三维手段定量评估股骨颈骨折复位质量与股骨头坏死的相关.doc

www.CRTER.org张立朋，等. 三维手段定量评估股骨颈骨折复位质量与股骨头坏死的相关性三维手段定量评估股骨颈骨折复位质量与股骨头坏死的相关性张立朋1，张国玲2，徐 葳1，王 丹1，王文良2(1武警后勤学院病原生物学与免疫学教研室，天津市 300000；2武警后勤学院附属医院关节三科，天津市 300000)引用本文：张立朋，张国玲，徐葳，王丹，王文良. 三维手段定量评估股骨颈骨折复位质量与股骨头坏死的相关性J.中国组织工程研究，2016，20(22):3287-3293.DOI: 10.3969/j.issn.2095-4344.2016.22.013 ORCID: 0000-0001-9011-9539(张立朋)文章快速阅读：股骨颈骨折复位质量与股骨头坏死相关性的三维评估张立朋，男，1989年生，辽宁省瓦房店市人，汉族，2016年武警后勤学院毕业，硕士，主要从事关节外科方面的研究。中图分类号:R318文献标识码:B文章编号:2095-4344(2016)22-03287-07稿件接受：2016-04-11http:/WWW.根据股骨颈移位程度进行分组Minics系统无移位组：Garden 和型；移位组：Garden和型。试验结果：两组股骨颈骨折经过修复治疗，经三维空间测量发现均存在不同程度的残留移位。其中移位组残留移位较无移位组更大，表现为复位不足。随访显示，复位不足导致坏死率明显增高。利用软件中“镜像”功能生成患者股骨的镜像图像，在软件自动配准的帮助下，将镜像股骨与健侧股骨进行快速自动拟合配准，若自动配准效果欠佳，则使用reposition功能行细微调整。 文题释义：股骨颈骨折复位标准：应保证髋臼、股骨头、股骨颈之间骨小梁力线的连续性；正侧位X射线片股骨头颈应体现圆滑的“S”或者反“S”型。但是利用X射线等二维影像评估股骨颈骨折患者复位质量的信度已经足够了吗？在临床工作中发现，即使已经完成复位内固定手术的股骨颈骨折患者仍然存在残留移位。Mimics医学图像处理软件：可利用CT、MRI和超声影像进行医学三维图像模型构建，所形成的模型可进行3D打印、导入网格划分软件中进行网格划分后进行有限元分析、进行术前模拟导板制作等等，便于临床医师对骨骼疾病进行直观评估，规划最优手术方案。摘要背景：骨折复位质量对骨折愈合与肢体功能恢复至关重要，传统X射线片与断层CT对量化与直观观察骨折移位效果不佳。Mimics具有快速构建骨骼模型和空间测量的功能，为定量三维空间量化复位质量提供了可能。目的：利用三维测量方法对X射线评估为复位满意的股骨颈骨折患者进行残留移位再测量，并探究残留移位与股骨头坏死的相关性。方法：将2012年1月至2013年12月于武警后勤学院附属医院关节三科接受治疗的141例股骨颈骨折患者纳入研究，按骨折移位程度分组，无移位组44例(Garden1&2)，移位组97例(Garden3&4)。利用CT的DICOM数据建立每个患者的三维模型，测量修复术后股骨颈骨折患者的残留移位参数：股骨头中心距离、股骨头小凹距离及空间偏转距离。对患者股骨头坏死情况进行随访，探究残留移位程度与股骨头坏死的相关性。结果与结论：患者随访时间为25-43个月，无移位组和移位组中分别有7例和21例患者罹患股骨头坏死；无移位组中股骨头中心距离、股骨头小凹距离、空间偏转角度分别为(7.442.84) mm，(11.754.12) mm，(17.688.99)；移位组分别为(6.513.75) mm，(9.345.27) mm，(14.677.43)，两组中除股骨头中心距离外差异均有显著性意义(P 0.05)；提示复位质量欠佳是引起股骨头坏死的重要因素之一；同时X射线在描述空间立体移位和角度中存在不足，在评估股骨颈骨折的复位质量时具有局限性；而利用三维测量手段评估骨折复位质量具有一定的优越性。关键词：骨科植入物；骨植入物；股骨颈骨折；复位质量；三维测量；股骨头坏死3 P.O.Box 1200,Shenyang 110004 主题词：股骨骨折；股骨头坏死；内固定器；随访研究；组织工程基金资助：天津市科技支撑重点项目(13ZCZDSY01700)Correlation between reduction quality of femoral neck fracture and femoral head necrosis evaluated by three-dimensional measurement methodZhang Li-peng1, Zhang Guo-ling2, Xu Wei1, Wang Dan1, Wang Wen-liang2 (1Department of Pathogenic Biology and Immunology, Logistics University of Peoples Armed Police Force, Tianjin 300000, China; 2Third Department of