基于PACS二维CT重建股骨颈前倾角捷测法应用研究

林长华 杨 烈 陈 曦 廖良忠 陈宇博 陈 智 林 秧 张 鹏

·论 著·

基于PACS二维CT重建股骨颈前倾角捷测法应用研究

林长华1杨 烈1陈 曦1廖良忠1陈宇博3陈 智2林 秧4张 鹏1

1.厦门市中医院医学影像科，福建厦门 361009；
2.厦门市中医院禾祥骨伤科，福建厦门 361009；
3.厦门弘爱医院保障部，福建厦门 361009；
4.厦门医学院，福建厦门 361023

通过图像存档与通信系统（picture archiving and communication system，PACS）内置CT二维重建功能研究优化现行及既往股骨颈前倾角（femoral neck anteversion，FNA）的测量方法，旨在简捷、高效且精准地测量FNA。回顾性分析2015年9月至2022年3月在厦门市中医院行股骨检查的患者47例，A/B测量者采用CT二维重建“优化捷测法”各自测量FNA，其中A者隔月用断层CT法复测。A者及B者采用CT二维重建“优化捷测法”测得FNA平均值分别为（14.58°±4.88°）、（14.37°±4.83°），差异无统计学意义（=1.142，=0.256）；
A者隔月复测FNA平均为（14.68°±4.54°），A者隔月测量结果与初次测量结果比较，差异无统计学意义（=-0.555，=0.580）。基于PACS系统股骨CT二维重建的“优化捷测法”益于简捷、高效、即时、精准地测量FNA。

股骨颈前倾角；
二维重建；
医学影像储存与传输系统；
计算机体层摄影；
人本医疗

股骨颈前倾角（femoral neck anteversion，FNA）是指股骨颈轴线与股骨冠状面所构成的夹角，是股骨发育和髋部术后评估髋关节功能的重要角度之一[1]。简便、准确测量FNA是骨科领域所关注的热点[2]。目前认为CT测量法是FNA常用测量方法，且种类较多，如CT 3D数字化模型测量法及随着3D打印技术的发展衍生出来的直接通过股骨模型进行类似实体标本的FNA测量[2]，但是数模或3D打印均需将扫描数据从图像存档与通信系统（picture archiving and communication system，PACS）再导入一个甚至多个第三方软件对股骨进行模型重建，需运用计算机辅助设计技术，三维重建过程中股骨分割与解剖参数测量较为复杂、繁琐，很难成为临床常规检查；
断层CT测量法中Murphy法[3]在临床中应用较广泛，但无法同时显示股骨近端及远端完整结构，需利用平移法才能测量轴线与轴线之间的夹角[4]，操作过程十分繁琐并不简便[5]。此外，磁共振测量法[6]无辐射、软组织分辨力高，能同时显示股骨肌肉、韧带及髋关节情况，但检查过程中可能因MR检查时间长导致随机性移动引起测量数据不准确[7]。本研究采用影像日常工作普配的PACS系统所自带的二维重建功能对完成股骨CT扫描患者进行二维重建测量FNA，旨在优化测量过程，降减人为失误，从而便捷、高效、即时且精准地测量FNA，现报道如下。

1.1 一般资料

回顾性分析2015年9月至2022年3月在厦门市中医院行股骨CT检查的47例患者，其中男33例，女14例，年龄36～87岁，平均（65.21±14.55）岁。纳入标准：①无股骨骨折及代谢性骨病病史；
②无既往股骨手术史；
③无股骨头坏死塌陷、无股骨颈缩短等表现；
④股骨内外侧髁无明显骨质增生改变；
⑤无各种原因所致的股骨畸形改变。所有检查者临床资料完整，并经厦门市中医院医学伦理委员会审核批准（伦理审批号：2022-K014-01）。

1.2 仪器与设备

采用SIEMENS SOMATOM Definition AS 64排128层3D螺旋CT，易联众PACS系统Image Viewer软件3.6。股骨CT扫描：患者取仰卧位，双下肢伸直并拢，避免屈髋屈膝，扫描范围包括双侧股骨全部范围，曝光参数100kV，自动管电流调节技术，参考管电流100mAs，螺距0.8，探测器组合128mm× 0.6mm，扫描层厚5.0mm，扫描层间距5.0mm，重建层厚1mm，重建层间距1mm，卷积核B30f。

