引用本文： 江旭, 張恒輝, 胡旭民, 謝凱, 闞天佑, 李波, 張弛, 艾松濤, 高梁斌, 嚴孟寧, 王燎. 無癥狀人群與發育性髖關節發育不良人群髖臼三維朝向的半自動測量與對比分析. 中國修復重建外科雜志, 2021, 35(12): 1555-1562. doi: 10.7507/1002-1892.202107112 復制
異常的髖臼朝向會引起股骨髖臼撞擊綜合征和髖關節骨關節炎的發生，異常的臼杯假體朝向會導致假體磨損加快、移位、松動及撞擊脫位等問題[1-4]。因此，對髖臼朝向的分析可以提升臨床醫生對髖部疾病的理解，并指導診療。
傳統基于X線片和二維CT圖像的髖臼朝向分析，其結果準確性受到患者體位、X線光源位置等因素的影響，難以反映髖臼的真實朝向[5-6]。使用二維影像進行分析，對于臨床醫生的空間想象能力也是一種挑戰。因此，基于CT三維重建的髖臼朝向分析是目前的“金標準”[7]。前傾角和外展角是評估髖臼朝向最重要的兩個二維位置參數，聯合分析這2個角度有助于實現髖臼三維朝向的準確判斷。Murray[4]總結了3種不同參考系下的髖臼前傾角和外展角測量方法，包括解剖學、手術學和影像學，3種方法有不同的應用情景，3者之間也可以相互轉化。一些研究在此基礎上開展了對無癥狀人群髖臼三維朝向的測量研究，分析了髖臼三維朝向的分布及雙側差異[8-12]。相對于無癥狀人群，發育性髖關節發育不良（developmental dysplasia of the hip，DDH）人群的髖臼形態更不規則，存在髖臼變淺、髖臼部分骨缺損、邊緣骨贅形成等情況，使髖臼三維朝向分析更加困難。目前對于DDH人群的髖臼三維朝向分析研究尚少，且樣本量有限；對于無癥狀人群和DDH人群髖臼朝向差異的分析研究則更少。Yang等[13]對兩人群間髖臼朝向差異進行了分析，但存在著年齡基線不同的不足。
本研究基于CT影像學資料，利用已得到驗證的半自動測量軟件MaxTHA[8-9]，對無癥狀人群和DDH人群的髖臼三維朝向進行大樣本測量，同時平衡兩人群間的年齡基線，對比分析兩組人群間及各亞組性別間和雙側髖臼朝向差異，以期對髖臼杯假體的設計、選擇及術前規劃提供參考。報告如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
無癥狀人群納入標準：① 非骨科疾病人群，包括腎臟疾病和血管疾病；② 年齡30～70歲；③ 無髖關節癥狀，包含完整骨盆CT數據。DDH人群納入標準：① 年齡30～70歲；② 中心邊緣角（center edge angle，CE）<20°；③ 單側或雙側DDH，Crowe分型為Ⅰ～Ⅳ型；④ 無骨盆腫瘤、骨折史、既往骨盆手術史，包含完整骨盆CT數據。最終從上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院影像數據庫中收集無癥狀人群骨盆CT 84例（無癥狀組），DDH患者骨盆CT 47例（DDH組）。
無癥狀組：男46例，女38例；年齡55（48，59）歲，其中男性年齡53（44，58）歲、女性年齡57（52，60）歲。DDH組：男18例，女29例；年齡55（47，62）歲，其中男性年齡57（44，64）歲、女性年齡53（48，62）歲。DDH單側24例（男15例、女9例），雙側23例（男3例、女20例）。Crowe分型：Ⅰ型20髖，Ⅱ型20髖，Ⅲ型24髖，Ⅳ型6髖。兩組人群性別構成及年齡（包括男女亞組年齡）比較差異均無統計學意義（P>0.05）。
1.2 骨盆分割建模
所有CT影像均由128排Siemens SOMATOM Definition Flash雙源CT（Siemens公司，德國）掃描獲得；掃描參數：層厚1 mm，分辨率0.98像素；CT數據以DICOM格式導出備用。將收集的CT數據導入半自動測量軟件MaxTHA中，該軟件可實現骨盆股骨的自動三維建模。為更真實地重建骨盆模型，包括髖臼邊緣的自然輪廓，對模型表面進行最小程度的平順處理。股骨和骨盆的分割需要手工識別髖臼間隙，通過球體遮掩模型實現快速分割。
1.3 坐標系的建立與髖臼朝向的測量
1.3.1 建立坐標系
測量髖臼朝向前需建立骨盆三維模型的坐標系。由雙側髂前上棘和雙側恥骨結節最腹側點組成的骨盆前平面，已成為髖臼三維朝向測量公認的標準冠狀面（圖1a）[14-15]。由于髂前上棘和恥骨結節難以辨認，為避免手動取點誤差，MaxTHA軟件開發了切點修正的迭代算法，在手動標點的基礎上進行迭代運算，自動選擇雙側髂前上棘、恥骨結節最腹側的點和恥骨結節中點，保證了骨盆前平面的可靠性。中矢面是骨盆的鏡像面，該軟件以雙側髂前上棘和雙側恥骨結節的鏡像面作為骨盆模型的中矢面。在手工標點的基礎上，該軟件自動選取標點周圍更大范圍的骨面組成點云，再通過最近點迭代算法計算出中矢面，保證了骨盆中矢面的可靠性。骨盆橫平面是通過雙側髂前上棘并與骨盆前平面、骨盆中矢面互相垂直的平面。3個平面共同構成骨盆三維模型的坐標系，為髖臼三維朝向測量提供了可靠的坐標。
