老年女性髋部骨折患者大腿上部软组织三维CT定量研究

刘本寅，丁宁宁，姜永宏，张玉婷，左秀娟，杨健

【关键字】 髋骨折; 体层摄影术,X线计算机; 大腿肌肉

老年人尤其是在绝经期女性，由于骨质疏松造成骨骼强度减弱，在遭受非致伤因素所致的低能量性骨折(又称骨质疏松性骨折或脆性骨折)发病率迅速增加[1-2]，尤其是髋部骨折，致死率和致残率高，严重影响老年人群的身体健康和生活质量[3]。骨密度的降低和股骨近端的形态学特征已被证实为老年人髋部骨折的危险因素[4]。近年来，大腿肌肉质量及功能的减退与跌倒及低能量髋部骨折的关系也备受关注[5-7]。此项研究我们利用CT三维、定量地分析大腿上端肌肉、脂肪的组织成分并探讨其在评估老年女性低能量髋部骨折风险中的应用价值。

1.临床资料

回顾性搜集2019年1月-2021年1月就诊于急诊科，因跌倒(髋部着地)行髋部CT检查的女性老年患者的临床资料及CT图像。纳入标准:年龄位于50～80岁之间。排除标准:①有髋关节手术史患者；
②合并影响骨代谢的疾病如甲状旁腺、肾脏、肾上腺疾病及恶性肿瘤等；
③存在股骨近段畸形患者；
④因神经系统疾病、外周血管疾病等导致单侧肢体肌肉萎缩的患者。据患者是否发生髋部骨折，将研究对象分为骨折组和未骨折组。本研究通过西安市红会医学伦理委员会审核，患者及其家属均知情同意。

2.CT扫描方法

患者均采用飞利浦64排CT进行髋部扫描，扫描参数：电压120 kV，电流125 mA，层厚1 mm，矩阵512×512，DFOV 500 mm，患者取仰卧位，扫描范围从髋臼顶上5c m到股骨小粗隆下5 cm (若患者骨折位置较低，则范围扩大至骨折处以下)。将层厚为1 mm的薄层数据以DICOM图像格式传至飞利浦公司的后处理软件IntelliSpaceTM Portal (ISP)中进行分析处理。

3.CT参数测量方法

评估股骨颈皮质厚度的指标:T20长径皮质比率。选取骨折患者健侧和未骨折患者右侧股骨小转子顶点上方20 mm (T20)平面 CT横截面影像，测量该平面的T20长径、T20髓腔长径(图1)，并按公式：T20长径皮质比率=(T20长径-T20髓腔长径)/T20长径×100%，计算得出T20长径皮质比率[8]。

图1 T20长径皮质比率的CT测量方法。a) 髋部CT扫描定位像上确定小转子定点上方20mm(T20)层面；
b)T20层面的CT轴面图测量T20长径(A点至B点的线段长度)，T20髓腔长径(C点至D点的线段长度), T20长径皮质比率=(AB-CD)/AB×100%

大腿上端肌肉及脂肪体积：利用飞利浦公司ISP后处理软件中的Tissue Segmentation功能，测量低能量髋部骨折患者健侧以及未骨折患者的右侧大腿上端肌肉体积(volume of muscle Tissue,VMT)、肌间脂肪体积 (volume of intramuscular adipose tissue,VIMAT)、皮下脂肪体积(volume of subcutaneous adipose tissue,VSAT)。首先确定测量范围，选取股骨小转子至其下方3 cm内组织为测量区域[6]。将脂肪组织CT值设定为-220 HU

图2 大腿上部肌肉和脂肪组织体积的CT测量方法。a) 选取皮下脂肪区域(蓝色区域); b) 获取测量区域皮下脂肪体积；

c) 选取肌间脂肪区域(蓝色区域); d) 获取测量区域肌间脂肪体积；

e) 选取肌肉区域(蓝色区域); f) 获取测量区域肌肉体积；

g) 测量区域软组织三维分布图，黄、绿、红色分别代表皮下脂肪、肌间脂肪、肌肉组织。

4.统计学方法

采用SPSS 16.0统计软件。计量资料以平均数±标准差表示，用组内相关系数(intraclass correlation coefficient,ICC) 评价2名测量者及同一测量者2次测量值的可重复性，ICC<0.4表示信度较差，ICC>0.75表示信度良好。两组参数首先进行方差齐性检验(Levene检验)及正态分布检验(Shapiro-Wilk检验)，若符合正态分布，两组比较采用独立样本t检验，若不符合正态分布，两组比较采用非参数检验(Mann-WhitneyU检验)。P<0.05为具有统计学差异。

75例因跌倒行髋部CT检查的老年女性患者中69例年龄介于50～80岁之间。排除2例髋关节置换术后患者，1例肌营养不良致肌肉萎缩患者，1例因骨质软化致股骨颈畸形患者，1例合并恶性肿瘤患者，最后研究入组64例患者，平均年龄为64.30±8.08岁。髋部骨折(均为股骨颈骨折)患者30例，未骨折34例。两组患者平均年龄、体重、身高、BMI差异无统计学意义(表1)。