1.3 FNA优化测量方法

测量者A、B对所获得的股骨CT扫描数据分别采用影像日常工作的易联众PACS系统Image Viewer软件3.6进行CT二维重建，并以“优化捷测法”独自测量FNA，所测量数据分别标注为测量者A1、测量者B，其中测量者A间隔1个月后采用断层CT法再次测量，所测量数据标注为测量者A2。

1.4 CT二维重建FNA“优化捷测法”

①股骨头中心点的确定：将股骨头中心拟合成球体中心，通过二维重建十字中心定位标选取同时满足股骨头横轴位、矢状位及冠状位中心的A点做为股骨头中心点（图1）。②股骨颈基底部中心点的确定：由于断层CT非专门作股骨颈轴线的扫描，在冠状位通过易联众PACS系统Image Viewer软件3.6自带斜切面工具做一完整股骨颈轴位切面，选取股骨颈基底部标准轴位层面，从该层面选取同时满足横轴位、矢状位及冠状位中心的B点做为股骨颈基底部中心点，与股骨头中心点A建立一直线，该线即为股骨颈轴线（图1）。③股骨髁后髁线的确定：选取股骨髁最大平面内外侧髁最后点C点和D点，连接C点和D点即为后髁线，Image Viewer软件3.6自带的画点功能，A、B点可自动投射至后髁线层面，测量股骨颈轴线与后髁线夹角的角度即为FNA（图2），依次测量并记录数值。

1.5 统计学方法

2.1 FNA不同测量方法的数据分析

测量者A1与测量者B所测FNA、间隔1个月后测量者A2所测FNA数据经单因素方差分析，FNA平均值为（14.54°±4.74°），=0.903。测量者A1及测量者B采用CT二维重建的“优化捷测法”所测FNA平均值分别为（14.58°±4.88°）、（14.37°± 4.83°），差异无统计学意义（=1.142，=0.256）。间隔1个月后测量者A2所测FNA平均值为（14.68°±4.54°），测量者A前后间隔1个月两次测量结果比较显示所测FNA差异无统计学意义（=-0.555，=0.580）。

图1 股骨头中心点及股骨颈基底部中心点的确定

注：A.股骨头中心点；
B.股骨颈基底部中心点

图2 后髁线的确定及FNA的测量

注：A及B为选取后的股骨头中心点及股骨颈基底部中心点自动投射至后髁线层面，二者连线为股骨颈轴线；
C及D为内外侧髁最大层面最后点，二者连线为后髁线；
股骨颈轴线与后髁线的夹角即为FNA

2.2 FNA不同测量方法的人机功效分析

“FNA捷测法”的简捷之处在于通过影像日常工作普配的PACS系统自带二维重建的画点功能可使两个不同层面选定的股骨头中心点及股骨颈基底部中心点自动投射至后髁切线层面，自动完成空间信息叠加，以达到简易、迅速的在同一平面完成FNA的测量，避免了平移法人为叠加空间信息的复杂过程，减少人为叠加过程可能产生的人因失误。通过对FNA不同测量方法人机功效比较，得出优化捷测法在重复性、可靠性、时效性、性价比、误差率等方面有明显的优势，见表1。

图3 测量者A1、B所测FNA的散点图

图4 测量者A1、A2所测FNA的散点图

表1 FNA不同测量方法人机功效比较

3.1 FNA测量的临床医学及生理学意义

FNA的测量对于髋关节力传导及运动具有重要的指导意义，也是描述股骨近端空间定位的重要指标；
而股骨近端是一个复杂的三维结构，发育良好的人类股骨颈整体方向呈向前上倾斜。Leblebici等[8]研究发现FNA的增加改变了解剖力线，不利于髋关节的活动，会导致功能问题。FNA是全髋关节置换术中股骨柄放置的主要参考角度之一，术中测量FNA便于术中准确定位，提高假体置入的准确性[9]，将假体置于适当的位置可减少术后假体撞击、关节不稳定和植入物松动等并发症。