圖1
骨盆坐標系和髖臼朝向的角度定義
a. 骨盆坐標系；b. 髖臼軸線；c. OA和OI測量；d. RA和RI測量；e. AA和AI測量
Figure1. Schematic diagram of the pelvic coordinate system and the angular definitions of acetabular orientationa. Pelvic coordinate system; b. Axis of the acetabulum; c. Measurements of OA and OI; d. Measurements of RA and RI; e. Measurements of AA and AI
1.3.2 髖臼朝向的測量
避開髖臼橫韌帶的缺口，在髖臼邊緣手動選取約20個點。通過最小二乘法計算最佳髖臼開口圓，通過髖臼中心并垂直于髖臼開口圓的軸線即為髖臼軸線（圖1b）。髖臼軸線相對于坐標系的位置關系以前傾角和外展角表示，可以被MaxTHA軟件自動計算并導出。測量3種定義下的前傾角和外展角，包括手術學外展角（operative inclination，OI）、影像學外展角（radiographic inclination，RI）、解剖學外展角（anatomic inclination，AI）以及手術學前傾角（operative anteversion，OA）、影像學前傾角（radiographic anteversion，RA）和解剖學前傾角（anatomic anteversion，AA）。見圖1c、d。
進行以下各組別間的髖臼朝向指標比較：無癥狀組與DDH組健、患側間比較；正常組（無癥狀組+DDH正常側）與DDH組不同Crowe分型組間比較；無癥狀組和DDH組男、女亞組間比較；無癥狀組左、右側間比較。
1.4 統計學方法
采用SPSS23.0統計軟件進行分析。計量資料以均數±標準差表示，多組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用Bonferroni檢驗，雙側間比較采用配對t檢驗，男女性別組間比較采用獨立樣本t檢驗；計數資料組間比較采用χ2檢驗。檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 無癥狀組與DDH組健、患側間比較
無癥狀組與DDH組健側的髖臼朝向各角度參數差異均無統計學意義（P>0.05）。DDH組患側髖臼外展角（OI、RI、AI）顯著大于健側和無癥狀組，AA顯著小于健側和無癥狀組，差異有統計學意義（P<0.05）；其余角度參數各組間差異均無統計學意義（P>0.05）。見表1。
表1
無癥狀組與DDH組健、患側間髖臼朝向比較（
，°）
Table1.
Comparison of acetabular orientation between asymptomatic group and healthy and affected sides of DDH group (
, °)
2.2 正常組與DDH組不同Crowe分型組間比較
Crowe Ⅰ型組與正常組髖臼朝向各角度參數比較差異均無統計學意義（P>0.05）。髖臼外展角（OI、RI、AI）呈現隨Crowe分型增加而增大的趨勢，Crowe Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型組顯著大于正常組，Crowe Ⅲ型組的OI、Ⅳ型組的RI和AI顯著大于Ⅰ型組，Crowe Ⅳ型組的AI顯著大于Ⅱ型組，差異均有統計學意義（P<0.05）。除Crowe Ⅲ型組外，各髖臼前傾角（OA、RA、AA）也呈現隨Crowe分型增加而增大的趨勢，Crowe Ⅲ型組各前傾角顯著小于除Ⅰ型組外的各組，差異有統計學意義（P<0.05）；Crowe Ⅳ型組各前傾角大于其余各組且變異度最大，但差異多無統計學意義（P>0.05）。見表2。
表2
正常組與DDH組不同Crowe分型組間髖臼朝向比較（
，°）
Table2.
Comparison of acetabular orientation between normal group and DDH group with different Crowe classifications (
, °)
2.3 無癥狀組和DDH組男、女性別亞組間比較
無癥狀組女性各髖臼前傾角（OA、RA、AA）顯著大于男性，差異有統計學意義（P<0.05）；各髖臼外展角（OI、RI、AI）男女性別間差異無統計學意義（P>0.05）。DDH組女性OA和AI顯著大于男性，差異有統計學意義（P<0.05）；其余角度參數男女性別間差異均無統計學意義（P>0.05）。見表3。
表3
無癥狀組和DDH組男、女性別亞組間髖臼朝向比較（
，°）
Table3.
