股骨转子间骨折前内侧角骨皮质形态的影像学研究

Abstract

Objective

To study the anteromedial cortical morphology of intertrochanteric fracture with CT three-dimensional reconstruction technique, and to provide a reference for further study of cortical buttress reduction theory.

Methods

CT data of 75 patients with unstable intertrochanteric fracture with complete imaging data treated between January 2016 and January 2019 were retrospectively analyzed, including 32 males and 43 females, aged 65-98 years (mean, 79.8 years). According to AO/Orthopaedic Trauma Association typing of 2018 edition, there were 46 cases of 31-A2.2 type and 29 cases of 31-A2.3 type. The image processing techniques such as segmentation modeling and virtual reset were performed. The thickness of the cortex at the anteromedial corner, the angle between the anterior wall fracture line and the coronal horizontal line, the angle between the medial wall fracture line and the sagittal horizontal line, the width of the cortex supported by the medial wall were measured, and the morphology of the cortical bone at the anteromedial corner were observed.

Results

The angle between the anterior wall fracture line and the coronal horizontal line was 51.8-72.6°, with an average of 62.4°; the angle between the medial wall fracture line and the sagittal horizontal line ranged from 17.6° to –47.3°, with an average of −15.8°; the thickness of the cortex at the anteromedial angle was 3.6-6.1 mm, with an average of 4.4 mm; and the width of the cortex supported by the medial wall was 14.3-21.2 mm, with an average of 16.8 mm. The morphology of the cortical bone at the anteromedial corner had 3 forms: angle with femoral neck axis >90°, 57 cases (76.0%); perpendicular to femoral neck axis, 7 cases (9.3%); angle with femoral neck axis <90° (including reverse angle), 11 cases (14.7%).

Conclusion

CT three-dimensional reconstruction can clearly show the cortical morphology and the direction of the fracture line of intertrochanteric fracture, which can indicate the stability of the intertrochanteric fracture after reduction, and has a good guiding on the form of cortical buttress reduction.

内固定治疗不稳定型股骨转子间骨折已成为公认的首选方法，但仍有 3%～13% 的失败率。张世民等^[1-2]通过研究指出，在不稳定型股骨转子间骨折中，获得前内侧面皮质的良好支撑是重建骨折稳定性的关键因素，可以减少内固定术后的失败率。近年来，内侧皮质支撑复位（正性、中性、负性支撑）的理念逐渐在临床和实验研究中得到证实，骨折断端的前内侧面皮质支撑已成为检验术中复位质量的评价标准之一^[3-7]。而在骨折断端的皮质中，以前内侧角处骨皮质最厚，是获得支撑复位的关键部位。前内侧角处骨皮质的形态特征是否能影响骨折的复位质量和稳定性，尚未见相关研究报道。现回顾分析 2016 年 1 月—2019 年 1 月收治的不稳定型股骨转子间骨折患者的 CT 影像资料，对其前内侧角处骨皮质进行影像解剖研究和形态学描述，以期加深临床医生对股骨转子间骨折皮质形态特征的认识，以及对皮质支撑复位理论的理解和认识，可针对不同骨折形态选择合适的复位标准。报告如下。

1. 临床资料

1.1. 患者选择标准

纳入标准：① 年龄≥65 岁；② 骨折均为顺向不稳定型股骨转子间骨折，国际内固定研究协会/美国骨创伤协会（AO/OTA）分型 31-A2 型；③ 骨折前能独立行走；④ 智力基本正常，有较好的顺应性；⑤ 手术前后影像资料完整，有 CT 三维重建图像。排除标准：① 病理性骨折；② 长期卧床；③ 独居老人。2016 年 1 月—2019 年 1 月共 75 例患者符合选择标准纳入研究。

1.2. 一般资料

本组男 32 例，女 43 例；年龄 65～98 岁，平均 79.8 岁。左侧 45 例，右侧 30 例。均为生活中摔倒的低能量损伤所致。受伤至手术时间为 2～6 d，平均 2.9 d。根据 2018 版 AO/OTA 分型^[8]：31-A2.2 型 46 型，31-A2.3 型 29 例。小转子区域有游离骨块。