Joint, Affiliated Hospital of Logistics University of Peoples Armed Police Force, Tianjin 300000, China)AbstractBACKGROUND: Reduction quality is essential for the healing and function of limb. Traditional X-ray and CT scans have some limitations in quantitatively and visually observing the reduction quality of the remnant fracture in three-dimensional displacements. Mimics have advantages in bone rapid modeling and three-dimensional measurement, which offers the chance in quantifying the reduction quality of the displacement in three-dimensional methods. OBJECTIVE: To measure residual displacement in femoral neck fracture patients with satisfactory reduction by using three-dimensional measurement method, and to evaluate the association between residual displacement and femoral head necrosis. METHODS: We enrolled 141 patients with femoral neck fracture, who were treated in the Third Department of Joint, Affiliated Hospital of Logistics University of Peoples Armed Police Force from January 2012 to December 2013. All patients were divided into undisplaced fracture group (n=44; Garden1&2) and displaced fracture group (n=97; Garden3&4). Based on DICOM data of CT files, three-dimensional models were constructed in each patient. Three parameters were measured: displacement of femoral heads center, fossa capitis femoris and rotational displacement. Femoral head necrosis was followed up. The correlation between residual displacement and femoral head necrosis was explored. RESULTS AND CONCLUSION: (1) The duration of follow-up in those patients ranged from 25 to 43 months. Femoral head necrosis occurred in 7 cases from the undisplaced fracture group and 21 cases from the displaced fracture group. (2) The three parameters (displacement of femoral heads center, fossa capitis femoris and rotational displacement) were respectively (7.442.84) mm, (11.754.12) mm and (17.688.99) in the undisplaced group, and (6.513.75) mm, (9.345.27) mm and (14.677.43) in the displaced group. Except displacement of femoral heads center, significant differences in the other two parameters were detected between the two groups (P 0.05)，具有可比性，见表1。