引用本文： 祝曉忠, 梅炯, 倪明, 賈光耀, 劉時偉, 戴亞輝, 張英琪. 股骨近端骨小梁結構的大體解剖和影像重建分析. 中國修復重建外科雜志, 2019, 33(10): 1254-1259. doi: 10.7507/1002-1892.201904128 復制
股骨是人體最長最主要的承重骨之一，其長度約為身高的 1/4。股骨近端連接骨盆與股骨干，具有非常獨特的解剖特征和重要的生理功能。作為連接軀干和下肢的骨性結構，股骨近端承受著人體垂直向下的應力和髖關節活動產生的剪切力的雙重作用，股骨近端骨折一直是臨床治療難點。正確理解股骨近端的解剖和生物力學特征，有助于對其損傷進行合理的治療。
國際內固定研究協會（AO/ASIF）將小轉子下緣以上平面的骨組織定義為股骨近端，主要包括股骨頭、股骨頸、股骨大小轉子和骨小梁等結構[1]。骨小梁是股骨近端骨皮質在松質骨內的延伸，按照其所在位置可分為主壓力小梁、主張力小梁、次壓力小梁、次張力小梁和大轉子小梁 5 組[2]。骨小梁是股骨近端的主要承重結構，了解其形態特征對于預防和治療股骨近端骨折具有重要意義。影像學或斷層解剖學研究可以對骨小梁的某一層面進行觀察，但不能對其立體空間上的連續性進行觀察[3-4]。對骨骼進行 CT 或 micro-CT 掃描，并借助 Mimics 等醫學圖像處理軟件，可以重建出股骨近端的三維影像；但由于骨小梁的 CT 灰度值與松質骨非常接近，三維影像難以將兩者有效區分[5-6]，因此難以重建出骨小梁真實的空間構型。
手工刮除是一種非常傳統而且簡單的方法，可用于對硬度不同的組織進行分離并保留最終結構。人類的雙手有著非常精密的“手感”，即皮膚、肌肉及神經組成的觸覺與力反饋系統，是機器所無法比擬的。Hammer[5]曾通過手工刮除松質骨的方法研究股骨近端和股骨距的解剖特征。本研究擬通過手工刮除的方法去除股骨近端較脆弱的松質骨，保留硬度較大的皮質骨和骨小梁等結構。在此基礎上，通過建立骨小梁的三維影像模型，對骨小梁的空間形態和骨小梁與股骨近端主要解剖標志的關系進行定量分析，從而為理解骨小梁的結構與力學功能、股骨近端骨折機制和治療方法提供參考。
1 材料與方法
1.1 標本來源
選取 6 具成人干燥股骨標本，年齡 58～71 歲，平均 66 歲；由同濟大學醫學院解剖教研室提供。肉眼檢查骨結構無異常，攝 X 線片排除內部腫瘤等病變后，在小轉子下方約 10 cm 處截斷。將股骨近端標本行 micro-CT 掃描，圖像以 DICOM 格式保存。見圖 1a。
圖1
標本 X 線片和 micro-CT 掃描圖像
a. 完整股骨近端標本；b. 骨小梁標本
Figure1. X-ray films and micro-CT scans of specimensa. Complete proximal femur specimen; b. Trabecular bone specimen
1.2 手工刮除法制備股骨近端骨小梁標本
用砂紙打磨股骨近端標本表面，再用骨銼、骨刀及咬骨鉗去除所有表面皮質骨。顯露松質骨后，用刮匙以執筆勢刮除疏松松質骨。為保證手工刮除過程中能提供相對均衡的力量，由同一名實驗者采用執筆勢握持頭部較鈍的刮匙，用相同的力量操作，每持續用力 5 min 后休息 10 min，這樣可較好地感知骨質的硬度。當采用同等力量不能刮除后，留下的所有骨結構即為骨小梁和股骨距。對骨小梁的空間形態進行大體觀察。
