髋关节发育不良患者:体位变化下的髋臼覆盖差异

学术   2024-11-24 17:01   北京  

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髋关节发育不良是一种常见病,可能导致患者罹患骨关节炎。其特征为髋臼覆盖股骨头的程度减少、髋臼浅、关节不稳定。这些畸形会导致关节软骨上的应力分布异常,关节接触压力升高,并在髋臼前上缘产生剪切应力,进而引发髋关节的早期退变。为了延缓或预防骨关节炎的发展,重新定向的截骨术被应用于治疗这些畸形。但手术结果可能受到多种因素的影响,包括矫正不足,进而导致患者预后不佳。先前的研究揭示,髋臼前倾角、缺损类型和髋臼发育不良的程度在个体之间存在显著差异。因此,三维(3D)评估髋臼畸形有助于根据髋臼缺损的数量和位置差异,个性化制定矫正方案。
以往的研究利用CT对髋关节形态进行三维评估,并参考标准骨盆位置,如前骨盆平面(APP)坐标系,以减少测量误差。然而,鉴于个体和姿势间的生理骨盆倾斜差异及其对髋臼方向的影响,骨盆在形态学分析中的参考位置仍然存在争议。此外,放射学评估时,建议在计划髋臼周围截骨术时采用中立的骨盆位置,以避免对髋臼畸形的误判。
尽管标准化骨盆位置对于解剖学和流行病学研究可能具有优势,但最近的研究表明,仰卧位X光片可能无法显示髋臼与股骨在功能状态下的相对位置,而负重X光片可能更适合评估髋关节畸形。在发育不良的髋关节中,异常的机械环境(如剪切应力和髋臼前上缘的过载问题)主要出现在患者处于负重状态下,而非仰卧位。因此,我们假设,评估骨盆倾斜和髋臼方向的姿势变化可能提供有价值的功能性信息,帮助外科医生诊断髋关节疾病,并通过改善髋臼的重新定向及髋关节的生物力学环境,规划髋关节保留手术。目前,关于骨盆倾斜姿势变化及其对髋臼方向和股骨头三维覆盖的影响,特别是在拟接受髋关节保留手术的髋关节发育不良患者中,尚缺乏详细了解。
本研究的目的包括:(1)评估仰卧位和站立位之间矢状面骨盆倾斜的姿势变化;(2)评估仰卧位和站立位之间髋臼方向和股骨头覆盖的姿势变化;(3)探讨与矢状面骨盆倾斜相关的患者人口学及形态学因素。
方法

2009年至2016年间,共有102名患者接受了骨盆截骨术以治疗髋关节发育不良。所有患者在术前检查时均拍摄了仰卧位和站立位的骨盆正位X光片以及骨盆CT影像。最终纳入95名患有髋关节发育不良(外侧中心缘角< 20°)、年龄小于60岁的患者。

  • CT评估

骨盆CT在患者仰卧位时进行,图像从髋臼上缘到股骨远端以1.0毫米的间隔采集。X轴和Y轴分别对应CT轴位图像上的横轴和矢状轴,Z轴对应扫描仪的纵向轴。首先,参考前骨盆平面(APP)坐标系对骨盆位置进行标准化,该坐标系由双侧髂前上棘和耻骨结节之间的中点定义。在将APP坐标系与CT扫描仪坐标系匹配后,我们通过匹配骨盆环的垂直-水平比率,在仰卧位和站立位的冠状数字重建X光片上重新创建骨盆的矢状倾斜角(图2)。图2:(A)展示了我们使用X光片和CT图像匹配骨盆矢状倾斜的方法。在骨盆正位X光片上,计算双侧骶髂关节和耻骨联合之间骨盆环的垂直直径(V),并将其除以骨盆环的最大水平直径(H)。(B)在CT图像生成的数字重建X光片上,通过旋转骨盆的矢状面,使骨盆环的比率(V/H)与骨盆正位X光片上的比率一致。

