爱华网中国组织工程研究 第21卷 第7期 2017–03–08出版
Chinese Journal of Tissue Engineering Research March 8, 2017 Vol.21, No.7
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髋关节置换前CT和X射线检查预测坏死股骨头的塌陷： 单中心、开放性、诊断性试验
秦 迪，商永伟，李会杰，韩永台(河北医科大学第三医院骨病科，河北省石家庄市 050051) ·研究原著·
引用本文：秦迪，商永伟，李会杰，韩永台. 髋关节置换前CT和X射线检查预测坏死股骨头的塌陷：单中心、开放性、诊断性试验
[J].中国组织工程研究，2017，21(7):1080-1085.
DOI:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.07.018 ORCID: 0000-0002-1770-4173(韩永台)
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文题释义：
特发性股骨头坏死病因：又称为缺血性股骨头坏死，是一种常见病，股骨头坏死的病因多种多样，但其共同的病理机制是骨组织缺血，所以关于发病机制、血供受阻理论最易被人接受。这种理论认为，由于各种骨内、外致病因素引起骨组织营养血流减少、骨内血管网受压或流出静脉阻塞，造成局部血供障碍，严重者可引起骨组织缺血性坏死。
特发性股骨头坏死病理改变：病初可仅表现为单一主要血管受损，随着病情的发展，如残余循环血量不足以维持受损部位骨细胞正常供血需要时，骨髓组织将首先受损，随后出现骨细胞坏死。
摘要
背景：确定股骨头是否发生塌陷及股骨头关节面软骨的塌陷程度，可帮助骨科医生对股骨头坏死患者选择合理的外科治疗方案。目前中国学者常根据关节面软骨塌陷小于或大于2 mm，作为选择姑息性手术和髋关节置换治疗的依据之一。但目前关于置换前股骨头塌陷的预测研究尚无统一结论。
目的：试验假设髋关节置换前采用CT和X射线检查，能对坏死股骨头塌陷情况进行有效预测，其测量结果与术中截除的股骨头标本相比高度匹配。
方法：研究为单中心、开放性、诊断性试验，在中国河北省，河北医科大学第三医院完成。选择置换前证实为单侧股骨头坏死并行全髋关节置换患者共86例，实验分3组，采用3种方法均测量股骨头高度变化，X射线组置换前1周采用骨盆正位(髋部健侧及患侧)X射线检查方法测量，CT组置换前1周采用双髋关节(健侧及患侧)CT扫描方法测量，标本组术中截除患侧股骨头标本采用直尺及游标卡尺等测量工具直接测量。试验的主要观察指标为3种方法检测股骨头塌陷的敏感度，次要观察指标为3种方法检测股骨头塌陷的特异度、阳性预测值、阴性预测值、阳性似然比、阴性似然比及诊断正确率；X射线及CT检测对股骨头塌陷的诊断一致性分析结果；3种方法检测的股骨头中间、内侧及外侧的高度变化；3种方法观察股骨头形态的变化。试验经中国河北省河北医科大学第三医院伦理委员会批准。研究符合世界医学会制定的《赫尔辛基宣言》的要求。参与者本人对治疗方案和过程均知情同意，并签署知情同意书。
讨论：试验以髋关节置换中截除的股骨头标本为基础，结合X射线及CT对股骨头高度数据进行全方位、多角度的测量分析，以期对坏死股骨头塌陷做出准确的预测，并为进一步指导临床医生选择股骨头坏死手术方案提供影像学量化参考依据。 关键词：
骨科植入物；人工关节；髋关节置换；CT；X射线；股骨头坏死；股骨头塌陷；预测；临床试验 主题词：
组织工程；髋关节；股骨头坏死 基金资助：
河北省医学科学研究重点课题计划项目(20150267)
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P.O. Box 10002, Shenyang 秦迪，男，1982年生，硕士，2009年河北医科大学毕业，湖北省人，汉族，主治医师。
通讯作者：韩永台，硕士，主任医师，教授，硕士生导师，河北医科大学第三医院骨病科，河北省石家庄市 050051
中图分类号:R318 文献标识码:B 文章编号:2095-4344 (2017)07-01080-06 稿件接受： 2017-01-22
Qin Di, Master, Attending physician, Department of Orthopedics, the Third Hospital of Hebei Medical University, Shijiazhuang 050051, Hebei Province, China
Corresponding author: Han Yong-tai, Master, Chief physician, Professor, Master’s supervisor, Department of Orthopedics, the Third Hospital of Hebei Medical University,
Shijiazhuang 050051, Hebei Province, China
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秦迪，等. 髋关节置换前CT和X射线检查预测坏死股骨头的塌陷：单中心、开放性、诊断性试验 www.