1.3. CT 数据获取及模拟建模

所有患者术前经 64 排螺旋 CT（通用公司，美国）扫描，扫描参数：120 kV，350 mA，层厚<1.5 mm；并以 Dicom 格式文件保存系统图像。将 CT 扫描数据文件导入 Mimics17.0 软件（Materialise 公司，比利时），选取骨皮质阈值，对骨块进行骨折线的分割建模，使每个骨块都具有独立的形态特征。模拟骨折复位，从而获得完整的骨折形态图像。

1.4. 骨折前内侧角骨皮质特征测量

对每个模拟复位后的图像，先勾勒出前壁、内侧壁的骨折线形态，确定前内侧角骨皮质的测量点，即前壁骨折线与内侧壁骨折线在前内侧交汇所形成的交点。测量以下数据：前内侧角处骨皮质的厚度，前壁骨折线与冠状位水平线成角，内侧壁骨折线与矢状位水平线成角，内侧壁可获得支撑皮质宽度，并观察前内侧角处骨折近端的骨皮质断面形态。见图 1。

图 1.

Sketch map of measurement points in anteromedial corner in intertrochanteric femur and data measurement

股骨转子间前内侧角皮质测量点定位示意图及测量指标

a：内侧壁骨折线走行　b：前壁骨折线走行　c：前内侧角处骨皮质的厚度　∠d：前壁骨折线与冠状位水平线成角　∠e：内侧壁骨折线与矢状位水平线成角　f：内侧壁可获得支撑皮质宽度

a: Medial cortex fracture line b: Anterior cortex fracture line c: The thickness of anteromedial cortex ∠d: The angle of anterior fracture line and horizontal line ∠e: The angle of medial fracture line and horizontal line f: The width of medial supportable cortex

2. 结果

本组患者前壁骨折线与冠状位水平线成角为 51.8～72.6°，平均 62.4°；内侧壁骨折线与矢状位水平线成角为 17.6～−47.3°，平均−15.8°；前内侧角处骨皮质厚度为 3.6～6.1 mm，平均 4.4 mm；内侧壁可获得支撑皮质宽度为 14.3～21.2 mm，平均 16.8 mm。前内侧角处骨折近端头颈骨块的骨皮质断面有 3 种形态：① 与股骨颈轴线成角>90°，57 例（76.0%）；② 与股骨颈轴线相垂直，7 例（9.3%）；③ 与股骨颈轴线成角<90°（包括反向成角），11 例（14.7%）。见图 2。

图 2.

The morphology of the cortical bone at the anteromedial corner of intertrochanteric fracture

前内侧角处骨折近端头颈骨块的骨皮质断面形态

a. 与股骨颈轴线相垂直；b. 与股骨颈轴线反向成角

a. Perpendicular to femoral neck axis; b. Reverse oblique line to femoral neck axis

3. 讨论

随着人口老龄化，不稳定型股骨转子间骨折成为骨科医生面临的严重挑战之一，内固定失败会严重影响老年患者的生活质量。近年来一些新型内固定器械不断改良，逐渐加深了临床医生对不稳定型股骨转子间骨折的认识，对提高临床疗效起到巨大推动作用。良好复位是防止髋内翻和内固定失效的必要条件，其中皮质支撑复位理论是近年来研究的热点。而在骨折断端的皮质中，以前内侧角处的骨皮质为最厚，是获得有效皮质支撑的关键部位，也是术中复位透视过程中的影像参考点。本文通过 CT 三维重建，研究股骨转子间骨折前内侧角骨皮质形态，以加深临床医生对皮质支撑复位理论的进一步理解和认识。

