文鵬飛陳有榮郭萬首**張啟棟岳聚安

（1.北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部中日友好臨床醫(yī)學(xué)院，北京100029；2.中日友好醫(yī)院骨關(guān)節(jié)外科，北京100029；3.北京中醫(yī)藥大學(xué)，北京100029）

?綜述?

股骨頭壞死病灶評估方法的研究進(jìn)展*

文鵬飛1,2陳有榮1,2郭萬首1,2**張啟棟2岳聚安3

（1.北京大學(xué)醫(yī)學(xué)部中日友好臨床醫(yī)學(xué)院，北京100029；2.中日友好醫(yī)院骨關(guān)節(jié)外科，北京100029；3.北京中醫(yī)藥大學(xué)，北京100029）

股骨頭壞死是一種常見的髖關(guān)節(jié)疾病，壞死病灶的體積、位置、結(jié)構(gòu)、形狀等性質(zhì)在其治療方式選擇和預(yù)后判

定中有著重要意義。本文從X線片、CT、MRI出發(fā)，對比不同方法在分析壞死病灶性質(zhì)、預(yù)測塌陷及判斷預(yù)后中的價

值，綜述目前對于壞死病灶評估方法的研究進(jìn)展。

股骨頭壞死；評價方法；壞死病灶；三維重建

股骨頭壞死發(fā)病年齡以30～50歲為主，其主要原因?yàn)橥鈧?、激素、酗酒等[1,2]，造成股骨頭供血不暢，骨髓細(xì)胞局部壞死，引起股骨頭塌陷，導(dǎo)致臨床活動受限。在未經(jīng)治療的情況下，60%～80%股骨頭將在1～5年內(nèi)發(fā)生塌陷[3,4]，進(jìn)而需要接受人工關(guān)節(jié)置換。塌陷預(yù)防一直以來是學(xué)者們研究的熱點(diǎn)，而股骨頭早期壞死灶的性質(zhì)，包括體積[5-7]、位置[6,7]、結(jié)構(gòu)、形狀及影像學(xué)分期，先后被指出是塌陷發(fā)生及影響預(yù)后的重要因素，然而不同學(xué)者的研究結(jié)果仍存在一定的差異。另一方面，由于缺乏一致、有效、定量、實(shí)用的測量方法及標(biāo)準(zhǔn)[8]對股骨頭壞死灶的性質(zhì)進(jìn)行評價，因此治療早期股骨頭壞死的方法還存在爭議。到目前為止，主要以X線、CT、MRI結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助工具，對股骨頭壞死病灶性質(zhì)與塌陷之間的關(guān)系進(jìn)行分析研究，但仍缺乏公認(rèn)的最佳方法。本文通過對不同檢測壞死病灶的方法進(jìn)行綜述，以發(fā)現(xiàn)目前評價壞死病灶性質(zhì)的最佳方式，給臨床治療股骨頭壞死及判斷預(yù)后提供幫助。

1 X線在股骨頭壞死病灶檢測中的應(yīng)用

X線作為最基本的最早用于股骨頭壞死的檢測手段，能系統(tǒng)全面地檢測髖關(guān)節(jié)的骨質(zhì)結(jié)構(gòu)。早在1974年，Kerboul等[9]就提出用壞死角度法判斷壞死病灶的大小范圍對預(yù)后的影響，他應(yīng)用髖關(guān)節(jié)正側(cè)位片，測量壞死病灶累及股骨頭表面所對應(yīng)的角度，兩者相加 ≥ 200°為壞死范圍大，預(yù)后差，160°～200°為中等；≤160°為范圍小，預(yù)后較好。此法測量使用方便，廣泛應(yīng)用于臨床。

Sugano等[10]提出壞死面積百分比法，通過計(jì)算髖關(guān)節(jié)正側(cè)位上壞死部分面積占整個股骨頭面積的比例，對149髖股骨頭缺血性壞死進(jìn)行塌陷預(yù)測，發(fā)現(xiàn)壞死面積比例大于43%的全部塌陷。

X線片雖然在診斷股骨頭壞死及分期中有者重要的價值，但由于其在早期診斷中的局限性和顯像過程中的多重疊加，不能精確反映壞死病灶的范圍和部位[11]，對于塌陷的預(yù)測準(zhǔn)確性欠佳，故而僅用于壞死病灶的初步估計(jì)，這也就阻礙了其在壞死灶定量分析中的發(fā)展應(yīng)用。

