儿童股骨颈前倾角的数字化三维重建与解剖测量

　　【关键词】： 数字化；三维重建；股骨颈前倾角

　　发育性髋关节关节脱位（developmental dyspla-sia of the hip,DDH）是常见的儿童骨骼发育性疾病，其治疗方案为根据患儿的不同年龄和髋关节发育病理特点等，进行个性化的选择。在DDH患儿中，股骨颈前倾角（femoral neck anteversion,FNA）增大是其特征性病变之一，正确地认知患儿股骨近端三维形态学畸形对于制定合理的手术方案和预防术后并发症具有重要的指导意义。传统的测量方法例如X线法或二维CT，由于颈干角的存在，获取的是股骨颈的斜断面而非股骨颈的纵轴剖面。因此它不能真正地显示股骨颈轴线，准确性和可重复性均较差。

　　近年来随着数字化三维重建技术的广泛廊用，可清晰显示股骨近端和股骨内外侧髁的解剖关系，使FNA的测量更加精确可靠，三维CT为股骨颈前倾角的测量提供了较先进和准确的方法，为指导临床手术方案的选择及术后疗效的评估提侠科学的依据。本研究主要探讨应用数字化三维重建技术精准测量DDH患儿股骨颈前倾角的方法，为完善个体化的手术方案提供参考。

　　1材料与方法

　　1.1  -般资料

　　收集我院2011年1月至2012年12月被诊为单侧DDH患儿的资料共20例，男10例，女10例。年龄2-6岁。其中右侧髋脱位9例，左侧髋脱位11例。所有病例在行二维和三维CT检查前均为初次诊治，既往无治疗史或手术史，排除患有已知的神经肌肉系统疾病或合并其他先天畸形者。

　　1 2实验方法

　　设备Siemens Soreatom Sensation 16排多层螺旋CT，扫描条件为120 kV.54 mAs，为层厚0.625 mm，扫描时问200ms，总扫描时间为10 - 12 s。进行双侧股骨CT扫描，扫描层厚5 mm，以1.25 mm层厚、0.6 mm层间隔进行重建，罔像以DICOM格式储存。将按照DICOM标准存储的股骨CT断层影像数据导人输入Mimics15.0软件，对股骨进行数字化三维重建。

　　1 3股骨颈前倾角（ FNA）的测定

　　二维CT测定法：在CT扫描获得的二维CT图像中进行测量，用两张CT图像重叠确定FNA值。此方法片用一张CT片子确定FNA的头颈轴。对股骨近端进行CT扫描，选择一张同时显示股骨头和股骨颈的图像（图1），连接股骨头和股骨颈的中心确定头颈轴。再选择一张两股骨髁最大的CT层面，作两髁后缘的切线（图2）头颈轴与此切线的交角即为前倾角。

　　数字化三维重建测量：骨盆及远、近端股骨重建后（图3），将远、近端股骨重叠在一个平面上。利用模板功能，按步设计股骨头的中点、股骨颈与干分叉点以及股骨远端中点和股骨远端横径的两个端点，在Mimics软件巾创建股骨前倾角解剖参数的测量模板，并根据这些点设计股骨颈轴线、股骨干轴线以及股骨远端横轴。从而生成股骨颈的外旋平面，股骨体平面；两个平面的夹角即为股骨前倾角（图4）。

　　2结果

　　测量每个患儿两种方法健删与患侧的FNA值，二者组成配对资料。采取配对佯本￡检验，结果以均数+-标准（x+-s）表示。经统计学软件SPSS 16.0做单因素方差分析，P< 0.05为有差异有统计学意义（表1）。

　　3 讨论

　　3.1股骨颈前倾角的传统测量方法

　　股骨颈前倾角是股骨颈与股骨冠状面所形成的角，是股骨头与髋臼在方向上相匹配的保证。过大的股骨颈前倾角会导致髋臼发育变浅、变形，关节囊拉长，易发生再脱位或者残余髋发育不良。对异常增大的股骨颈前倾角如不及时矫正则可能成为手术或保守整复失败原因之一。由于DDH儿童骨骺发育不完善，股骨头长期受到异常应力的作用，股骨近端包括股骨头、股骨颈等多个解剖结构发生空间结构的多维变化，为精确测量股骨颈前倾角增添困难。文献已报道DDH患儿股骨前倾角在个体间变异较大，且与年龄相关，虽然二维CT已经广泛应用于DDH患儿形态学畸形的定量测量，但患儿病变区解剖形态学变异以及在采集图像时患儿体位不标准常导致其测量结果不可靠，不能直观反映股骨近端和股骨远端内外髁的三维立体解剖结构之间的关系，图像选择的随机性较大，可重复性差，且受患者的体位影响较大。