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Collapsed femoral head measured by X-ray and CT before hip replacement: study protocol for a single-center, open-label and diagnostic trial
Qin Di, Shang Yong-wei, Li Hui-jie, Han Yong-tai (Department of Orthopedics, the Third Hospital of Hebei Medical University, Shijiazhuang 050051, Hebei Province, China)
Abstract
BACKGROUND: To determine the non- or collapsed osteonecrosis of the femoral head (ONFH) and degree of collapse, can help surgeons design reasonable treatment strategy for patients with ONFH. In China, articular cartilage collapse less than or greater than 2 mm, is a basis for choosing palliative surgery or hip replacement. However, the measurement of collapsed ONFH before replacement has not yet been confirmed.
OBJECTIVE: To predict the collapse of femoral head before replacement by CT and X-ray examinations, and to compare with the intraoperative excised femoral head specimens.
METHODS: This was a single-center, open-label and diagnostic trial, which was finished at the Third Hospital of Hebei Medical University, Shijiazhuang, Hebei Province, China. Eighty-six patients with unilateral ONFH undergoing total hip replacement were recruited, and allocated into three groups, such as X-ray, CT and specimen groups. The X-ray group underwent X-ray examination at anteroposterior pelvic (bilateral hips) at 1 week before surgery, the CT group received CT scan at bilateral hips at 1 week before surgery, and the specimen group was subjected to the removal of affected femoral head, and then directly measured using ruler and vernier caliper. Primary outcome was the sensitivity of these three methods for measuring collapsed femoral head. Secondary outcomes were the specificity, positive predictive value, negative predictive value, positive likelihood ratio, and negative likelihood ratio of these three methods for the diagnosis of collapsed femoral head and the diagnostic accuracy; the diagnostic consistence of CT and X-ray examinations; the height of the lateral, middle and external femoral head measured by three methods. The study was approved by the Ethics Committee of the Third Hospital of Hebei Medical University, China, and will be performed in accordance with the guidelines of the Declaration of Helsinki, formulated by the World Medical Association. Written informed consent will be obtained from all participants prior to the trial.
DISCUSSION: In this study, the height of femoral head was measured and analyzed in all-dimensional and multi-angle manner based on intraoperative removed specimens, so as to make an accurate prediction for collapsed femoral head, thus providing imaging reference for surgeons prior to choosing an appropriate operative scheme. Subject headings: Tissue Engineering; Hip Joint; Femur Head Necrosis
Funding: a grant for the Medical Science Research Project of Hebei Province in China, No. 20150267
Cite this article: Qin D, Shang YW, Li HJ, Han YT. Collapsed femoral head measured by X-ray and CT before hip replacement: study protocol for a single-center, open-label and diagnostic trial. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2017;21(7):1080-1085.