將骨小梁標本攝 X 線片后，去除遠端部分皮質行 micro-CT 掃描。CT 型號為 eXplore Locus User Guide（通用電氣公司，美國），在 eXplore Locus 的基礎上采用 cone-beam 平板探測器技術，旋轉 1 圈可對整個掃描樣品全部體積成像。該系統可對直徑大至 70 mm 的單個或多個標本同時成像，一次采集最長長度為 100 mm，分辨率<8 μm。CT 圖像以 DICOM 格式保存。見圖 1b。
1.3 含有骨小梁的股骨近端三維數字模型建立
將完整股骨近端和骨小梁的 CT 圖像導入 Mimics18.0 軟件（Materialise 公司，比利時）。以標準的成人骨質閾值（CT 值 213～2 938 Hu）為“蒙板”（Masks）范圍，選擇分割菜單中的“從蒙板計算 3D 結構”（Calculate 3D from Masks），采用“高質量”（High Quality）計算方法，重建出股骨近端和骨小梁三維模型，以 STL 格式保存。利用股骨距的空間位置進行配準，建立含有骨小梁的股骨近端三維模型。具體步驟如下：① 在骨小梁模型的股骨距表面選擇 3 個標志點；② 在完整股骨模型的股骨距表面相同位置選擇 3 個標志點；③ 利用 Mimics18.0 軟件的自動配準功能，以標志點進行模型配準；④ 肉眼下檢查配準情況，如果輕微誤差可手動調節，如果誤差較大則重新尋找標志點二次配準，直到滿意為止。見圖 2。
圖2
含有骨小梁的股骨近端三維數字模型
a. 前視圖；b. 側視圖；c. 后視圖
Figure2. Three-dimensional digital model of proximal femur with bone trabeculara. Anterior view; b. Lateral view; c. Posterior view
1.4 模型測量及分析
① 在三維圖像融合的基礎上，觀察骨小梁的空間形態，以及骨小梁與股骨近端骨面和相關解剖標志的關系。② 記錄 6 具標本三維數字模型中，骨小梁沿股骨頸長軸方向在矢狀面、冠狀面和橫截面上與股骨頭骨面以及大、小轉子等骨結構的平均距離。以骨小梁在股骨頭融合區的中心位置為圓心，沿股骨頸長軸和垂直方向作直線，測量直線上骨小梁到骨面的距離。由于垂直骨小梁與股骨頸內側骨皮質融合為一體，所以主要對水平骨小梁與骨面的距離進行測量。③ 測量水平骨小梁和垂直骨小梁的空間夾角，即兩組骨小梁的長軸在冠狀面上投影的夾角。見圖 3。
圖3
骨小梁與股骨近端骨面的距離及水平和垂直骨小梁夾角的測量示意圖
a. 冠狀面；b. 矢狀面；c. 骨小梁夾角
Figure3. Distance of trabecula system to proximal femoral surface and angle of horizontal and vertical trabeculara. Coronal plane; b. Sagittal plane; c. Angle of trabeculae
2 結果
2.1 股骨近端骨小梁空間形態
骨小梁按其所在位置可分為水平骨小梁和垂直骨小梁。水平骨小梁為張力骨小梁，起自股骨大轉子下緣骨面，沿股骨頸前傾角向前上內方走行，與股骨頸前上方骨皮質融合后向股骨頭延伸，最終從股骨頭前上方進入，終止于股骨頭內下方。在股骨頭內，水平骨小梁與股骨距發出的垂直骨小梁交叉。骨質較致密的標本中，水平骨小梁與外側壁中點在矢狀面上有較薄的致密小梁連接，且前側轉子間線的皮質骨也發出骨小梁匯入水平骨小梁。對于骨質疏松的標本，水平骨小梁向前、向上、向內與股骨頸前上方骨皮質相融合，融合點多在骨質較堅強的前側轉子間線的前方，即水平骨小梁穿過轉子間線后，前側再與股骨頸前上方骨皮質融合。垂直骨小梁（壓力骨小梁）起自小轉子下緣及股骨距內上部，發出后呈近似圓錐狀放射向股骨頭內上方走行。垂直骨小梁與水平骨小梁在股骨頸沒有交集，在股骨頭中心區交叉融合。見圖 4。