2 MRI在股骨頭壞死病灶檢測中的應(yīng)用

MRI是早期診斷股骨頭壞死的金標(biāo)準(zhǔn)[12]，在T1WI像上，軟骨下的“帶狀”低信號帶包繞壞死區(qū)為其特征性表現(xiàn)，在T2WI則表現(xiàn)為“雙線征”，這一特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于壞死病灶檢測中[13-15]。加之MRI診斷的早期性和準(zhǔn)確性，使得很多學(xué)者利用MRI分析壞死病灶的性質(zhì)，預(yù)測塌陷及判斷預(yù)后。

2.1 壞死指數(shù)法

1995年，Koo與Kim提出壞死指數(shù)法[14]：利用MRI的T1WI圖像，劃出冠狀位和矢狀位正中層面的壞死角，計(jì)算出壞死指數(shù)如下：

這個方法間接地反應(yīng)了壞死體積大小與塌陷之間的聯(lián)系，壞死指數(shù)＞66為高危塌陷者，33～66為中危，＜33者則不會塌陷。此法在臨床應(yīng)用中有很大的價值，但亦存在其局限性。主要由于其僅選用正中層面，但臨床發(fā)現(xiàn)壞死多發(fā)生在外上部[16-18]，因此正中層面并不能代表最大的壞死層面。

2003年，Cherian等[18]對其進(jìn)行改良，強(qiáng)調(diào)MRI冠狀面及失狀面圖像上病灶累及范圍最大的層面進(jìn)行測量，使得壞死指數(shù)法更加準(zhǔn)確的反應(yīng)壞死病灶的大小。然而Kerboul的壞死角度和法，Koo與Kim的壞死指數(shù)法，以及Cherian與Ha的改良方法均缺乏和實(shí)體標(biāo)本的對照，會低估或高估壞死病灶的壞死程度[8]，其原因與壞死病灶的形狀和位置的表現(xiàn)形式多樣性有關(guān)。

2.2 壞死表面積比法

1993年，Lafforgue等[19]提出用壞死負(fù)重區(qū)骨皮質(zhì)百分率：WB=β/γ×100%判斷塌陷的發(fā)生率（β為負(fù)重區(qū)受累骨皮質(zhì)對應(yīng)的髖臼頂弧度，γ為股骨頭全部負(fù)重區(qū)對應(yīng)的髖臼頂弧度），WB小于45%者的預(yù)后較好。

與Lafforgue的方法相似的是，趙風(fēng)朝等[15]提出的壞死表面積比法，他基于股骨頭塌陷與承重面積的關(guān)系，利用球帶模型，在T1WI像測量壞死表面積比=壞死表面積/整個股骨頭表面積×100%，其中每一層壞死表面積為α/360×2πrh，每一層股骨頭表面積為β/360×2πrh，整個股骨頭壞死表面積及股骨頭表面積為各層之和（壞死角度α，整個股骨頭的角度β，h為層厚加間隔，r為半徑）。并發(fā)現(xiàn)壞死表面積比33%為塌陷的臨界值，而雷新瑋等應(yīng)用此方法得出的塌陷臨界值卻為25%。

此方法依據(jù)了壞死負(fù)重區(qū)面積與塌陷的關(guān)系，但在測量過程中由于人為的誤差和技術(shù)限制，造成不同研究者的結(jié)果存在一定的差異。

2.3 利用壞死面積法計(jì)算壞死體積

2001年，Malizos[20]的八分法理論對股骨頭壞死體積計(jì)算，壞死灶定位及塌陷預(yù)測均產(chǎn)生了重大的影響。依據(jù)Malizos提出的理論，以T1WI上的低信號帶外緣包繞區(qū)為壞死范圍，測量每一象限的壞死面積，乘以圖像的層厚，計(jì)算出每一層厚壞死病灶的體積，將各體積相加得出壞死總體積[1,21]。這一測量方法的準(zhǔn)確性高[21]，能很好的反映實(shí)體標(biāo)本體積的大小。

很多學(xué)者用此方法發(fā)現(xiàn)股骨頭壞死體積比的大小及壞死部位是影響塌陷的重要因素。2007年，Bas?sounas等[16]研究發(fā)現(xiàn)壞死體積比＜24%的未發(fā)生塌陷。而張萌萌、鄭超的研究指出預(yù)測股骨頭壞死塌陷的壞死體積比最佳臨界點(diǎn)分別為19.51%、20.15%。Bassounas[16]指出壞死區(qū)域位于股骨頭的前上中和后上中時預(yù)后最差，郝麗等[17]亦發(fā)現(xiàn)前外上和后外上象限壞死體積百分比對塌陷的預(yù)測均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。Ishikwa等[22]用此方法對72髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)截骨治療前后壞死體積進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)承重位置的改變能很好的促進(jìn)壞死骨的自我修復(fù)。