表1 两组基线资料比较 (s)Table 1 Comparison of baseline data between the two groups项目无移位组(n=44)移位组(n=97)P年龄(岁)53.8012.3051.8011.00.646住院天数(d)13.306.1114.106.960.475手术时间(min)37.5614.5641.5115.790.312随访时间(月)34.724.9635.234.680.2572.3 股骨颈骨折闭合复位内固定后空间残留移位 股骨颈骨折患者接受修复术后仍存在平移和偏转等残留空间移位，包括股骨头中心移位、股骨头小凹移位、股骨头空间偏转角。无移位组和移位组比较，股骨头中心移位的差异无显著性意义(P 0.05)；股骨头小凹移位和空间偏转角差异有显著性意义(P 0.05)，见表2。表2 股骨颈骨折修复术后无移位组和移位组中残留空间移位比较 (s)Table 2 Comparison of remnant displacement in femoral neck fractures between undisplaced fracture group and displaced fracture group参数无移位组(n=44)移位组(n=97)P股骨头中心移位距离(mm)7.442.846.513.750.148股骨头小凹移位距离(mm)11.754.129.345.270.008股骨头偏转角度()17.688.9914.677.430.0392.4 移位组和无移位组股骨头坏死发生率比较 所有患者均随访超过25个月(25-43个月)，所有患者均进行了门诊或电话随访。在141例股骨颈骨折患者中，共有28例患者出现股骨头坏死症状，发生率为25%。其中无移位组中股骨头坏死发生率为19%，移位组中发生率为28%，见表3。表3 移位组和无移位组中股骨头坏死发生率比较Table 3 Comparison of the incidence of femoral head necrosis between undisplaced fracture group and displaced fracture group组别n股骨头坏死人数(n)未发生股骨头坏死人数(n)股骨头坏死发生率无移位组4473719%移位组97217628%合计14128113-2.5 股骨头坏死患者与未发生股骨头坏死患者空间残留移位与置钉形状比较 本文中，股骨头坏死人群的股骨头中心移位距离、股骨头小凹移位距离、股骨头偏转角度均显著大于无患病人群，差异有显著性意义(P 0.05)。至于空间螺钉构型，76例倒三角空间构型中有13例发生股骨头坏死，65例正三角空间构型中有15例发生股骨头坏死。两种空间构型中，股骨头坏死发生率的差异无显著性意义(2=0.785，P=0.376)，见表4。2.6 不良事件 无移位型股骨颈骨折患者术后疼痛，2周后仍无法下地功能锻炼者4例，占9%，移位型股骨颈骨折者12例术后疼痛，占12%。术后8个月后仍出现骨折不愈合者，无移位组3例，占7%；移位组6例，占6%。进行至少25个月的随访后发现，无移位组出现股骨头坏死者7例，占16%；移位组21例，占22%。因无法忍受疼痛接受髋关节置换者，移位组中5例，移位组中14例，分别占各组患病人数的11%和14%。表4 股骨颈骨折修复术后患者中各因素对股骨头坏死的影响Table 4 Effects of various factors on femoral head necrosis after repair of femoral neck fractures参数股骨头坏死患者(n=28)未发生股骨头坏死患者(n=113)P股骨头小凹移位距离(mm)12.805.059.414.830.001股骨头中心移位距离(mm)8.783.736.313.290.001股骨头偏转角度()20.757.7414.307.620.000空心螺钉空间构型(倒三角/正三角，n)13/1563/500.3763 讨论 Discussion股骨颈骨折多发于中老年人群，且随年龄增加发生率有增加趋势。相当数量的患者受困于股骨颈骨折并发症，包括骨折不愈合，股骨头坏死甚至死亡，减少因股骨颈骨折造成的并发症成为创伤骨科的一个热点话题。股骨颈骨折后较少的并发症发生率和良好的肢体功能恢复情况取决于局部血运的保护和满意的骨折复位质量已成为共识18-20。因此，准确评估股骨颈骨折后骨折复位质量具有重要意义。X射线为评估骨折复位质量做出了巨大贡献，但是X射线是将三维图像投射为二维图像，故而必然存在影像重叠，遮挡和失真，对临床评价骨折移位程度具有一定局限性。因此对X射线评价股骨颈骨折复位质量的可靠性进行再评估同样具有意义21-22。股骨颈骨折后，可靠满意的复位可以恢复近端股骨良好力线，有利于重建骨折处血运。作为主要的承重器官股骨几乎承担了全部体质量，尤其在股骨颈处，由于特殊的杠杆结构，特定动作下需要承受数倍于体质量的载荷23。