　　32股骨颈前倾角数字化三维测量的特点和优势

　　近年来，数字技术的飞速发展为骨科疾病的临床诊疗和基础研究提供了新的方法，其与传统骨科互相融合、互相促进、互相影响，逐渐形成具有时代特征的现代数字骨科。基于CT的数字化三维重建能够直观、准确地反映人体结构，为临床提供必要的信息。随着硬件设备的更新，软件技术的提高，各种数字化影像技术的发展使计算机三维重建技术不断完善。数字化三维重建技术借助特殊软件（如Mimics）对生物组织结构的联系图像进行医学图像融合处理，进而得到三维立体图像。图像在Mimics软件中能任意旋转，通过坐标轴的调整，对任一平面均可切割，并进行相关参数的分析。这种方法已用于人体的相关解剖参数的测量，例如任鹏等利用数字化技术测量股骨后髁角，张晟等对国人股骨近端髓腔进行三维解剖测量，金丹等对跟骨、距骨进行三维重建与解剖测量。这些研究已初步显示出数字化测量直观、准确可靠的优势。

　　随着计算机技术的飞速发展，计算机辅助的数字化三维重建技术广泛的应用于医学领域，将二维影像三维重建已成为可能。利用三维重建专用软件不仅能进行简单的距离、角度的测量，而且能够对曲线、曲面、曲率测量，并进行曲面拟合，测量出复杂的关节的面积、倾斜角等解剖学数据。三维重建后的股骨能以任一角度旋转，清楚的显示股骨内外髁及近端的解剖特点，较精确地标定相应的解剖标志。可以获得股骨内外侧髁和股骨近端的立体图像，并将股骨近端及股骨内外侧髁重叠在一幅图像中。鉴于以上优点，我们用Mimics软件对股骨前倾角进行了测量，在测量中我们对重建后的股骨内外侧髁和近端图像从任意角度、方向上观察，这就增加了标定解剖标志的准确性，并利用软件自带工具精准的测量空间角度，这是断层图像无法比拟的。Li等报道应用于132例髋关节的三维测量结果优于原始CT图像测量。Delialioglu等应用多种方法进行股骨颈前倾角测量后发现，三维重建测量的准确度与可信度最高。因此，数字化三维测量在准确度和可靠性方面完全超过了传统测量的水准，可以作为一种成熟可靠的技术应用于临床和科研。马信龙等借助Mimics软件，将股骨头拟合成球体以及股骨颈的轴线和股骨干的轴线，从而精确测量股骨颈前倾角的大小，真正意义上从三维角度提供测量方法。

　　3.3个性化测量和股骨去旋转截骨术

　　随着发育性髋关节脱位的个体化治疗理念的深入，股骨颈前倾角的个性化测量并指导股骨去旋转截骨术已经成为发育性髋关节脱位个性化治疗的关键。本方法探讨了一种新的发育性髋关节脱位的术前评估方案，即对发育性髋关节脱位的患儿术前进行CT扫描并数字化三维重建，通过对股骨解剖标志的精确定位，从而对精确测量股骨颈前倾角并指导术中股骨去旋转截骨术。目前这种新颖的个性化股骨去旋转截骨的术前评估方案已存我院开展进行，长期效果有待于进一步随访观察。

　　数字化三维重建能够精确显示股骨内外侧髁和近端影像，利用相关工具精准测量儿童股骨前倾角，为发育性髋关节脱位患几个体化股骨截骨手术治疗提供了思路，但是由于三维CT不能很好地显示髋臼及其边缘的软骨成分，对婴幼儿髋臼的病理改变、软骨缺损部位和程度的整体观察有其局限性。以后如何通过CT和MRI融合重建三维模型，构建更多复杂组织的三维重建等仍需进一步研究。