仰卧位和站立位的骨盆矢状倾斜角通过在矢状面数字重建X光片上测量前骨盆平面(APP)与Z轴之间形成的角度(APP角度)进行量化(图3)。APP角为正值表示骨盆前倾,负值表示骨盆后倾。仰卧位和站立位之间的骨盆倾斜姿势变化通过用站立位APP角减去仰卧位APP角进行计算,负值表示从仰卧位到站立位的骨盆倾斜呈后倾变化。

图3展示了我们测量骨盆矢状倾斜和脊柱-骨盆参数的方法。仰卧位和站立位的骨盆矢状倾斜角通过APP(前骨盆平面)与Z轴之间形成的角度(APP角度)进行量化。脊柱-骨盆倾斜角是由骶骨板中点与股骨头中心中点(骨盆轴)和Z轴之间形成的角度。骶骨倾斜角是由骶骨上端板切线与Y轴之间形成的角度。骨盆入射角则是由第一骶椎上端板中点的垂线与骨盆轴之间形成的角度进行量化。

外侧中心缘角、Tonnis角和髋臼壁指数是在冠状数字重建X光片上进行测量的。髋臼前倾角和倾斜角分别在通过股骨头中心的横截面和冠状截面上进行量化(图4)。

图4:(A)髋臼前倾角是通过在横截面上,连接髋臼前缘和后缘的直线与Y轴之间形成的角度进行量化,该横截面通过股骨头中心。(B)髋臼倾斜角是在冠状截面上,通过连接髋臼上缘和下缘的直线与X轴之间形成的角度进行量化,该冠状截面也通过股骨头中心。AcAV = 髋臼前倾角;AI = 髋臼倾斜角。

髋臼颅侧前倾角是在距髋臼顶5毫米的横截面上进行量化的,我们将该角度为负值的髋关节定义为髋臼后倾。髋臼扇形角用于评估股骨头在五个方向上的放射性髋臼覆盖情况:前方、前上方、上方、后上方和后方(图5)。前方和后方髋臼扇形角用于将髋关节分为四种缺损类型:前方缺损(前髋臼扇形角< 50°,后髋臼扇形角 ≥ 90°)、整体缺损(前髋臼扇形角< 50°,后髋臼扇形角< 90°)、轻微缺损(前髋臼扇形角 ≥ 50°,后髋臼扇形角 ≥ 90°)和后方缺损(前髋臼扇形角 ≥ 50°,后髋臼扇形角< 90°)。

图5展示了我们测量髋臼扇形角在五个放射方向上的方法。髋臼扇形角定义为连接髋臼边缘和股骨头中心的直线与通过股骨头中心的X轴之间形成的角度。在通过股骨头中心的轴面上,测量前方和后方髋臼扇形角。此外,髋臼扇形角还在前上方方向和上方方向的45°位置,以及后上方方向的45°位置进行测量。ASA = 髋臼扇形角。

结论


髋关节发育不良患者从仰卧位到站立位时,骨盆向后倾斜,导致髋臼前倾角增加,站立位下髋臼前上方覆盖减少因此,仅使用仰卧位的骨盆正位X光片可能忽视在负重位下髋臼前倾角和覆盖的变化。

我们建议在诊断髋关节发育不良及规划髋关节保留手术时,评估骨盆矢状面倾斜的体位变化。进一步的研究需要探讨骨盆矢状面倾斜的体位变化如何影响髋关节的生物力学环境及髋臼矫正截骨术的临床效果。

讨论

研究结果显示,髋关节发育不良患者从仰卧位到站立位时,骨盆向后倾斜。个体之间的骨盆矢状面倾斜体位变化存在差异,这种倾斜变化能够影响髋臼前倾角和股骨头的覆盖情况。在18%的患者中,骨盆倾斜的变化超过了10°,这些患者在负重位时髋臼前倾角显著增加,而髋臼前上方对股骨头的覆盖减少。

在此类情况下,髋臼碎片的前方旋转可能有助于在矫正截骨术中纠正髋臼前上方缺损。本研究建议在诊断髋关节发育不良及规划髋关节保留手术时,评估骨盆矢状面体位变化。进一步的研究需要探讨髋臼前倾角和覆盖的体位变化如何影响髋关节的生物力学环境及髋臼矫正截骨术的临床效果。


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