0 引言 Introduction
研究背景：股骨头坏死为临床常见、多发病，其主要临床表现为髋关节疼痛和功能障碍[1-4]。各种原因导致的股骨头坏死的病因及发病机制是骨科领域中目前尚未完全解决的问题之一，若想取得满意的治疗效果术式选择至关重要，根据分期严格掌握置换适应证并采取适当的治疗措施对预后的影响极大，特别是姑息性手术与髋关节置换之间差异巨大[5]。
确定股骨头是否发生塌陷及股骨头关节面软骨的塌陷程度是帮助骨科医生选择最佳外科治疗方案重要因素[6-9]。中国学者通常认为如果关节面软骨塌陷小于2 mm，则可以选择自体骨移植、异体骨移植以及其他姑息性手术方法，如果关节面软骨塌陷大于2 mm，应该选择人工髋关节置换治疗[10]，但此标准在国内外尚未得到广泛认可。
国内外学者预测股骨头塌陷的方法的研究较多，但哪一种更简便、准确争论也较大[11-13]。作者综合国内外文献可将目前关于塌陷预测的方法分为2大类：一种认为是关于坏死范围的，这种观点认为坏死范围越广、病灶越大，不积极干预，塌陷得就越快，预后较差；一种认为与坏死部位关系密切，外上象限的坏死更容易导致塌陷，即使采取措施积极干预，仍有极大塌陷的风险，最终难以避免行关
ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH
节置换。但目前关于置换前股骨头塌陷的预测研究尚无统一结论。
试验的目的：试验旨在证实髋关节置换前CT和X射线检查可对坏死股骨头塌陷进行预测，并有效指导手术方案的制定。
1 试验设计与方法 Study design and methods
1.1 试验设计 单中心、开放性、诊断性试验。 1.2 试验完成地点 试验在在中国河北省，河北医科大学第三医院完成。
1.3 试验设计执行流程 试验纳入2010年7月至2012年1月置换前证实为单侧股骨头坏死并行全髋关节置换患者共86例。
实验按检测方法不同分为3组：标本组(患侧)，X射线组(健侧及患侧)及CT组(健侧及患侧)，X射线组及CT组为置换前1周X射线及CT扫描对患侧与健侧(健侧设为X射线组及CT组的自身对照组)股骨头高度数据进行测量，标本组以髋关节置换术中截除的股骨头标本为基础测量股骨头高度。
试验旨在明确置换前X射线及CT检查与术中截取大体标本的股骨头高度测量结果匹配程度，并有效指导手术方案的制定。
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秦迪，等. 髋关节置换前CT和X射线检查预测坏死股骨头的塌陷：单中心、开放性、诊断性试验 www.
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试验流程图见图1。 1.4 入选标准 符合如下标准者可被纳入研究：
(1)置换前证实为单侧股骨头缺血性坏死[14](FICAT Ⅲ期，Ⅳ期；FICAT分期，见表1)；
(2)行单侧全髋关节置换者； (3)年龄32-68岁； (4)性别不限；
(5)患者及家属知情同意。
1.5 排除标准 符合如下标准者可被排除研究：
(1)感染的患者； (2)有结核病的患者； (3)患有肿瘤的患者； (4)严重骨质疏松病者。
1.6 基线分析 置换前采用问卷调查的形式收集人口学资料和一般病史资料，进行体格检查确定髋关节Harris评分，置换前对患者进行影像学检查确定FICAT分期，见表2。
表 2 基线分析表
Table 2 Baseline analysis
人口学及临床资料 一般病史 ?
年龄
? 现病史 ?
性别 ? 既往史 ? 病程
? 遗传史 ?