圖4
骨小梁三維空間形態
a. 大體標本前后觀；b. 三維數字模型
Figure4. Three-dimensional morphology of trabecula systema. Anterior and posterior gross views of specimen; b. Three-dimensional digital model
2.2 骨小梁與骨面的距離及不同骨小梁的夾角
水平骨小梁走行過程中與股骨大轉子骨面距離較遠，為 17.3～26.8 mm，平均 22.66 mm。在股骨頸范圍，其走行于股骨頸后側，部分與股骨頸皮質融合。在股骨頭內，水平骨小梁與垂直骨小梁融合為一類球體，其到股骨頭骨面的距離在不同截面有所不同：在矢狀面，其與股骨頭骨面的距離為 6.3～7.2 mm，平均 6.88 mm；在冠狀面，其與股骨頭后側骨面距離較小，部分與骨面融合，與前內側距離較大，為 5.8～7.6 mm，平均 6.32 mm；在橫截面，與股骨頭骨面的距離為 5.6～6.3 mm，平均 6.30 mm。垂直骨小梁在股骨頸水平與股骨頸內側皮質融合并向上走行，在股骨頭內與水平骨小梁斜向交叉。水平骨小梁與垂直骨小梁的夾角為 129～150°，平均 140.67°。
3 討論
3.1 骨小梁的構型與 Wolff 定律
關于骨小梁空間構型的形成原因及其與股骨近端穩定的關系，很多研究者從多種角度進行解釋，其中最經典的是 Wolff 定律。Wolff 定律由德國醫學博士 Wolff 在 1892 年提出，他認為骨骼的形態與其所擔負的功能一致，骨骼具有適應功能需要的能力。Meyer（1867）、Roux 等（1881）提出 Trajectorial 系統理論，即當外力作用于有彈力的機體時，機體內部可產生兩個主要方向的應力，在其中一個方向上產生最大壓應力，另一個方向上產生最大張應力。股骨近端是解釋這一理論的最好案例。Tobin（1995）總結前人研究后指出，在股骨近端有兩個主要的骨小梁模式：第一部分是從內側部分發出的向上延伸到頭部的壓力組；第二部分為拉力組，從外側部分發出，向內上方走行，止于股骨頸的上部和股骨頭的前部，兩個系統呈直角相交[2]。這一理論后來被影像學檢查及解剖學研究驗證，逐漸形成了股骨近端內部骨小梁分為主壓力骨小梁、主拉（張）力骨小梁、次壓力骨小梁及次拉力骨小梁等結構。Dixon[7]認為，股骨近端外部的隆起結構（大小轉子）是髖部肌肉附著處，實際的承重結構為股骨干管型骨質向股骨頭頸內的延伸部分。
3.2 骨小梁與股骨頸骨折
骨質疏松可以導致股骨近端的生物力學性能明顯下降。各種原因導致的骨小梁數量和質量下降、力學強度降低，都會形成骨質疏松癥，股骨近端的生物力學結構和性能下降。當作用于股骨近端的外力超過骨結構所能承受的極限達到屈服點時，會發生骨折，最常見的為股骨頸骨折。由于骨組織抗張應力能力較弱，故骨折多發生在承受張應力最大的部位，即股骨頸外上頭頸交界處[8]，這與本實驗結果是一致的。本研究發現，水平骨小梁主要從股骨頭前上方進入，垂直骨小梁從下方進入稍偏后，兩者構成橢圓形長軸，處于短軸上的后上方骨質極其薄弱，是最先發生骨折的部位。而在股骨頸下方，垂直骨小梁起自股骨距上端，其與股骨距連接的部位強度相對薄弱。在股骨頸骨折時，股骨頭向后上方傾倒，垂直骨小梁與股骨距交界處發生斷裂。由于股骨頸骨折時，下肢多處于屈曲外旋位，垂直骨小梁受到外旋和剪切力的雙重作用，其與股骨距連接處常發生粉碎性骨折或缺損。這與股骨頸骨折的 CT 影像學特征是一致的[9]。