3.2 FNA不同测量方法相关轴线的确定

FNA测量的关键是股骨颈和股骨远端的轴线确定，在量化股骨颈方向时，通常难以确定其真轴。普通断层CT扫描是斜向通过股骨颈，股骨颈的真轴可能很难确定或不准确，除非股骨颈是完全圆柱体。既往研究表明，股骨颈的形状不对称，股骨颈横截面由近端到远端逐渐由圆形变为椭圆形，因此股骨颈轴线从相对前近端位置旋转到相对后远端位置[10]。

不同FNA测量方法的结果因选定的解剖标志和股骨颈轴线不同而异，有的将大转子最突出点作为股骨颈轴线的外部标志[11]，而大多认为大转子的形态随同肌肉的附着情况变化；
也有将颈部近端和远端的中心点连线定义为股骨颈轴线；
或将股骨近端最大横切面的圆心作为股骨头中心与颈干交界横切面的几何质心作为股骨颈中心点之连线当作股骨颈轴线。

目前股骨远端轴线主要有四种定义方式：①上髁线法：上髁的最内点和最外点的连线；
②重心法：内外侧髁的重心的连线；
③夹角平分法：将前髁线和后髁线之间的夹角平分的线作为股骨远端轴线；
④后髁线法：即经典的桌面法，为内侧髁和外侧髁的最后点连线[12]。在确定股骨远端轴线的不同方法中，后髁线的位置依赖性最小、重复性最强；
该研究亦采用后髁线作为股骨远端轴线。但从生物力学角度来看，股骨颈轴线和股骨远端轴线最相关的轴线仍有待确定，因此尽管不同学者采用不同测量方法均得到了重复的测量，且测量误差很小，但测量结果可能会不同[13]。

该项研究将股骨头中心拟合成球体中心，通过二维重建十字中心定位标选取同时满足股骨头横轴位、矢状位及冠状位中心的点做为股骨头中心，并运用PACS系统Image Viewer软件3.6自带斜切面工具做一完整股骨颈轴位切面，选取股骨颈基底部标准轴位层面，从该层面选取同时满足横轴位、矢状位及冠状位中心的点做为股骨颈基底部中心点，虽未能如3D数字化模型很好地完成三维空间定位，但通过多平面中心定位亦可获得与实体最为相近的股骨头、颈部中心点，且该“捷测法”简单易行、结果准确可靠、可重复性强。

3.3 FNA不同测量方法所测数值相关性

张海峰等[14]对140例干性股骨标本分别进行CT三维重建测量及标本测量，三维重建测FNA平均值（14.06°±0.57°），标本测量平均值（14.34°±0.86°）。Jia等[15]通过对比研究股骨三维重建模型与普通二维CT扫描测量FNA，认为三维成像与普通二维CT测量结果无明显差异，该“捷测法”研究测量者A1及测量者B采用CT二维重建捷测FNA平均数分别为（14.58°±4.88°）、（14.37°±4.83°），均与文献报道相近，二者呈高度相关关系。

综上所述，基于易联众PACS系统Image Viewer软件3.6股骨CT二维重建在普通配置的PACS系统中简捷、高效、即时、精准地测量FNA，操作者无需特训，易于掌握。捷测法有助于缩短检查报告周期、减少患者等待时间、加强医患医疗人文情感化互动，促进诊疗方案的优化制定，积极践行人本医疗，从而提高医患的诊疗体验感及临床FNA精测效率。

[1] 唐学阳. 发育性髋关节脱位股骨颈前倾角矫正的相关问题[J]. 临床小儿外科杂志, 2018, 17(10): 726-730.

[2] 曹进, 胡珊珊, 郑华江, 等. 3D打印技术测量儿童发育性髋关节脱位股骨颈前倾角[J]. 中国骨伤, 2020, 33(8): 741-744.

[3] Murphy SB, Simon SR, Kijewski PK, et al. Femoral anteversion[J]. Bone Joint Surg Am, 1987, 69(8): 1169-1176.

[4] Uota S, Morikita I, Shimokochi Y, et al. Validity and clinical signifcance of a clinical method to measure femoral anteversion[J]. J Sports Med Phys Fitness, 2019, 59(11): 1908-1914.

[5] 徐高翔, 唐佩福. 股骨颈前倾角测量方法的回顾与展望[J]. 解放军医学院学报, 2020, 41(1): 97-100.

