CT在测量股骨前倾角中的应用及方法比较
作者：张权 黄煌渊 周强
单位：200040上海医科大学附属华山医院骨科
关键词：体层摄影术；X线计算机；方法；摄影测量法
中华骨科杂志000605
【摘要】目的介绍应用CT测量股骨前倾角的两种方法，比较其优劣。方法选择30名志愿者，CT定位扫描股骨头、颈及股骨髁(共40例)。分别用临床常用法(测量头颈横切面中轴与股骨髁轴间的夹角)及符合前倾角定义的定义法(测量股骨头颈轴与股骨髁轴间的夹角)测量前倾角，比较其结果。结果常用法测量前倾角范围为-3°～35°，平均12.28°，标准差为8.79°；定义法测量前倾角范围为2°～30°，平均17.18°，标准差为6.85°。二者间差异有非常显著性意义(P<0.01，配对资料t检验)。结论CT测量股骨前倾角是一种直观、简便、准确的方法，目前应用最多的常用法和定义法均是有效的临床测量方法，但二者间存在显著性差异，应引起重视。
, http://www.100md.com
The application of CT in femoral anteversion measurement
ZHANG Quan，HUANG Huangyuan，ZHOU Qiang.
(Department of Orthopaedic Surgery, Huashan Hospital, Shanghai Medical University, Shanghai 200040, China)
【Abstract】 Objective To describe two widely used computerized tomography methods for measuring femoral anteversion and compare their validity and invalidity. Methods 30 volunteers were chosen to measure the anteversion angle of 40 femurs with CT. Two widely used methods, currently practiced method and anteversion definited method, were used to measure the anteversion angle after the head, neck and the condylar was scanned. Results Currently practiced method showed an average anteversion angle of 12.28° (-3° -35° , s=8.79° ). Anteversion definited method revealed an average anteversion of 17.18° (2°-30° , s=6.85° ). The difference between them was significiant(P< 0.01). Conclusion CT methods of measuring anteversion angle is direct, easy and accurate. The two widely used methods are all valid clinically, nevertheless there are significiant difference between them.
, 百拇医药
【Key words】 Tomography, X-ray computed; Methods; Photogrammetry
股骨前倾角的测量在诊断和治疗股骨扭转畸形中非常重要。过去，股骨前倾角常用X线片或荧光透视法来测量，既不方便又不准确。近年来应用计算机成像技术直接测量三维空间角度的方法得以发展和日渐广泛的应用,股骨前倾角的测量也变得方便直观起来。然而由于选择平面和参考轴的不同，出现了不同的测量方法，本文将介绍两种最为常用的CT测量法，比较测量值间的差异，分析哪种方法更接近解剖真实值，更准确。
前倾角的概念源自Billing[1]1954年提出的股骨几何学特点。如图1所示，股骨前倾角是指头颈轴OH与股骨冠状轴CA间的夹角，即股骨冠状面α与头颈面β间的夹角θ(图1)。
材料与方法
临床选取志愿者30人，男10人，女20人；年龄45～75岁，平均58.4岁。受测者平卧于CT扫描床上，下肢与躯干长轴平行，垂直躯干长轴做股骨头中心、股骨头颈、股骨颈基底及股骨髁的CT扫描，层厚为5mm(图2)，得到图3所示的四个切面，标记股骨头中心H，股骨颈中点N，股骨颈基底部中心O，股骨内外髁最后点M、L，然后按下述方法测量股骨前倾角。