目测类比评分 ? 髋关节Harris评分
? FICAT 分期
1.7 样本量 结合课题组以往经验，试验假设X射线或CT检测股骨头塌陷的敏感度及特异度均为90%，设显著性水准双侧α=0.0，б=0.05，μ0.05=1.96，按公式[μ2α×p×(1-p)]/б2，p为敏感度或特异度)计算后应纳入139例。按20%脱落率计算，应纳入167例，最终经入选标准和排除标准筛选后，实际共纳入86例患者参加试验。
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1.8 病例资料及股骨头标本的收集 采用单纯随机抽样的方法，收集河北医科大学第三医院2010年7月至2012年1月期间，置换前证实为单侧股骨头坏死并行全髋关节置换患者86例的术中截取的股骨头标本，试验同时收集对应患者的置换前1周的X射线和CT扫描图像资料。所有股骨头标本按得到先后顺序分编号，标本需与X射线及CT资料逐一对应。对符合入组标准的病例，电话联系患者或家属，告知试验目的及内容，患者及家属签署知情同意书后，方可纳入试验。
1.9 股骨头标本的制备及数据测量 患者麻醉成功后取侧卧位，患侧朝上，常规碘酒、乙醇消毒术区皮肤，铺无菌手术单。取后外侧切口长约15 cm，以大转子为中点，近端在髂后上棘与转子连线外1/3，远端在大腿远侧。切开皮肤及皮下组织、筋膜，显露外旋肌在大转子的止点，将该肌肉在止点处切断，向近端翻起，显露后关节囊。T字切开关节囊，吸引器吸取关节囊内积液，脱位髋关节，电动摆锯垂直于股骨颈锯断股骨头并取出，见图2A，B。
将截取的股骨头标本分别进行编号(1-86号)，生理盐水冲洗干净，剔除椭圆韧带、关节囊及滑膜等软组织，再次冲洗干净后按顺序分别固定于钻床上，用电动摆锯从标本正中沿其冠状面纵行剖开，留取头侧部分作为标本，用生理盐水浸泡过的纱布包裹后放置于冰箱内低温冷冻保存。
为确保标本新鲜，试验分批进行数据测量并记录。所有股骨头冷冻标本处理前24 h温室解冻，解冻后用生理盐水冲洗标本表面。试验将完整的股骨头视为近似球形，这样纵行剖开的冠状面则可视为圆形。从标本正中沿其冠状面用电动摆锯纵行剖开，在股骨头冠状面上用绘图工具(游标卡尺、直尺、圆规、三角板及测角器)确定其中心点，沿股骨颈纵轴连线至股骨头顶点通过中心点(X)，垂直于X的连线(Y)同时通过中心点，测定股骨头塌陷后中间、内侧及外侧的实际高度，见图2A，B。
1.10 髋关节置换 对患者进行髋关节置换。关节假体选择德国LINK公司与意大利著名的人工关节专家Pipino教授
合作研发的保留股骨颈的生物固定型假体柄。充分考虑了髋关节的生物力学特点，即应力传导集中在股骨颈的周围，使股骨颈周围的骨质成为最坚强的骨质。安装假体试模和股骨头试模，复位衡量双下肢长度、髋关节活动情况及是否脱位。
根据试装结果选择合适假体和股骨头，然后根据生物型还是水泥型假体选择方法固定结束后复位。
1.11 影像学数据测量 患者行骨盆正位及蛙式位X射线检查及双髋关节CT平扫时，均为标准外展中立位(前正中线与双下肢均呈15o夹角、双足直立垂直于水平线)，患者仰卧于摄片床，身体正中面对准摄片床中线，双下肢伸直，双侧髂前上棘与台面等距离。并穿“丁”字鞋固定。以确保股骨头中心点位置的一致性。
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秦迪，等. 髋关节置换前CT和X射线检查预测坏死股骨头的塌陷：单中心、开放性、诊断性试验 www.