隨著醫學影像和數字技術的進步，股骨近端骨質分布與骨折發生關系的研究得到較多關注。Poole 等[10]對高齡女性股骨頸骨折患者進行髖部 CT 掃描，利用圖像處理軟件建立皮質骨的厚度分布云圖發現，所有股骨近端在頭頸交界區上方均有一明顯的骨質薄弱區，該區域的位置與股骨頸骨折部位高度一致。Johannesdottir 等[11]對 400 余例老年人股骨頸 CT 圖像進行測量后發現，股骨頸中段骨皮質的分布存在差別，上方骨皮質的厚度明顯小于下方，男性差別更為顯著；研究認為股骨頸上方的骨皮質，即水平骨小梁，是抵御股骨頸骨折的重要因素。
平行螺釘固定是治療股骨頸骨折最常用的手術方法，螺釘位置對骨折愈合有重要影響。Lindequist[12]對 87 例股骨頸骨折采用 2 枚螺釘固定并隨訪，發現將近端螺釘置于股骨頸后上方和遠端螺釘偏下放置有利于骨折愈合。這與我們的觀察結果是一致的，從股骨近端三維數字模型看，水平骨小梁在股骨頭頸的位置略偏后上方。目前股骨頸骨折多采用 3 枚螺釘倒三角固定，需盡量將 1 枚固定于股骨頸橫截面后上方，以實現最大固定穩定。
3.3 骨小梁與股骨轉子間骨折
作為股骨近端最主要的承重結構，骨小梁對股骨轉子間骨折治療的穩定性起至關重要的作用。傳統觀點認為，包含小轉子的后內側骨折塊，即垂直骨小梁，是決定股骨轉子間骨折穩定性的關鍵因素，恢復后內側骨皮質相互砥著是轉子間骨折手術治療的首要目標[13]。但后內側骨塊位置較深，復位固定較為困難。張世民教授提出了一種新的復位理念——內側皮質正性支撐復位[14]。在不穩定型股骨轉子間骨折的治療中，由于閉合手法復位和 C 臂 X 線機透視的影像分辨率不高，術中很難獲得真正的解剖復位，此時可將頭頸骨塊內側皮質復位至股骨干內側皮質的內上方 1～2 mm 位置（髓外對位）。術后在肌肉收縮和承重的情況下，頭頸骨折塊沿拉力螺釘（螺旋刀片）的軸向滑動，與股骨干皮質密切接觸，獲得皮質支撐而達到二次穩定。該端-側皮質接觸的正性復位方法，理論上可以重建股骨近端的內側支撐，但與端-端皮質接觸的解剖復位相比，是否具有更好的生物力學穩定性，尚需要進一步研究。
水平骨小梁的正常強度不僅有助于防止股骨頸骨折，對股骨轉子間骨折治療的穩定性也有重要影響。馬信龍等[15]對股骨近端骨小梁的生物力學特征進行研究，發現水平骨小梁具有明顯的各向異性，在股骨頸部位主要承受張應力，Ward 三角區主要承受壓應力，靠近內側在主壓力方向是承受壓應力，在主張力方向承受張應力。股骨轉子間骨折在采用動力髖螺釘等具有滑動加壓功能的材料固定時，包含水平骨小梁的大轉子骨折塊對股骨頭頸具有側方支撐作用，即外側壁的支撐效應[16]。從解剖上看，外側壁指股外側肌嵴起點以下至小轉子中點平面的股骨近端外側皮質，即拉力骨小梁的起點部分[17-18]。完整的外側壁可以支撐股骨頭頸骨塊，對抗股骨干內移、防止頭頸骨塊的旋轉、內翻以及螺釘后退。因此，外側壁完整與否對于股骨轉子間骨折內固定的穩定性起著關鍵作用，其意義甚至可能超過尖頂距。
3.4 本研究的臨床指導意義
骨小梁是預防股骨頸骨折和股骨轉子間骨折治療的重要支撐結構。老年人骨質疏松，骨小梁強度會相應下降。日常行走時，人體質量會導致應力集中于股骨頭頸交界處，可能導致骨小梁疲勞性骨折。除了加強教育和鍛煉身體以及服用防止骨質疏松藥物外，減少股骨頭負荷是預防股骨頸骨折最有效的方法。對于老年人，持杖行走可以降低股骨頭頸應力，應大力提倡。
作者貢獻：祝曉忠、梅炯負責科研方案設計、論文修改；倪明、賈光耀、劉時偉負責科研實施、標本實驗、數據整理、論文撰寫；戴亞輝、張英琪負責醫學圖像處理。
利益沖突：所有作者聲明，在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突。課題經費支持沒有影響文章觀點和對研究數據客觀結果的統計分析及其報道。
