ROI central level in the 1 / 3 distal femoral head; e: ROI central level in the femoral neck; f: ROI central level in the femoral trochanter

[8]       BMD均低于对照组，且差异有统计学意义（

[9]       0.05 )(表 3)。

[10]    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

[11]    表1健康组不同区域双侧BMD值对比（mg / cm³ )

[12]    Tab.1 Comparison of bilateral BMD in different ROI in the healthy group ( mg / cm³ )

部位	左	右	P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

[13]    表2骨折组和健康组股骨头不同区域BMD值（mg / cm³ )

[14]    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±40.5b	144.9±38.6b
健康组（左侧）	209.3：	t45.1	212.2±49.7a	222.7±56.8a

[15]    注：屮>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；^bP <0.05,与骨折组股骨头近端1 / 3的BMD相比，差异有统计学 意义

[16]    Notice: ^aP>0.05 meant there were no statistically significant differences when compared with BMD of the 1/3 proximal femoral head in the healthy group; ^bP<0.05 meant there were statistically significant differences when compared with BMD of the 1/3 proximal femoral head in the fracture group

[17]    表3骨折组和健康组不同区域BMD值的对比（mg / cm³ )

[18]    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值	<0.001	<0.001	<0.001

[19]    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 )。

[20]    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 (%)

[21]    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
	男	女	男	女
健康组	38.9	19.3	11.1	19.3
骨折组	21.7	29.6	21.7	33.3

[22]    讨 论

[23]    本研究使用QCT骨密度测量体模软件系统检测法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^[5,¹²_¹³,²。_^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。螺旋刀片在被打人时可以增加螺钉 周围的骨密度^[3-4]，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骨密度测量体模软件系统检测法是目前惟一能够对 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^[22-25]。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骨密度测量体模软件系统检测法已逐渐成为分析髋部形态和测量BMD的有 效手段^[27-29]，但其在临床工作中尚未得到广泛应 用[^25,30-31]。由于QCT骨密度测量体模软件系统检测法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骨密度测量体模软件系统检测法测量数据提供 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ROI 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多种定量CT QCT骨密度测量体模软件分析系统
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