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常用法:如图4所示，选择切面B和切面D，分别作头颈中轴NH、股骨内外髁后缘切线的垂线，两垂线间的夹角即为前倾角的测量值[2-4]。
定义法:如图5所示，选择切面A和切面C，将其重叠，连接股骨头中点H和股骨基底部中点O，作为头颈轴，作头颈轴和股骨髁后缘切线的垂线，两垂线间的夹角即为该法前倾角的测量值。其值等同于图6所示的θ角[4-7]。
O:股骨颈基底部中心 H:股骨头中心 K:股骨髁中心 L:股骨外髁最后点 M:股骨内髁最后点 N:股骨颈切面中点 HNA:头颈轴(由O、H决定) CA:冠状轴(经K与LM平行) 图1 前倾角定义示意 图2 CT扫描定位示意直线a，b，c，d为扫描平面定位线 图3 扫描平面示意 图4 常用法前倾角测量示意 图5 定义法前倾角测量示意 图6 定义法测量前倾角扫描平面重叠示意
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结果
常用法所测的40个样本中，前倾角最大值为35°，最小为-3°，平均值为12.28°，标准差为8.79°；使用定义法测量40个同样的样本，股骨前倾角最大为30°，最小为2°，平均为17.18°，标准差为6.85°。使用配对资料的t检验，P<0.01，差异有非常显著性意义。
讨论
CT之所以被应用于前倾角的测量，是因为其具有X线平片所无法比拟的优点。它能避免髋关节旋转体位对影像的影响以及平面重叠对影像的干扰，再现前倾角的三维空间概念，使标志点的选择更为客观，测量更直观、更准确。目前，CT已成为临床测量前倾角的主要手段。我们的研究证实目前主要的两种CT测量方法的测量值存在显著性差异，不能等同视之。它们的区别主要在于头颈轴的选择。
定义测量法选择股骨头的中点与股骨颈基底部中点的连线作为头颈轴，它与股骨髁后缘切线间的夹角被视作前倾角。这符合Billing提出的股骨前倾角定义，理论上说更符合股骨前倾角的真实值。
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常用法头颈轴的选择实际上是所选平面的长轴，通常为股骨头下部分的中点与股骨颈基底部上部分中点的连线，这不能等同于真实的头颈轴。因为股骨头并非规则的球形，股骨颈也并非规则的圆柱形，加上130°左右的颈干角，使垂直躯干长轴的头颈切面的长轴(图4，直线NH)并不与头颈轴(图5，直线OH)平行。若想完全平行，除非颈干角成90°，或股骨颈成规则圆柱形、股骨头成规则球形，这不切实际。因此理论上说，常用法测量的前倾角只是股骨前倾角真实值的近似值。
股骨前倾角最准确的测量方法是解剖法，即裸骨测量法。由于样本的差异，一些学者得到的测量值也有所不同。Soutter等[8]测量154个股骨，前倾角均值为14.3°；Parsons[9]测量300个股骨，均值为15.5°；Pick等[10]测量152个股骨得到的均值为14°；教科书上的股骨前倾角为12°～15°[11]。我们用常用法测量的前倾角值为12.3°,与之相符；定义法测量的前倾角均值为17.2°，较之为大，但与Eckhoff等[12]的测量均值18°相近，这些差异可能是样本差异所致，我们不能因此而否定定义测量法的准确性。
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从测量的难易程度来看，常用法较定义法简单许多。如图4所示，扫描两个平面后引两条垂直线就可直接测量，不必考虑图像大小与位置的水平移动。定义测量法，划头颈轴时需将平面a，c重叠。这要求较高，图像摄取时不能做丝毫的移动，放大倍数也必须相同，重叠时图像框必须完全吻合(图6)，任何一个环节出现偏差，都会影响测量值。因此，除非有现成的计算机图像标志重组技术，单凭手工计算是相当繁琐的。
综上所述，目前流行的两种测量方法中常用法比较简单、易行，但测量值偏小；定义测量法较准确，但繁琐费时。我们认为两种方法都是有效的测量方法，可根据需要选择应用。例如，调查股骨前倾角异常与髋关节、膝关节疾患间的关系时，宜选择常用法[12];而测量个体前倾角精确值，如评估股骨扭转畸形的程度、指导扭转畸形的矫正、髋关节人工假体的置放的指导等，均需使用定义法来测量。
参考文献
1，Billing LARS. Roentgen examination of the proximal femur end in children and adolescents, a standardized technique also suitable for determination of the collum， anteversion, and epiphyseal angels: a study of slipped epiphysis and coxa plana. Acta Radiol, 1954, (Suppl):110.