機構倫理問題：研究方案經同濟大學附屬同濟醫院（上海市同濟醫院）醫學倫理委員會批準［（同）倫審 K-2014-023 號）］。
股骨是人體最長最主要的承重骨之一，其長度約為身高的 1/4。股骨近端連接骨盆與股骨干，具有非常獨特的解剖特征和重要的生理功能。作為連接軀干和下肢的骨性結構，股骨近端承受著人體垂直向下的應力和髖關節活動產生的剪切力的雙重作用，股骨近端骨折一直是臨床治療難點。正確理解股骨近端的解剖和生物力學特征，有助于對其損傷進行合理的治療。
國際內固定研究協會（AO/ASIF）將小轉子下緣以上平面的骨組織定義為股骨近端，主要包括股骨頭、股骨頸、股骨大小轉子和骨小梁等結構[1]。骨小梁是股骨近端骨皮質在松質骨內的延伸，按照其所在位置可分為主壓力小梁、主張力小梁、次壓力小梁、次張力小梁和大轉子小梁 5 組[2]。骨小梁是股骨近端的主要承重結構，了解其形態特征對于預防和治療股骨近端骨折具有重要意義。影像學或斷層解剖學研究可以對骨小梁的某一層面進行觀察，但不能對其立體空間上的連續性進行觀察[3-4]。對骨骼進行 CT 或 micro-CT 掃描，并借助 Mimics 等醫學圖像處理軟件，可以重建出股骨近端的三維影像；但由于骨小梁的 CT 灰度值與松質骨非常接近，三維影像難以將兩者有效區分[5-6]，因此難以重建出骨小梁真實的空間構型。
手工刮除是一種非常傳統而且簡單的方法，可用于對硬度不同的組織進行分離并保留最終結構。人類的雙手有著非常精密的“手感”，即皮膚、肌肉及神經組成的觸覺與力反饋系統，是機器所無法比擬的。Hammer[5]曾通過手工刮除松質骨的方法研究股骨近端和股骨距的解剖特征。本研究擬通過手工刮除的方法去除股骨近端較脆弱的松質骨，保留硬度較大的皮質骨和骨小梁等結構。在此基礎上，通過建立骨小梁的三維影像模型，對骨小梁的空間形態和骨小梁與股骨近端主要解剖標志的關系進行定量分析，從而為理解骨小梁的結構與力學功能、股骨近端骨折機制和治療方法提供參考。
1 材料與方法
1.1 標本來源
選取 6 具成人干燥股骨標本，年齡 58～71 歲，平均 66 歲；由同濟大學醫學院解剖教研室提供。肉眼檢查骨結構無異常，攝 X 線片排除內部腫瘤等病變后，在小轉子下方約 10 cm 處截斷。將股骨近端標本行 micro-CT 掃描，圖像以 DICOM 格式保存。見圖 1a。
圖1
標本 X 線片和 micro-CT 掃描圖像
a. 完整股骨近端標本；b. 骨小梁標本
Figure1. X-ray films and micro-CT scans of specimensa. Complete proximal femur specimen; b. Trabecular bone specimen
1.2 手工刮除法制備股骨近端骨小梁標本
用砂紙打磨股骨近端標本表面，再用骨銼、骨刀及咬骨鉗去除所有表面皮質骨。顯露松質骨后，用刮匙以執筆勢刮除疏松松質骨。為保證手工刮除過程中能提供相對均衡的力量，由同一名實驗者采用執筆勢握持頭部較鈍的刮匙，用相同的力量操作，每持續用力 5 min 后休息 10 min，這樣可較好地感知骨質的硬度。當采用同等力量不能刮除后，留下的所有骨結構即為骨小梁和股骨距。對骨小梁的空間形態進行大體觀察。
將骨小梁標本攝 X 線片后，去除遠端部分皮質行 micro-CT 掃描。CT 型號為 eXplore Locus User Guide（通用電氣公司，美國），在 eXplore Locus 的基礎上采用 cone-beam 平板探測器技術，旋轉 1 圈可對整個掃描樣品全部體積成像。該系統可對直徑大至 70 mm 的單個或多個標本同時成像，一次采集最長長度為 100 mm，分辨率<8 μm。CT 圖像以 DICOM 格式保存。見圖 1b。
