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)[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.   表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	左	右	尸值
股骨头	220.2 ±46.1	219.2 ±45.7	0.827
股骨颈	74.8 ±49.1	71,7 土 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 士 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值	<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
	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

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^[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。明维思Mindways Image Analysis生产销售多种定量CT QCT骨密度体模软件分析系统
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