利用每一層面的面積計(jì)算體積的方法，均需要人工劃分壞死范圍，缺乏臨床實(shí)用性，耗費(fèi)精力，且不同測定者得出的數(shù)據(jù)也略有差異。

2.4 MRI圖像的三維重建

Argus是一套利用體積積分原理，處理MRI圖像的軟件，此法最初應(yīng)用于心臟容積的測量，后亦有用于癌癥病灶的定量[23]。董玉茹等用此方法將測量的股骨頭壞死體積和人工法測量結(jié)果進(jìn)行對比，指出其有更高的精確度和時效性。然而Argus軟件在測量壞死灶體積時，仍需要手動矯正壞死區(qū)域的輪廓，并沒有真正做到三維重建，不能直觀的分析壞死病灶的性質(zhì)。

Mimics是Materialise公司開發(fā)的一套高度整合而且易用的3D圖像處理軟件，利用此技術(shù)將MRI T1WI掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，三維重建股骨頭及壞死病灶，立體化顯示股骨頭壞死病灶的形態(tài)、位置和體積，并利用計(jì)算機(jī)測量軟件，計(jì)算壞死區(qū)域和整個股骨頭體積，進(jìn)而預(yù)測壞死病灶的進(jìn)展和塌陷的發(fā)生。竇亞棟等[24]證實(shí)了此法與實(shí)體測定結(jié)果無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，并能三維立體形象準(zhǔn)確地描繪股骨頭壞死病灶形狀。史振才等[13]根據(jù)壞死病灶和正常股骨頭灰度值的不同，對其填充顏色進(jìn)行直觀區(qū)分，得出壞死體積大于30%時易出現(xiàn)塌陷。

3 CT在股骨頭壞死病灶檢測中的應(yīng)用

CT較MRI在早期診斷股骨頭壞死方面存在一定的不足，但CT的時間及密度分辨率較高，與軟組織之間對比性強(qiáng)，且成本較低，這些均推動了CT在股骨頭壞死病灶檢測中的應(yīng)用和發(fā)展。目前，CT在檢測壞死病灶性質(zhì)的應(yīng)用中，大多直接使用三維重建技術(shù)，進(jìn)而直觀的分析病灶的性質(zhì)，然而限于計(jì)算機(jī)輔助軟件的發(fā)展，CT三維重建難以廣泛應(yīng)用，缺乏臨床實(shí)用性。

3.1 VTK技術(shù)三維重建

可視化工具包視覺工具庫（VTK）利用CT獲得的數(shù)據(jù)DICOM文件，在VC++的編譯環(huán)境中實(shí)現(xiàn)對股骨頭及壞死區(qū)域的三維重建，其立體圖能夠清楚顯示股骨頭及壞死灶，有利于骨科醫(yī)生直觀分析壞死區(qū)域性質(zhì)，預(yù)測塌陷的發(fā)生。陳俊杰、儲小建通過研究，證實(shí)了此方法與病理及實(shí)體測量股骨頭及壞死病灶體積結(jié)果之間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，2015年，李婧[25]指出此方法對壞死灶體積的計(jì)算結(jié)果與MR測量股骨頭壞死病灶體積比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2012年，陳俊杰基于VTK三維重建，指出壞死病灶的性質(zhì)均對塌陷有著影響，對不同壞死灶位置和體積進(jìn)行加權(quán)評分，計(jì)算壞死評分，發(fā)現(xiàn)其對塌陷預(yù)測有一定的臨床意義。此方法價格便宜，重建效果好，計(jì)算方法簡單，人為干擾因素較小，可重復(fù)性高，臨床應(yīng)用容易，便于推廣應(yīng)用。

