3枚空心加壓螺釘在股骨頸截面的位置分布

孫亞超，白文哲，孫小輝，劉傳強，孫 魯

股骨頭壞死是股骨頸骨折的常見并發(fā)癥[1]，怎樣減少股骨頸骨折術(shù)后股骨頭壞死的發(fā)生一直是骨科研究領(lǐng)域的熱點。3枚空心加壓螺釘固定法是臨床上治療股骨頸骨折的常見方法，它具有手術(shù)操作簡單、局部組織分離少、手術(shù)時間較短的優(yōu)點[2]。有研究[3-4]認為，3枚螺釘呈“倒三角形”固定股骨頸骨折相較于其他類型固定方式的失敗率更低。 我們收集在山東省中醫(yī)院行髖關(guān)節(jié)CT掃描的40例樣本數(shù)據(jù)，采用Mimics 20.0軟件、3-matic 12.0軟件重建股骨近端三維模型，研究3枚空心加壓螺釘在股骨頸截面的位置分布。

1 材料與方法

1.1 樣本資料納入標準：① 成年人(骺線閉合)且年齡≤70周歲；② 髖部無骨傷、骨病等。本研究納入40例，男20例，女20例，年齡55～70歲。

1.2 硬件設(shè)備東芝公司生產(chǎn)320層螺旋CT及2.0 T可移動硬盤，于計算機(TOSHBA C805)上應(yīng)用Materislise公司生產(chǎn)的Mimics 20.0軟件、3-matic 12.0軟件進行研究。

1.3 研究方法

1.3.1重建股骨近端三維模型 采用Mimics 20.0軟件，打開菜單欄File中的New Project Wizard選項，選擇CT樣本數(shù)據(jù)所在的文件夾，根據(jù)提示進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化完畢后選擇菜單中的Segment中的CT bone功能，調(diào)整Thresholding等參數(shù)，迅速建立右股骨近端蒙板，修整蒙板，建立股骨近端三維模型，并采用Smoothing功能修飾三維模型。見圖1。

圖1 股骨近端三維模型

1.3.2Murphy法確定股骨頸的軸線 選取兩層CT橫斷面數(shù)據(jù)，分別為股骨頭最大橫截面和股骨頸基底部的橫截面，選中并標記股骨頭最大橫截面的圓心以及股骨頸基底部橫截面圖形的中心。連接兩點即是Murphy法所確定的股骨頸軸線。應(yīng)用到Mimics 20.0軟件中的具體操作：選取髖關(guān)節(jié)橫截面中股骨頭的最大橫截面(應(yīng)用Measure的功能測量所得)，應(yīng)用菜單欄中Analyze目錄下的Sphere功能，選定球心定義為點1。選中股骨頸基底部的橫截面(小轉(zhuǎn)子上緣，大致呈三角形)，選定該圖形的中心，并在CT橫斷面中標記，定義為點2。點1和點2的連線就是Murphy法所確定的股骨頸軸線。見圖2、3。

1.3.3獲取股骨頸的截面 在重建的股骨近端三維模型上進行切割操作，首先選擇菜單欄中Analyze中繪制功能，繪制圓柱體，即Cylinder輸入點1和點2的點坐標，建立一個可以調(diào)整參數(shù)的圓柱體模型，該圓柱體的中線軸線就是股骨頸的軸線，見圖4。調(diào)整圓柱體的長度，遠端剛好位于股骨頭和股骨頸結(jié)合部，然后調(diào)整模型的視角，使圓柱體的2個底面與屏幕垂直，見圖5。應(yīng)用Simulate中的Cut Orthogonal to Screen，在股骨頭頸軸線進行切割來獲取股骨頸截面(最近端的一個截面),見圖6。

1.3.4逐層分割模型 將三維模型中帶股骨頸的部分通過FEA/CFD中的Remesh功能引入到3-matic 12.0中進行逐層切割，具體操作：在Design中選擇Create Point，于股骨頸截面上用蹭邊法選擇3個不同的點，在Sketch中新建截面，輸入以上3個點坐標生成1個截面。然后于股骨頸截面上用同樣的方法選取1個不同于以上3個點的點，建立1個通過該點且與截面平行的面，稱為移動面。使用移動平面功能，將移動面沿股骨頸軸線進行平移，每平移1 mm，應(yīng)用Cut功能切割，逐層切割至移動面與大轉(zhuǎn)子相切為止，見圖7。記錄每個樣本最小的股骨頸截面的面積，得到每個樣本的最小面積及其所在區(qū)間的百分比(即從股骨頭頸結(jié)合部開始至大轉(zhuǎn)子的這段股骨頸的最小面積，規(guī)定頭頸結(jié)合部為0，大轉(zhuǎn)子處為100%)。

2 結(jié)果

2.1 最小的股骨頸截面的面積與位置40例樣本中，最小的股骨頸截面面積的均值：男性為894.50 mm2，女性為693.05 mm2；最小的股骨頸截面出現(xiàn)的位置：男性位于股骨頸軸線的平均區(qū)間百分比為43%，女性為45%。