假如骨折复位不满意，巨大的剪切应力施加于近端股骨处，对新生血管、骨小梁，甚至幸存的原有血管可能造成不可逆的损伤，显著增加了股骨头坏死的可能性24-25。Palm等26曾对113例接受骨折复位内固定的患者进行近1年的随访调查，结果发现骨折复位质量与股骨头坏死等并发症具有较强的相关性，而且认为骨折复位欠佳可导致髋部疼痛、骨折不愈合甚至二次手术。Araujo等27认为解剖复位对降低股骨头坏死发生率具有重要作用，其认为满意的骨折复位对支持带动脉的重建具有积极效果。虽然Papadakis等28在临床研究中发现，大多数移位型股骨颈骨折患者的后支持带动脉仍然保持较好的完整性，完整的支持带动脉对预防股骨头坏死具有重要作用。本研究中选取了3个空间移位指标，包括股骨头中心移位距离、股骨头小凹移位距离、股骨头偏转角度评价股骨颈骨折复位质量。股骨头坏死人群中3组指标均明显大于无并发症患者人群，可以推测满意的骨折复位效果可以有效地预防股骨头坏死的发生29-30。根据结果显示，术后即刻无移位组和移位组3组空间移位评价指标，股骨头中心移位距离、股骨头小凹移位距离和股骨头偏转角度无明显差异。但是经过至少30个月的随访后发现，股骨头坏死者患者3组评价指标较术后即刻值明显增大，其中股骨头中心移位距离平均改变5.36 mm，变化量近41.8%；股骨头小凹距离变化量为2.97 mm，变化量接近25.2%；至于股骨头空间偏转角度3.07，变化量接近14.8%。因此复位质量(包括复位后位置维持)对股骨颈骨折预后具有极大意义。可以推测，复位质量与股骨头坏死主要有两大原因：复位不良造成骨小梁存在剪切应力，无法保证患者运动康复过程中有效改建塑形，使得股骨头强度变低，外力作用下，骨小梁进一步破坏，出现恶性循环。当小梁破坏超出节点后，即有可能出现股骨头坏死31-32。股骨头内复位质量无法维持，患者运动康复过程中骨折断端出现有害微动，使得股骨头内残留微血管进一步破坏，加重股骨头坏死进程33。其他重要因素，如空心螺钉的空间构型、围手术期时间是否与股骨头坏死相关同样备具争议34-35。Yang等36在其研究中发现，与正三角空间构型相比，以倒三角空间构型完成内固定手术的患者罹患股骨头坏死的发生率明显较低。在此次研究中，倒三角构型中股骨头坏死发生率为17.1%，正三角构型中股骨头坏死率为23.1%，但是两者差异无显著性意义。根据结果显示，股骨头坏死患者中，空心螺钉空间构型如正三角形和倒三角形的人数比例为1315，并无明显差别。这与以往文献有一定差别。有研究指出倒品字形中下方螺钉可以通过股骨距使得骨骼-内固定复合体整体强度得以增强，保证患者在正常功能康复过程中抵抗剪切等有害应力，考虑两者差异主要由于纳入病例的差异；该研究中患者接近60岁，患者可以认定为高龄患者，出现一定的骨质疏松，使得内固定系统与骨质的实际微观接触面积显著减少，抗旋转、抗剪切力等明显降低。若空心螺钉不通过股骨距，则不能有效对骨折断端进行有效把持。研究中患者为壮年，无明显骨质疏松，正常骨质处置钉即可保证整体的固定强度，故空间置钉构型对股骨头坏死无明显影响37-38。至于手术时间对于股骨头坏死的影响，Araujo等27对31例患者进行回顾性分析后发现，围手术期时间是否超过7 d对股骨头坏死发生率无明显影响。本文中股骨头坏死人群与无患病人群相比，手术期同样无明显差异，可能的原因充分麻醉下，肌肉充分放松，骨折复位质量与围手术期时间无明显关联39-40。此次研究主要的局限性为样本量较小，应利用多中心大样本的临床试验证实骨折复位质量与股骨头坏死的相关性；另一局限性为随访时间相对较短，随着随访时间的延长，更多潜在的并发症可能进一步发生41。结论：X射线评估股骨颈骨折复位质量有其局限性，而利用三维测量手段评估骨折复位质量具有一定的优越性。解剖复位或满意的骨折复位对降低股骨头坏死发生率具有积极意义。致谢：感谢武警后勤学院附属医院关节三科对资料收集的帮助。作者贡献：张立朋主要进行试验设计与文章撰写，张国玲参与试验统计分析，徐葳参与资料收集与整理，王丹进行Mimics骨骼建模与分析，王文良参与实验设计与质量审查。利益冲突：所有作者共同认可文章内容不涉及相关利益冲突。伦理问题：试验方案已经患者/家属知情同意，参与试验的患病个体及其家属自愿参加，对试验过程完全知情同意，在充分了解治疗方案的前提下签署“知情同意书”。文章查重：文章出版前已经过CNKI反剽窃文献检测系统进行3次查重。文章外审：文章经国内小同行外审专家双盲外审，符合本刊发稿宗旨。作者声明：第一作者对研究和撰写的论文中出现的不端行为承担责任。论文中涉及的原始图片、数据(包括计算机数据库)记录及样本已按照有关规定保存、分享和销毁，可接受核查。文章版权：文章出版前杂志已与全体作者授权人签署了版权相关协议。4 参考文献 References1 Fujimoto-Ibusuki K, Yamada Y, Hirai T, et al. 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