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2，Katz K, Naor N, Merlob P, et al. Rotational deformities of the tibia and foot in preterm infants. J Pediatr Orthop, 1990, 10:483-485.
3，Wedge JH, Munkacsi I, Loback D. Anteversion of the femur and idopathic osteoarthrosis of the hip. J Bone Joint Surg(Am),1989,71:1040-1043.
4，Bauman PA, Singson R, Hamilton WG. Femoral neck anteversion in ballerinas. Clin Orthop,1994, (302):57-63.
5，Murphy SB, Simon SR, Kijewski PK, et al. Femoral Anteversion. J Bone Joint Surg(Am),1987， 69:1169-1176.
, http://www.100md.com
6，Mesgarzadeh M, Revesz G, Bonakdarpour A. Femoral neck torsion angle measurement by computed tomography. J Comput Assist Tomogr,1987, 11:799-803.
7，Davids JR. Rotational deformity and remoldeling after fracture of the femur in children. Clin Orthop,1994, (302):27-35.
8，Soutter R,Bradford EH. Twists in normal and longenitally dislocated femora. New York Med J,1903, 78:1071.
9，Parsons FG. The characters of the English thigh bone.J Anat Physiol,1914,48:238.
, 百拇医药
10，Pick JS, Stack JK， Anson BJ. Measurements on the human femur. Quarterly Bulletim of Northwestern University Medical School,1954,15:281.
11，裘法祖，主编. 外科学. 第3版. 北京: 人民卫生出版社, 1988.757.
12，Eckhoff DG, Montgomery WK, Kilcoyne RF, et al. Femoral morphometry and anterior knee pain. Clin Orthop,1994,(302): 64-68.
(收稿日期：1999-09-20), http://www.100md.com
单位：200040上海医科大学附属华山医院骨科
关键词：体层摄影术；X线计算机；方法；摄影测量法
中华骨科杂志000605
【摘要】目的介绍应用CT测量股骨前倾角的两种方法，比较其优劣。方法选择30名志愿者，CT定位扫描股骨头、颈及股骨髁(共40例)。分别用临床常用法(测量头颈横切面中轴与股骨髁轴间的夹角)及符合前倾角定义的定义法(测量股骨头颈轴与股骨髁轴间的夹角)测量前倾角，比较其结果。结果常用法测量前倾角范围为-3°～35°，平均12.28°，标准差为8.79°；定义法测量前倾角范围为2°～30°，平均17.18°，标准差为6.85°。二者间差异有非常显著性意义(P<0.01，配对资料t检验)。结论CT测量股骨前倾角是一种直观、简便、准确的方法，目前应用最多的常用法和定义法均是有效的临床测量方法，但二者间存在显著性差异，应引起重视。
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The application of CT in femoral anteversion measurement
ZHANG Quan，HUANG Huangyuan，ZHOU Qiang.
(Department of Orthopaedic Surgery, Huashan Hospital, Shanghai Medical University, Shanghai 200040, China)
【Abstract】 Objective To describe two widely used computerized tomography methods for measuring femoral anteversion and compare their validity and invalidity. Methods 30 volunteers were chosen to measure the anteversion angle of 40 femurs with CT. Two widely used methods, currently practiced method and anteversion definited method, were used to measure the anteversion angle after the head, neck and the condylar was scanned. Results Currently practiced method showed an average anteversion angle of 12.28° (-3° -35° , s=8.79° ). Anteversion definited method revealed an average anteversion of 17.18° (2°-30° , s=6.85° ). The difference between them was significiant(P< 0.01). Conclusion CT methods of measuring anteversion angle is direct, easy and accurate. The two widely used methods are all valid clinically, nevertheless there are significiant difference between them.