1.3 含有骨小梁的股骨近端三維數字模型建立
將完整股骨近端和骨小梁的 CT 圖像導入 Mimics18.0 軟件（Materialise 公司，比利時）。以標準的成人骨質閾值（CT 值 213～2 938 Hu）為“蒙板”（Masks）范圍，選擇分割菜單中的“從蒙板計算 3D 結構”（Calculate 3D from Masks），采用“高質量”（High Quality）計算方法，重建出股骨近端和骨小梁三維模型，以 STL 格式保存。利用股骨距的空間位置進行配準，建立含有骨小梁的股骨近端三維模型。具體步驟如下：① 在骨小梁模型的股骨距表面選擇 3 個標志點；② 在完整股骨模型的股骨距表面相同位置選擇 3 個標志點；③ 利用 Mimics18.0 軟件的自動配準功能，以標志點進行模型配準；④ 肉眼下檢查配準情況，如果輕微誤差可手動調節，如果誤差較大則重新尋找標志點二次配準，直到滿意為止。見圖 2。
圖2
含有骨小梁的股骨近端三維數字模型
a. 前視圖；b. 側視圖；c. 后視圖
Figure2. Three-dimensional digital model of proximal femur with bone trabeculara. Anterior view; b. Lateral view; c. Posterior view
1.4 模型測量及分析
① 在三維圖像融合的基礎上，觀察骨小梁的空間形態，以及骨小梁與股骨近端骨面和相關解剖標志的關系。② 記錄 6 具標本三維數字模型中，骨小梁沿股骨頸長軸方向在矢狀面、冠狀面和橫截面上與股骨頭骨面以及大、小轉子等骨結構的平均距離。以骨小梁在股骨頭融合區的中心位置為圓心，沿股骨頸長軸和垂直方向作直線，測量直線上骨小梁到骨面的距離。由于垂直骨小梁與股骨頸內側骨皮質融合為一體，所以主要對水平骨小梁與骨面的距離進行測量。③ 測量水平骨小梁和垂直骨小梁的空間夾角，即兩組骨小梁的長軸在冠狀面上投影的夾角。見圖 3。
圖3
骨小梁與股骨近端骨面的距離及水平和垂直骨小梁夾角的測量示意圖
a. 冠狀面；b. 矢狀面；c. 骨小梁夾角
Figure3. Distance of trabecula system to proximal femoral surface and angle of horizontal and vertical trabeculara. Coronal plane; b. Sagittal plane; c. Angle of trabeculae
2 結果
2.1 股骨近端骨小梁空間形態
骨小梁按其所在位置可分為水平骨小梁和垂直骨小梁。水平骨小梁為張力骨小梁，起自股骨大轉子下緣骨面，沿股骨頸前傾角向前上內方走行，與股骨頸前上方骨皮質融合后向股骨頭延伸，最終從股骨頭前上方進入，終止于股骨頭內下方。在股骨頭內，水平骨小梁與股骨距發出的垂直骨小梁交叉。骨質較致密的標本中，水平骨小梁與外側壁中點在矢狀面上有較薄的致密小梁連接，且前側轉子間線的皮質骨也發出骨小梁匯入水平骨小梁。對于骨質疏松的標本，水平骨小梁向前、向上、向內與股骨頸前上方骨皮質相融合，融合點多在骨質較堅強的前側轉子間線的前方，即水平骨小梁穿過轉子間線后，前側再與股骨頸前上方骨皮質融合。垂直骨小梁（壓力骨小梁）起自小轉子下緣及股骨距內上部，發出后呈近似圓錐狀放射向股骨頭內上方走行。垂直骨小梁與水平骨小梁在股骨頸沒有交集，在股骨頭中心區交叉融合。見圖 4。
圖4
骨小梁三維空間形態
a. 大體標本前后觀；b. 三維數字模型