3.1. 前内侧角的概念及作用

在 AO/OTA 31-A2.2 和 31-A2.3 型股骨转子间骨折中，由于后侧大转子骨块及后内侧小转子骨块都会发生不同程度的移位，失去了对头颈骨块的支持作用，继而失去了其对骨折端的稳定作用。而前侧和内侧前半部分的骨皮质相对较为完整，能起到继续支撑头颈骨块的作用，维持着骨折复位后的相对稳定性。因此在维持股骨转子间骨折的稳定性中，前壁及内侧壁的前半部分骨皮质发挥了主要作用；同时该区域也是应力集中区，是骨皮质厚度最大、最为坚硬的部位。而对于股骨转子间前内侧角的范围和定义，目前尚无相关文献对其进行准确描述。我们将前内侧角暂定义为：前壁骨折线与内侧壁骨折线的延长线（或平行线）在前内侧的交点，由该交点分别向前壁和内侧壁作水平切线所包含的区域。该区域全部为坚硬的皮质骨，几乎没有粉碎的骨折块，是转子间区域中骨皮质最厚的部位，本研究中前内侧角处骨皮质厚度为 3.6～6.1 mm，平均 4.4 mm，更是承受头颈骨块以及在拉力螺钉作用下滑动坐实的关键支撑部位。因此前内侧角的骨皮质对术后复位能否有效维持具有重要作用。

3.2. 皮质支撑复位理论

据文献报道，对股骨转子间骨折复位质量的评价有多种方法^[9-10]。目前 Baumgaertner 等^[10]提出的改良对线和对位指标应用较多：采用 Garden 指数，正位颈干角达到正常或略外展，侧位成角<20°，任意骨块间移位<4 mm 为界，将复位质量分为好、可接受、差 3 个等级。但该方法只考虑了骨块之间移位的距离，而未考虑到头颈骨块移位的方向，如头颈骨块的皮质向髓腔内移位，则使头颈骨块失去远端皮质的有效支撑，在拉力作用下容易出现过度滑动；而皮质向髓腔外移动，容易获得有效的皮质支撑，在拉力作用下提高其稳定性。前内侧皮质支撑复位又称为皮质与皮质对位^[7]，正位片上可观察到内侧皮质的对位关系，侧位片上可观察到前侧皮质的对位关系，是手术中重要的影像参考标准，尤其是内侧皮质的前侧缘和前侧皮质的内侧缘。在正位影像上将头颈骨块内侧皮质与股骨干内侧皮质对位分为 3 种：① 正性支撑，头颈骨块的内侧皮质位于股骨干内侧皮质的内上方（髓腔外，即“上包下”）；② 负性支撑，头颈骨块的内侧皮质位于股骨干内侧皮质的外上方（髓腔内，即内侧皮质无支撑）；③ 中性支撑，二者的内侧皮质在透视上获得平滑的完全对位。同样侧位 X 线片上将头颈骨块前侧皮质与股骨干前侧皮质对位也分为 3 种：① 正性支撑：头颈骨块的前侧皮质位于骨干前侧皮质的前方（髓腔外）；② 负性支撑：头颈骨块的前侧皮质位于骨干前侧皮质的后方（髓腔内，即前侧皮质无支撑）；③ 中性支撑，即二者的前侧皮质获得平滑的完全对位。该方法能够将皮质对位情况进行细分，是对股骨转子间骨折复位质量判断的进一步补充^[1-2]。由于术中透视分辨率较低，<1/2 骨皮质（约 2 mm）的移位难以分辨，或者术中透视时射线发生器投射角度位置的影响，都可能会造成对术中透视影像结果的误判，影响手术复位效果。CT 三维重建影像对骨折断端骨皮质的质量以及复位固定后的皮质对位支撑能更加清楚直观地显示，因此对股骨转子间骨折患者，我们建议术前及术后行 CT 扫描，对于评估骨折复位质量有重要指导和帮助，且有助于判断患者能否进行早期负重活动。