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【Key words】 Tomography, X-ray computed; Methods; Photogrammetry
股骨前倾角的测量在诊断和治疗股骨扭转畸形中非常重要。过去，股骨前倾角常用X线片或荧光透视法来测量，既不方便又不准确。近年来应用计算机成像技术直接测量三维空间角度的方法得以发展和日渐广泛的应用,股骨前倾角的测量也变得方便直观起来。然而由于选择平面和参考轴的不同，出现了不同的测量方法，本文将介绍两种最为常用的CT测量法，比较测量值间的差异，分析哪种方法更接近解剖真实值，更准确。
前倾角的概念源自Billing[1]1954年提出的股骨几何学特点。如图1所示，股骨前倾角是指头颈轴OH与股骨冠状轴CA间的夹角，即股骨冠状面α与头颈面β间的夹角θ(图1)。
材料与方法
临床选取志愿者30人，男10人，女20人；年龄45～75岁，平均58.4岁。受测者平卧于CT扫描床上，下肢与躯干长轴平行，垂直躯干长轴做股骨头中心、股骨头颈、股骨颈基底及股骨髁的CT扫描，层厚为5mm(图2)，得到图3所示的四个切面，标记股骨头中心H，股骨颈中点N，股骨颈基底部中心O，股骨内外髁最后点M、L，然后按下述方法测量股骨前倾角。
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常用法:如图4所示，选择切面B和切面D，分别作头颈中轴NH、股骨内外髁后缘切线的垂线，两垂线间的夹角即为前倾角的测量值[2-4]。
定义法:如图5所示，选择切面A和切面C，将其重叠，连接股骨头中点H和股骨基底部中点O，作为头颈轴，作头颈轴和股骨髁后缘切线的垂线，两垂线间的夹角即为该法前倾角的测量值。其值等同于图6所示的θ角[4-7]。
O:股骨颈基底部中心 H:股骨头中心 K:股骨髁中心 L:股骨外髁最后点 M:股骨内髁最后点 N:股骨颈切面中点 HNA:头颈轴(由O、H决定) CA:冠状轴(经K与LM平行) 图1 前倾角定义示意 图2 CT扫描定位示意直线a，b，c，d为扫描平面定位线 图3 扫描平面示意 图4 常用法前倾角测量示意 图5 定义法前倾角测量示意 图6 定义法测量前倾角扫描平面重叠示意
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结果
常用法所测的40个样本中，前倾角最大值为35°，最小为-3°，平均值为12.28°，标准差为8.79°；使用定义法测量40个同样的样本，股骨前倾角最大为30°，最小为2°，平均为17.18°，标准差为6.85°。使用配对资料的t检验，P<0.01，差异有非常显著性意义。
讨论
CT之所以被应用于前倾角的测量，是因为其具有X线平片所无法比拟的优点。它能避免髋关节旋转体位对影像的影响以及平面重叠对影像的干扰，再现前倾角的三维空间概念，使标志点的选择更为客观，测量更直观、更准确。目前，CT已成为临床测量前倾角的主要手段。我们的研究证实目前主要的两种CT测量方法的测量值存在显著性差异，不能等同视之。它们的区别主要在于头颈轴的选择。
定义测量法选择股骨头的中点与股骨颈基底部中点的连线作为头颈轴，它与股骨髁后缘切线间的夹角被视作前倾角。这符合Billing提出的股骨前倾角定义，理论上说更符合股骨前倾角的真实值。
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常用法头颈轴的选择实际上是所选平面的长轴，通常为股骨头下部分的中点与股骨颈基底部上部分中点的连线，这不能等同于真实的头颈轴。因为股骨头并非规则的球形，股骨颈也并非规则的圆柱形，加上130°左右的颈干角，使垂直躯干长轴的头颈切面的长轴(图4，直线NH)并不与头颈轴(图5，直线OH)平行。若想完全平行，除非颈干角成90°，或股骨颈成规则圆柱形、股骨头成规则球形，这不切实际。因此理论上说，常用法测量的前倾角只是股骨前倾角真实值的近似值。
股骨前倾角最准确的测量方法是解剖法，即裸骨测量法。由于样本的差异，一些学者得到的测量值也有所不同。Soutter等[8]测量154个股骨，前倾角均值为14.3°；Parsons[9]测量300个股骨，均值为15.5°；Pick等[10]测量152个股骨得到的均值为14°；教科书上的股骨前倾角为12°～15°[11]。我们用常用法测量的前倾角值为12.3°,与之相符；定义法测量的前倾角均值为17.2°，较之为大，但与Eckhoff等[12]的测量均值18°相近，这些差异可能是样本差异所致，我们不能因此而否定定义测量法的准确性。