3.2 Mimics技術(shù)三維重建

Mimics除了對MRI數(shù)據(jù)能進(jìn)行三維重建分析外，亦能對CT掃描數(shù)據(jù)DICOM文件進(jìn)行處理，并三維重建股骨頭及壞死病灶，立體化顯示股骨頭壞死病灶的形態(tài)、位置和體積，進(jìn)而預(yù)測壞死病灶的進(jìn)展和塌陷的發(fā)生。黃振國[26]、朱建煒[27]、Hu等[28]證實(shí)了：與MRI和大體標(biāo)本相比，此方法能夠準(zhǔn)確的計(jì)算壞死體積和百分比。韋竑宇等用此方法得出當(dāng)壞死體積＞23%時，股骨頭發(fā)生塌陷的風(fēng)險較高。2013年，王偉等[29]使用此技術(shù)對壞死病灶進(jìn)行定位及體積分析，成功進(jìn)行手術(shù)模擬，尋求最佳手術(shù)方案。2016年，Mishima等[30]成功用此技術(shù)對早期壞死股骨頭保守治療前后的病灶體積進(jìn)行測量研究。

正常股骨頭與壞死灶的病理性質(zhì)不同，決定了兩者將產(chǎn)生不同的CT值，利用Mimics軟件的上色功能，自動識別壞死區(qū)域，給壞死區(qū)域上顏色，后再進(jìn)行三維重建，即可顯示壞死區(qū)域在股骨頭中的形狀。依據(jù)像素梯度值變化最大處，對圖像進(jìn)行分割，正常股骨頭利用形變曲面分割，壞死區(qū)域使用區(qū)域生長法和圖切法，即可完成股骨頭及壞死病灶的獨(dú)立提取。壞死病灶的位置對于病程的進(jìn)展有著重要影響，JIC[31]和中日醫(yī)院[4]指出位于負(fù)重區(qū)域的股骨頭壞死更容易發(fā)生塌陷

綜上所述，股內(nèi)動靜脈造影法、核素示蹤法、SPECT、PET等方法亦用于對于股骨頭壞死的研究，但均在壞死病灶性質(zhì)的檢測中的存在局限性。隨著檢測技術(shù)的不斷進(jìn)步和完善，學(xué)者對于股骨頭壞死進(jìn)展的認(rèn)識也不斷深入。股骨頭壞死病灶的體積、位置、結(jié)構(gòu)、形狀及影像學(xué)分期等性質(zhì)均是塌陷的危險因素[5,16]，而這些因素之間又存在內(nèi)部的聯(lián)系。Malizos[20]的八分法理論為壞死灶位置和塌陷的關(guān)系奠定了基礎(chǔ)[32]。目前壞死部位的定位方法主要有八分法[20]、經(jīng)緯度法[33]、坐標(biāo)法[29]。壞死位置與血液供應(yīng)有著密切聯(lián)系，因此會影響壞死區(qū)域的體積大小。壞死體積由壞死深度和寬度決定，寬度和深度又反映了壞死形狀，壞死形狀也與塌陷之間的聯(lián)系[34]。對這些影響因素加權(quán)評分，定量化的進(jìn)行研究，可簡單化的反應(yīng)壞死病灶性質(zhì)和塌陷的關(guān)系。薄層CT三維重建及壞死灶染色分割獨(dú)立分析技術(shù)能更直觀分析壞死病灶性質(zhì)，目前的研究數(shù)據(jù)之間仍有差異，尚需要得到更多的研究分析，以應(yīng)用于臨床實(shí)踐指導(dǎo)治療。

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Areview on evaluation methods of the lesions of osteonecrosis of femoral head*

WEN Pengfei1,2,CHEN Yourong1,2,GUO Wanshou1,2**,ZHANG Qidong2,YUE Ju'an3
(1.Peking University China-Japan Friendship School of Clinical Medicine,Beijing 100029;2.Department of Bone and Joint Surgery,China-Japan Friendship Hospital,Beijing 100029;3.Beijing University of Chinese Medicine,Beijing 100029,China)

Osteonecrosis of femoral head(ONFA)is a common disease of the hip joint.The characteristics of necrotic lesion,including size,location,structure and shape,have significant influences in the choice of treatment methods and prognosis judgement.The values of X-ray,CT,and MRI in evaluation of necrotic lesions,collapse prediction and prognosis were compared in this article.And the technical progress on evaluating lesions of ONFAwas reviewed.

Osteonecrosis of Femoral Head;Evaluation Method;Necrosis Lesions;Three-dimensional Reconstruction

2095-9958（2017）08-0 351-04

10.3969/j.issn.2095-9958.2017.04-17

國家自然科學(xué)發(fā)展基金面上項(xiàng)目（編號：81673776）；首都衛(wèi)生發(fā)展科研專項(xiàng)（編號：2016-2-4062）**

郭萬首，E-mail：guowanshou@263.net