3.3. 骨折稳定性的维持机制

顺向不稳定型股骨转子间骨折，AO/OTA 分型包括 31-A2.2 和 31-A2.3 型，是最常见的股骨转子间骨折类型。其显著特征是存在后内侧分离移位的小转子骨块，主要骨折线由外上至内下，顺转子间线方向走行，常伴有后方的大转子骨块。大转子形成的后壁和后内侧小转子骨块分离移位，在手术中固定困难，使其失去了维持骨折稳定性的后方作用。此时转子区域仅剩下前壁和残余的部分内侧壁能够起到支撑头颈骨块的作用，暂时维持着骨折复位后的稳定性^[11-12]。李双等^[13]通过生物力学试验研究发现，内侧皮质支撑对股骨转子间骨折术后稳定性起主要作用，前侧皮质支撑起次要作用。李建涛等^[4，14]通过结合数字骨科技术，提出了针对股骨转子间骨折治疗的内侧支撑和二次稳定的概念，内侧支撑结构越完善，骨折端相对位置的变化则越轻微；二次稳定越早形成，内固定载荷负担越小，则失败率越低。张世民等通过研究发现^{[7, 15]}，内侧皮质的支撑砥住需要前侧皮质的平滑对位为其提供基础，侧位上前侧皮质负性对位，不论正位的内侧皮质如何，均预示着最终的皮质支撑有极高丢失率。

在临床中我们发现，前内侧面骨折断端的形态与术后骨折复位质量之间存在一定联系，若为横形骨折线，骨皮质之间容易相互砥着，利于维持骨折端的稳定；而斜形骨折线则容易发生滑动，导致骨折继发移位。因此前内侧面骨皮质的形态可能会决定股骨转子间骨折端之间的稳定性，决定固定操作过程中或固定后是否容易发生二次移位，横形骨折相对斜形骨折具有更好的接触稳定性。本研究结果显示，内侧壁可获得支撑的皮质宽度为 14.3～21.2 mm，平均 16.8 mm；内侧壁骨折线与矢状位水平线成角为 17.6～−47.3°，平均−15.8°。当内侧壁骨折线向后方成角较大时，由于后内侧缺少支撑，因此在闭合复位后可能会使头颈骨块出现向后方滑动移位，导致侧位片上前侧皮质出现负性支撑的影像。因此内侧壁可获得支撑皮质的宽度与角度或许是影响骨折复位后稳定性的重要因素之一。此外，本组中术前 CT 显示前内侧角处骨折近端头颈骨块的骨皮质断面有 3 种形态：① 与股骨颈轴线成角>90°，57 例（76.0%）；② 与股骨颈轴线相垂直，7 例（9.3%）；③ 与股骨颈轴线成角<90°（包括反向成角），11 例（14.7%）。我们认为移位的原因与前内侧角骨皮质的形态可能存在相关性。术后头颈骨块在拉力头钉加压滑动的作用下，其前内侧角骨皮质向外后方滑动导致骨皮质向髓腔内移位，出现负性支撑；而在正性支撑复位的患者中，骨折远端的骨皮质可以阻挡头颈骨块向髓腔内移位，在滑动加压的过程中更加稳定。与股骨颈轴线成角较大的，骨折端之间存在垂直剪切应力，在操作过程中容易形成阳性支撑；而成角较小者（或反向成角），在拉力螺钉的作用下容易向髓腔内滑动而形成负性支撑，手术中需要引起注意。

综上述，对于股骨转子间骨折前内侧角骨皮质形态的研究，有利于分析骨折发生移位的机制，以指导医生选择合适的复位方式（如正性支撑或中性支撑）和内固定器械，增加后期骨折端之间的稳定性，降低内固定失败率。但本研究仅对前内侧角骨皮质的形态进行研究，骨皮质形态与骨折复位质量之间是否具有相关性，还需要进一步研究明确。

作者贡献：王欣负责研究设计、实施及文章撰写；张英琪负责图片资料整理、作图；张世民负责研究设计及构思，文章审核及修改；杜守超负责数据收集整理及统计分析；陈凯、王志远负责图片资料的测量。

利益冲突：所有作者声明，在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突。

机构伦理问题：研究方案经同济大学附属同济医院医学伦理委员会批准。

Funding Statement

国家自然科学基金资助项目（81772323）

National Natural Science Foundation of China (81772323)