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从测量的难易程度来看，常用法较定义法简单许多。如图4所示，扫描两个平面后引两条垂直线就可直接测量，不必考虑图像大小与位置的水平移动。定义测量法，划头颈轴时需将平面a，c重叠。这要求较高，图像摄取时不能做丝毫的移动，放大倍数也必须相同，重叠时图像框必须完全吻合(图6)，任何一个环节出现偏差，都会影响测量值。因此，除非有现成的计算机图像标志重组技术，单凭手工计算是相当繁琐的。
综上所述，目前流行的两种测量方法中常用法比较简单、易行，但测量值偏小；定义测量法较准确，但繁琐费时。我们认为两种方法都是有效的测量方法，可根据需要选择应用。例如，调查股骨前倾角异常与髋关节、膝关节疾患间的关系时，宜选择常用法[12];而测量个体前倾角精确值，如评估股骨扭转畸形的程度、指导扭转畸形的矫正、髋关节人工假体的置放的指导等，均需使用定义法来测量。
参考文献
1，Billing LARS. Roentgen examination of the proximal femur end in children and adolescents, a standardized technique also suitable for determination of the collum， anteversion, and epiphyseal angels: a study of slipped epiphysis and coxa plana. Acta Radiol, 1954, (Suppl):110.
, http://www.100md.com
2，Katz K, Naor N, Merlob P, et al. Rotational deformities of the tibia and foot in preterm infants. J Pediatr Orthop, 1990, 10:483-485.
3，Wedge JH, Munkacsi I, Loback D. Anteversion of the femur and idopathic osteoarthrosis of the hip. J Bone Joint Surg(Am),1989,71:1040-1043.
4，Bauman PA, Singson R, Hamilton WG. Femoral neck anteversion in ballerinas. Clin Orthop,1994, (302):57-63.
5，Murphy SB, Simon SR, Kijewski PK, et al. Femoral Anteversion. J Bone Joint Surg(Am),1987， 69:1169-1176.
, http://www.100md.com
6，Mesgarzadeh M, Revesz G, Bonakdarpour A. Femoral neck torsion angle measurement by computed tomography. J Comput Assist Tomogr,1987, 11:799-803.
7，Davids JR. Rotational deformity and remoldeling after fracture of the femur in children. Clin Orthop,1994, (302):27-35.
8，Soutter R,Bradford EH. Twists in normal and longenitally dislocated femora. New York Med J,1903, 78:1071.
9，Parsons FG. The characters of the English thigh bone.J Anat Physiol,1914,48:238.
, 百拇医药
10，Pick JS, Stack JK， Anson BJ. Measurements on the human femur. Quarterly Bulletim of Northwestern University Medical School,1954,15:281.
11，裘法祖，主编. 外科学. 第3版. 北京: 人民卫生出版社, 1988.757.
12，Eckhoff DG, Montgomery WK, Kilcoyne RF, et al. Femoral morphometry and anterior knee pain. Clin Orthop,1994,(302): 64-68.
(收稿日期：1999-09-20), http://www.100md.com