Figure4. Three-dimensional morphology of trabecula systema. Anterior and posterior gross views of specimen; b. Three-dimensional digital model
2.2 骨小梁與骨面的距離及不同骨小梁的夾角
水平骨小梁走行過程中與股骨大轉子骨面距離較遠，為 17.3～26.8 mm，平均 22.66 mm。在股骨頸范圍，其走行于股骨頸后側，部分與股骨頸皮質融合。在股骨頭內，水平骨小梁與垂直骨小梁融合為一類球體，其到股骨頭骨面的距離在不同截面有所不同：在矢狀面，其與股骨頭骨面的距離為 6.3～7.2 mm，平均 6.88 mm；在冠狀面，其與股骨頭后側骨面距離較小，部分與骨面融合，與前內側距離較大，為 5.8～7.6 mm，平均 6.32 mm；在橫截面，與股骨頭骨面的距離為 5.6～6.3 mm，平均 6.30 mm。垂直骨小梁在股骨頸水平與股骨頸內側皮質融合并向上走行，在股骨頭內與水平骨小梁斜向交叉。水平骨小梁與垂直骨小梁的夾角為 129～150°，平均 140.67°。
3 討論
3.1 骨小梁的構型與 Wolff 定律
關于骨小梁空間構型的形成原因及其與股骨近端穩定的關系，很多研究者從多種角度進行解釋，其中最經典的是 Wolff 定律。Wolff 定律由德國醫學博士 Wolff 在 1892 年提出，他認為骨骼的形態與其所擔負的功能一致，骨骼具有適應功能需要的能力。Meyer（1867）、Roux 等（1881）提出 Trajectorial 系統理論，即當外力作用于有彈力的機體時，機體內部可產生兩個主要方向的應力，在其中一個方向上產生最大壓應力，另一個方向上產生最大張應力。股骨近端是解釋這一理論的最好案例。Tobin（1995）總結前人研究后指出，在股骨近端有兩個主要的骨小梁模式：第一部分是從內側部分發出的向上延伸到頭部的壓力組；第二部分為拉力組，從外側部分發出，向內上方走行，止于股骨頸的上部和股骨頭的前部，兩個系統呈直角相交[2]。這一理論后來被影像學檢查及解剖學研究驗證，逐漸形成了股骨近端內部骨小梁分為主壓力骨小梁、主拉（張）力骨小梁、次壓力骨小梁及次拉力骨小梁等結構。Dixon[7]認為，股骨近端外部的隆起結構（大小轉子）是髖部肌肉附著處，實際的承重結構為股骨干管型骨質向股骨頭頸內的延伸部分。
3.2 骨小梁與股骨頸骨折
骨質疏松可以導致股骨近端的生物力學性能明顯下降。各種原因導致的骨小梁數量和質量下降、力學強度降低，都會形成骨質疏松癥，股骨近端的生物力學結構和性能下降。當作用于股骨近端的外力超過骨結構所能承受的極限達到屈服點時，會發生骨折，最常見的為股骨頸骨折。由于骨組織抗張應力能力較弱，故骨折多發生在承受張應力最大的部位，即股骨頸外上頭頸交界處[8]，這與本實驗結果是一致的。本研究發現，水平骨小梁主要從股骨頭前上方進入，垂直骨小梁從下方進入稍偏后，兩者構成橢圓形長軸，處于短軸上的后上方骨質極其薄弱，是最先發生骨折的部位。而在股骨頸下方，垂直骨小梁起自股骨距上端，其與股骨距連接的部位強度相對薄弱。在股骨頸骨折時，股骨頭向后上方傾倒，垂直骨小梁與股骨距交界處發生斷裂。由于股骨頸骨折時，下肢多處于屈曲外旋位，垂直骨小梁受到外旋和剪切力的雙重作用，其與股骨距連接處常發生粉碎性骨折或缺損。這與股骨頸骨折的 CT 影像學特征是一致的[9]。