2.2 最小的股骨頸截面形狀見圖8。最小的股骨頸截面形狀大致分為三角形和橢圓形，根據(jù)股骨頸后上方圖形的變化趨勢，變銳歸為三角形，變鈍歸為橢圓形。40例樣本中，最小的股骨頸截面形狀顯示，男性樣本70%為近似斜三角形(圖8中1～14號)，30%為近似橢圓形(圖8中15～20號);女性樣本75%為近似斜三角形(圖8中21～35號)，25%為近似橢圓形(圖8中36～40號)。

圖2 股骨頭最大橫截面 A.選定的股骨頭最大橫截面近似圓形，引入模擬圓，最大橫截面定義出圓心的位置(箭頭所示)；B～D.冠狀面、橫截面、矢狀面可同時觀察到的圓心位置；E.重建出的股骨近端三維模型 圖3 股骨頸基底部橫截面 A.股骨頸基底部中心點的選定，以股骨頸逐漸消失開始到小轉(zhuǎn)子剛出現(xiàn)時的平面近似三角形，定義為三角形的中心(箭頭所示)；B～D.冠狀面、橫截面、矢狀面觀察到的股骨頸基底部所在的平面；E.股骨近端三維模型可見股骨頭圓心及股骨頸基底部的中心點 圖4 圓柱體模型的引入 圖5 兩個底面與屏幕垂直后的截面圖 圖6 股骨頸截面的獲取 圖7 股骨頸截面及“移動面”

圖8 40例樣本最小的股骨頸截面的形狀，其中1～20為男性，21～40為女性

3 討論

目前測量股骨頸前傾角度，所采用的主要方法是Weiner法、Hernandez法和Murphy法。有研究[5-7]認為Weiner法及Hernandez法的股骨頸長軸的選擇較真實值小，而Weiner法符合解剖學定義，具有重復(fù)性和操作性，與真實值相差在1°內(nèi)。Murphy法是選擇股骨頭中心點與股骨頸基底部中心點的連線作為股骨頸的軸線，然后將該軸線與股骨遠端的內(nèi)外側(cè)髁后緣連線進行重合，所得夾角就是股骨頸前傾角。在Mimics軟件中實現(xiàn)Murphy法需要注意：① 選擇橫斷面上股骨頭最大橫截面積的圖形時可采用軟件中的測量功能，把股骨頭看似球形，最大橫截面定義為球心;② 選擇股骨頸基底部的中心點時移動橫截面圖像，可發(fā)現(xiàn)橫斷面上從股骨頸逐漸消失開始到小轉(zhuǎn)子剛出現(xiàn)時，圖像大致呈三角形，選取小轉(zhuǎn)子剛要出現(xiàn)時的近似三角形的圖像，設(shè)定為三角形的中心區(qū)域。

3枚空心加壓螺釘是目前治療股骨頸骨折的常用方法[8]。空心加壓螺釘操作中需要注意：① 螺釘?shù)穆菁y要超過骨折線；② 螺釘要與股骨頸長軸平行且螺釘之間也要相互平行；③ 螺釘在股骨頸內(nèi)呈倒三角形，螺釘?shù)奈恢帽M量靠近股骨頸的邊緣，一方面可以獲得骨皮質(zhì)的支撐，提供堅強的固定，另一方面通過最大的占位效應(yīng)獲得良好的抗旋轉(zhuǎn)能力[9]。術(shù)中C臂機透視時由于存在股骨頭和股骨轉(zhuǎn)子的遮擋，往往看不見股骨頸后緣的邊界，故螺釘從股骨頸后緣穿出的可能性較大[10]。且本研究發(fā)現(xiàn)，大部分人股骨頸的最小截面朝向股骨頸后緣方向有變銳的趨勢，而此處又恰好是旋股內(nèi)側(cè)動脈走行之處的附近，這提示我們，此類患者置入螺釘時螺釘穿出皮質(zhì)損傷動脈的風險會增大，置釘時應(yīng)盡量避免從股骨頸的后緣穿出，進而能有效保護股骨頭殘存的血運，最大程度地降低股骨頭壞死的可能性。術(shù)前預(yù)知股骨頸最小截面的形狀及位置，可降低損傷股骨頸后上方旋股內(nèi)側(cè)動脈的風險，術(shù)中透視時股骨頸后上方(角A位置)的螺釘不建議高于股骨頸前上方(角B位置)的螺釘，因為大部分股骨頸最小截面的形狀近似斜三角形，角B位置多高于角A位置，這樣有助于對股骨頸后上方旋股內(nèi)側(cè)動脈的保護，見圖9。

綜上所述，本研究通過Mimics 20.0軟件、3-matic 12.0軟件重建股骨近端三維模型，并沿股骨頸軸線進行切割，得到股骨頸截面，利用最小的股骨頸截面的形狀來指導(dǎo)3枚空心加壓螺釘固定治療股骨頸骨折。我們認為，股骨頸截面對內(nèi)固定物的空間分布有重要影響，術(shù)前預(yù)知最小的股骨頸截面的位置，可以降低股骨頸后上方旋股內(nèi)側(cè)動脈的損傷風險；術(shù)中股骨頸后上方的螺釘不建議高于前上方，因為大多數(shù)股骨頸的最小截面近似斜三角形，前方高于后方有助于保護股骨頸后上方旋股內(nèi)側(cè)動脈。

圖9 螺釘于股骨頸中的位置