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表1 FICA分期标准 Table 1 FICAT classification criteria
FICAT 分期
0 (前临床期) Ⅰ(前放射线期) ⅡA (坏死形成期)
临床症状 - + + + + + + + + +
X射线表现 正常
偶有骨质疏松
出现广泛骨质疏松同时伴有股骨头的硬化或囊性变，关节间隙及股骨头外形正常 头变扁，新月征(+)
股骨头变扁，股骨头的外形中断，但关节间隙正常 头塌陷，关节间隙变窄或消失，骨质增生
摄入↑ 正常 -
+ + + + + +
同位素
摄入↓ 摄入↑ 摄入↑
MRI + + + +
ⅡB (移形期)
Ⅲ (塌陷期 ) Ⅳ(关节炎期)
E 图2 股骨头标本外观的及影像学测量图
Figure 2 Appearance and
measurements of the femoral head revealed on radiology
图注：图A为术中截取的股骨头外观；B为从标本正中沿其冠状面用电动摆锯纵行剖开，确定股骨头中心点，沿股骨颈纵轴连线至股骨头顶点通过中心点(X)，垂直于X的连线(Y)同时通过中心点；C-F分别为股骨头剖面X射线图，CT图，设计简图，Digimizer软件显示图：图中股骨头中心点沿X轴至股骨头顶点的距离确定为b，股骨头中心点延Y轴至股骨头外侧顶点的距离为c，最后确定a，其与b和c间夹角均为45°。a，b，c分别代表股骨头塌陷后中间、内侧及外侧的实际高度。
应用图像测量分析软件Digimizer V3.8.1.0(Med Cale Software，USA)在骨盆正位X射线片上及双髋关节CT上测量患侧及健侧股骨头中心点距3个不同位置股骨头顶点的距离(图2C-F)。患侧股骨头X射线线上中间、内侧及外侧的高度分别用a′，b′，c′表示；患侧股骨头CT上中间、内侧及外侧的高度分别用 a′′，b′′，c′′表示；健侧股骨头X射线线上中间、内侧及外侧的高度分别用a1，b1，c1表示；健侧股骨头CT上中间、内侧及外侧的高度分别用a2，b2，c2表示。 1.12 结局指标
(4)阳性似然比：用诊断试验检测经诊断金标准确诊的患患者群的阳性率与以金标准排除诊断的受试者中试验阳性即假阳性率之间的比值。
(5)阴性似然比：是筛检结果的假阴性率与真阴性率之比。当阳性似然比>10或阴性似然比<0.1时：诊断或排除踝关节周围韧带及肌腱损伤的可能性就显著增加。
(6)诊断正确率：诊断正确率=[(有患者群众诊断为有病的患者例数+无患者群中诊断为无病的患者例数)/总患者数]×100%。
X射线及CT检测对股骨头塌陷的诊断一致性分析：采用Kappa检验分析置换前1周X射线及CT检测诊断股骨头塌陷的一致性，计算Kappa值：Kappa=1，说明两次判断的结果完全一致；Kappa=-1，说明2次判断的结果完全不一致；Kappa≥0.75，说明已经取得相当满意的一致程度；Kappa< 0.4，说明一致程度不够理想。
3种方法检测股骨头中间、内侧及外侧的高度变化：观察股骨头高度降低情况。一般认为股骨头高度降低超过 2 mm即为股骨头塌陷[15]。
3种方法检测坏死股骨头形态变化：观察X射线片、CT扫描及标本测量3种方法观察的坏死股骨头形态，已明确股骨头坏死的部位及范围。
1.13 数据收集、管理、分析、开放
主要观察指标：3种方法检测股骨头塌陷的敏感度：敏感度即真阳性率，即实际患病同时又被正确诊断出来的患者占总体患者的百分比。敏感度越高说明股骨头塌陷筛选正确率越高。
次要观察指标：3种方法检测股骨头塌陷的特异度、阳性预测值、阴性预测值、阳性似然比、阴性似然比及诊断正确率：
(1)特异度即真阴性率：即实际无病按该诊断标准被正确地判为无病的百分比。特异度越高说明疾病诊断正确率越高。
(2)阳性预测值：指筛检试验检出的全部阳性例数中，真正“有病”的例数(真阳性)所占的比例，反映筛检试验结果阳性者患目标疾病的可能性。
(3)阴性预测值：指检验结果为阴性的受试者中真正未患病的比例。
ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH
数据收集：以病例报告表(Case Report Form, CRF)的形式收集数据，并经统一表格汇总。这些资料将被研究
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