隨著醫學影像和數字技術的進步，股骨近端骨質分布與骨折發生關系的研究得到較多關注。Poole 等[10]對高齡女性股骨頸骨折患者進行髖部 CT 掃描，利用圖像處理軟件建立皮質骨的厚度分布云圖發現，所有股骨近端在頭頸交界區上方均有一明顯的骨質薄弱區，該區域的位置與股骨頸骨折部位高度一致。Johannesdottir 等[11]對 400 余例老年人股骨頸 CT 圖像進行測量后發現，股骨頸中段骨皮質的分布存在差別，上方骨皮質的厚度明顯小于下方，男性差別更為顯著；研究認為股骨頸上方的骨皮質，即水平骨小梁，是抵御股骨頸骨折的重要因素。
平行螺釘固定是治療股骨頸骨折最常用的手術方法，螺釘位置對骨折愈合有重要影響。Lindequist[12]對 87 例股骨頸骨折采用 2 枚螺釘固定并隨訪，發現將近端螺釘置于股骨頸后上方和遠端螺釘偏下放置有利于骨折愈合。這與我們的觀察結果是一致的，從股骨近端三維數字模型看，水平骨小梁在股骨頭頸的位置略偏后上方。目前股骨頸骨折多采用 3 枚螺釘倒三角固定，需盡量將 1 枚固定于股骨頸橫截面后上方，以實現最大固定穩定。
3.3 骨小梁與股骨轉子間骨折
作為股骨近端最主要的承重結構，骨小梁對股骨轉子間骨折治療的穩定性起至關重要的作用。傳統觀點認為，包含小轉子的后內側骨折塊，即垂直骨小梁，是決定股骨轉子間骨折穩定性的關鍵因素，恢復后內側骨皮質相互砥著是轉子間骨折手術治療的首要目標[13]。但后內側骨塊位置較深，復位固定較為困難。張世民教授提出了一種新的復位理念——內側皮質正性支撐復位[14]。在不穩定型股骨轉子間骨折的治療中，由于閉合手法復位和 C 臂 X 線機透視的影像分辨率不高，術中很難獲得真正的解剖復位，此時可將頭頸骨塊內側皮質復位至股骨干內側皮質的內上方 1～2 mm 位置（髓外對位）。術后在肌肉收縮和承重的情況下，頭頸骨折塊沿拉力螺釘（螺旋刀片）的軸向滑動，與股骨干皮質密切接觸，獲得皮質支撐而達到二次穩定。該端-側皮質接觸的正性復位方法，理論上可以重建股骨近端的內側支撐，但與端-端皮質接觸的解剖復位相比，是否具有更好的生物力學穩定性，尚需要進一步研究。
水平骨小梁的正常強度不僅有助于防止股骨頸骨折，對股骨轉子間骨折治療的穩定性也有重要影響。馬信龍等[15]對股骨近端骨小梁的生物力學特征進行研究，發現水平骨小梁具有明顯的各向異性，在股骨頸部位主要承受張應力，Ward 三角區主要承受壓應力，靠近內側在主壓力方向是承受壓應力，在主張力方向承受張應力。股骨轉子間骨折在采用動力髖螺釘等具有滑動加壓功能的材料固定時，包含水平骨小梁的大轉子骨折塊對股骨頭頸具有側方支撐作用，即外側壁的支撐效應[16]。從解剖上看，外側壁指股外側肌嵴起點以下至小轉子中點平面的股骨近端外側皮質，即拉力骨小梁的起點部分[17-18]。完整的外側壁可以支撐股骨頭頸骨塊，對抗股骨干內移、防止頭頸骨塊的旋轉、內翻以及螺釘后退。因此，外側壁完整與否對于股骨轉子間骨折內固定的穩定性起著關鍵作用，其意義甚至可能超過尖頂距。
3.4 本研究的臨床指導意義
骨小梁是預防股骨頸骨折和股骨轉子間骨折治療的重要支撐結構。老年人骨質疏松，骨小梁強度會相應下降。日常行走時，人體質量會導致應力集中于股骨頭頸交界處，可能導致骨小梁疲勞性骨折。除了加強教育和鍛煉身體以及服用防止骨質疏松藥物外，減少股骨頭負荷是預防股骨頸骨折最有效的方法。對于老年人，持杖行走可以降低股骨頭頸應力，應大力提倡。
作者貢獻：祝曉忠、梅炯負責科研方案設計、論文修改；倪明、賈光耀、劉時偉負責科研實施、標本實驗、數據整理、論文撰寫；戴亞輝、張英琪負責醫學圖像處理。
利益沖突：所有作者聲明，在課題研究和文章撰寫過程中不存在利益沖突。課題經費支持沒有影響文章觀點和對研究數據客觀結果的統計分析及其報道。
機構倫理問題：研究方案經同濟大學附屬同濟醫院（上海市同濟醫院）醫學倫理委員會批準［（同）倫審 K-2014-023 號）］。