[6] 李鸿恩, 曾益辉, 王伟, 等. 磁共振与CT在测量股骨颈前倾角中的应用及对比分析[J]. 罕少疾病杂志, 2021, 28(5): 95-97.

[7] Silva MS, Fernandes ARC, Cardoso FN, et al. Radiography, CT and MRI of hip and lower limb disorders in children and adolescents[J]. Radiographics, 2019, 39(4): 1232.

[8] Leblebici G, Akalan E, Apti A, et al. Increased femoral anteversion-related biomechanical abnormalites: Lower extremity function, falling frequencies, and fatgue[J]. Gait Posture, 2019, 70: 336-340.

[9] 郭人文, 柴伟, 李想, 等. 机器人辅助在股骨头坏死全髋关节置换术中的应用[J]. 中华骨科杂志, 2020, 13(40): 819-827.

[10] Duan SJ, Liu HS, Wu WC, et al. Robot-assisted percutaneous cannulated screw fixation of femoral neck fractures: Preliminary clinical results[J]. Orthop Surg, 2019, 11(1): 34-41.

[11] 刘建友, 贾中伟, 牛佳伟, 等. 构建股骨3D数字化模型提出一种新的股骨颈前倾角测量方法[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(24): 3779-3783.

[12] Donald GE, David JJ, Bryan DS, et al. Bilateral symmetrical comparison of femoral and tibial anatomic features[J]. Arthroplasty, 2016, 31(5): 1083-1090.

[13] Onneau NB, Libourel PA, Simonis C, et al. A three-dimensional axis for the study of femoral neck orientation[J]. Anat, 2012, 221(5): 465-476.

[14] 张海峰, 宋翠荣, 刘媛媛, 等. 股骨标本形态参数的三维重建测量与直接测量比较分析[J]. 中国临床医学影像杂志, 2017, 28(11): 825-828.

[15] Jia J, Li L, Zhang L, et al. Three dimensional-CT evaluation of femoral neck anteversion, acetabular anteversion and combined anteversion in unilateral DDH in an early walking age group[J]Int J Orthop, 2012, 36(1): 119-124.

Application and research of convenient measurement of femoral neck anteversion based on CT two-dimensional reconstruction of PACS

LIN Changhua YANG Lie CHEN Xi LIAO Liangzhong CHEN Yubo CHEN Zhi LIN Yang ZHANG Peng

1.Department of Medical Imaging, Xiamen Hospital of Traditional Chinese Medicine, Fujian, Xiamen 361009, China; 2.Department of Orthopedics and Traumatology, Hexiang of Xiamen Hospital of Traditional Chinese Medicine, Fujian, Xiamen 361009, China; 3.Department of Support, Xiamen Humanity Hospital, Fujian, Xiamen 361009, China; 4.Xiamen Medical College, Fujian, Xiamen 361023, China

Optimization of the current and previous measurement methods of FNA (femoral neck anteversion) based on CT two-dimensional reconstruction of PACS (picture archiving and communication system), is designed to facilitate effortless, efficient and accurate clinical measurement of FNA.A retrospective analysis was performed on 47 patients who underwent femoral CT examination in Xiamen Hospital of Traditional Chinese Medicine from September 2015 to March 2022. FNA was measured respectively by the optimized, convenient and timely measurement method of CT two-dimensional reconstruction for surveyor A and surveyor B, and it was repeated by non-reconstruction a month later for A.The average values of FNA were (14.58°±4.88°) and (14.37°±4.83°) measured by A and B with the optimized, convenient and timely measurement method of CT two-dimensional reconstruction, which showed the difference was not statistically significant (=1.142,=0.256). The average value of FNA was (14.68°±4.54°), which measured a month later by A. IT showed the difference was not statistically significant in FNA of two measurements at an interval of one month by A (=-0.555,=0.580).The optimized, convenient and timely measurement method of CT two-dimensional reconstruction of femoral based on PACS measure the FNA conveniently, efficiently, instantly and accurately.

Femoral neck anteversion (FNA); Two dimensional reconstruction; Picture archiving and communication system; Computed tomography; Human oriented medical treatment

R445.3

A

1673-9701(2022)36-0059-04

张鹏，电子信箱：8087709@qq.com

（2022–08–18）

（2022–09–12）