大腿上端VSAT、VIMAT、VMT均具有良好的组内及组间一致性，组内相关系数ICC分别为0.92、0.91、0.94；
组间相关系数ICC分别为0.91、0.91、0.93。

比较两组T20长径皮质比率及大腿上端肌肉、脂肪体积。髋部骨折患者股骨颈T20长径皮质比率明显小于未骨折组(11.59%±1.42 vs 14.31%±2.55,P<0.001)。髋部骨折患者的大腿上部VMT平均值为(299.80±42.32)mm3，明显小于未骨折患者的大腿上部肌肉体积平均值(323.79±39.82)mm3，两者的差异具有统计学意义(P=0.023)。髋部骨折患者大腿上部脂肪体积平均值小于未骨折组，但差异无统计学意义(P>0.05,表1)。

表1 老年女性低能量髋部骨折组与未骨折组的临床特征及CT定量参数的比较

低能量髋部骨折是一种常见的具有较高致残率和病死率的老年病，尤其好发于绝经期女性[1]。针对因跌倒发生髋部骨折的老年女性患者，本研究发现其股骨颈皮质厚度及大腿上部肌肉体积均明显小于跌倒后未骨折的老年女性。

研究表明随年龄增长，女性平均骨密度呈逐渐降低的趋势[10]。骨密度是预测髋部骨折风险的重要因素，但其敏感度较低[6]。大量的研究表明骨皮质在维持股骨颈的骨强度中起到了非常重要的作用[8]。本研究将T20长径皮质率作为评估股骨颈皮质厚度的有效指标，并发现髋部骨折的老年女性T20长径皮质率明显低于未骨折组，骨皮质的变薄是引起骨强度降低从而导致老年人跌倒骨折的重要因素。随着QCT的发展应用，也明确了股骨颈骨皮质厚度在预测髋部骨折中的重要作用[11]。

除骨密度、强度及股骨颈几何形态外，近年来股骨上部肌肉与脂肪成分与髋部骨折的关系也逐渐被大家关注[6,11]。研究表明随着年龄增长，骨骼肌纤维逐渐缩小的同时数量也会减少，肌细胞内外脂肪浸润，表现为肌肉体积缩小，脂肪增多，导致肌肉力量和功能的下降，增加了老年人跌倒的风险[11]。但大腿上部的肌肉与脂肪分布是否与髋部骨折直接相关, 我们尚未得知。本研究纳入的患者均为跌倒后的老年女性，平衡了跌倒因素的影响后，我们发现大腿上部软组织三维分布是直接影响髋部骨折的重要因素。Alexander等[6]的研究表明大腿上部软组织三维分布结合骨质信息对骨折的预测能力明显高于单纯骨质信息。其中大腿上部总体脂肪体积与老年女性急性髋部骨折显著相关，当患者发生跌倒能低能量损伤时，大腿上部脂肪组织(尤其髋部皮下脂肪)对髋部骨质能起到减震缓冲的机械保护作用，所以更大的脂肪体积具有更大的缓冲，对髋部骨质起到保护作用[6]。本研究骨折患者的大腿上部总脂肪体积平均值小于未骨折组，但差异没有统计学意义。尤其是皮下脂肪组织，更能呈现这个趋势，但两者差异的P值为0.174, 无统计学意义。这一结果在两个研究中的差异可能是由于本研究样本量不足引起，另外也可能与两个研究人群的年龄差异有关。Alexander等[12]研究的髋部骨折人群平均年龄约为80±11岁，本研究人群平均年龄约64.30±8.08岁，肌肉和脂肪随着年龄增长发生变化，而且二者的变化存在交互作用。我们的研究表明跌倒致髋部骨折组大腿上部肌肉体积明显小于跌倒后未骨折组，我们推测肌肉体积越大，对髋部骨质的包裹及保护作用越强，从而骨质抵抗低能量损伤的可能越强。但最终是否发生骨折，骨质强度也是重要的影响因素，我们的结果也证实了这一点。相比肌肉的二维的面积，三维体积能够更加全面立体地反映大腿上部软组织分布情况。现有流行病学证据表明肌少症和老年人髋部骨折之间存在一定的相关性, 长期进行中高强度的体育运动可以使髋部骨折风险降低[13,14]。

本研究是基于普通CT的小样本的回顾性研究，只评估了肌肉体积，缺少肌肉功能与质量的临床评价，在下一步的研究中，我们希望能扩大样本量，按照年龄进行分层，并纳入骨密度、肌肉成分及肌力等更多指标进行研究。

在CT上除股骨颈骨皮质厚度外，大腿上部肌肉体积可作为老年女性低能量髋部骨折的风险预测及评估指标。