Comparison of acetabular orientation between male and female subgroups in asymptomatic group and DDH group (
, °)
2.4 無癥狀組左右側別間比較
男性無癥狀人群右側髖臼的OI、RI、AI、OA以及女性無癥狀人群右側髖臼的RI、AI均顯著大于左側，差異有統計學意義（P<0.05）；其余角度參數左右側差異均無統計學意義（P>0.05）。見表4。
表4
無癥狀組左右側別間髖臼朝向比較（
，°）
Table4.
Comparison of acetabular orientation between left and right sides in asymptomatic group (
, °)
3 討論
3.1 髖臼三維朝向的測量軟件
本研究利用MaxTHA軟件對無癥狀人群和DDH人群的髖臼三維朝向進行半自動測量。該自主開發的軟件已在既往研究中被證實具有準確性高和操作時間較短的優勢，適用于髖臼朝向的大樣本測量[11]。目前對于髖臼三維朝向的測量軟件主要分為兩大類：半自動測量和全自動測量。Lubovsky等[16]、Wang等[12]、Jó?wiak等[17]和本研究采用的MaxTHA軟件均為半自動測量，需要手動標記各解剖標志點。本研究軟件較前三者具有以下優勢：① 步驟簡化：本軟件集建模、標記解剖標志點、測量于一體，而前三者均是使用額外的軟件建立骨盆三維模型，大大增加了工作量。② 算法優化：本軟件在骨盆坐標系的建立中，使用了手動標記聯合算法優化，在很大程度上降低了人工選點的誤差。Higgins等[10]、Veilleux等[11]使用全自動軟件進行測量，需要在Mimics軟件上進行建模，完成1例髖臼朝向測量的完整操作需要花費30 min。Lee等[18]使用了一款功能優異的一體化自動測量軟件，僅需少量操作便可完成髖臼朝向的自動測量，整個過程平均耗時217.8 s。雖然本軟件完成整個過程耗時10～15 min，但是手動標記解剖點聯合算法優化，可有效避免自動化采點的不穩定，保證測量結果的可靠性。手動標記解剖點也使得MaxTHA軟件可以滿足DDH人群髖臼朝向的三維測量。
3.2 無癥狀人群和DDH人群的髖臼朝向差異
對比分析無癥狀人群和DDH人群的髖臼朝向，可加深骨科醫生對DDH的理解。我們發現無癥狀人群髖臼前傾角的變異度大于外展角，與Higgins等[10]、Veilleux等[11]和張恒輝等[8-9]的研究結果類似。對比分析國人和文獻中歐美人群的數據顯示，歐美人群的前傾角大于國人。前傾角的不同會影響人體矢狀位姿勢，為維持一定的股骨頭覆蓋率，具有不同前傾角的骨盆會發生不同程度的前后傾變化，這在一定程度上解釋了人種間、個體間骨盆位置不同[19]。本研究中無癥狀人群髖臼的前傾角和外展角范圍均超過了Lewinnek等[1]推薦的臼杯朝向“安全區”范圍：即前傾角（15±10）°，外展角（40±10）°，也與近期同類研究觀點一致[8-11]。
DDH人群患側擁有更大的外展角，髖臼更為陡峭，導致髖關節內壓力分布不均，局部壓力過高，從而引起髖關節骨關節炎進展和股骨形態異常。通過比較無癥狀人群、DDH人群健側和患側的髖臼朝向，我們發現存在DDH人群患側髖臼外展角大于健側和無癥狀人群，前傾角小于健側和無癥狀人群的趨勢。DDH人群健側的髖臼朝向和無癥狀人群間無明顯差異，說明DDH的發展并不是對稱的。進一步分析髖臼朝向和Crowe分型的關系，我們發現Crowe Ⅰ型患者與無癥狀人群的髖臼朝向差異無統計學意義（P>0.05），說明Crowe Ⅰ型患者的髖臼尚未發生改變，當達到Crowe Ⅱ型時，DDH患者的髖臼朝向才開始發生變化。其中，外展角隨著Crowe分型的增加而增大，Crowe Ⅱ型和Ⅲ型的外展角（OI、RI、AI）顯著大于正常髖臼（P<0.05）；而除了Crowe Ⅲ型外，前傾角呈現隨Crowe分型增加而增大的趨勢，Crowe Ⅲ型的前傾角在各分型中最小（P<0.05）。因為Crowe Ⅲ型的特殊情況，DDH人群的AA小于無癥狀人群（P<0.05）。Yang等[13]和曾羿等[20]對各型DDH真臼形態進行分析時，發現髖臼前傾角隨著Crowe分型的增加而增大。Fujii等[21]發現大部分DDH患者的髖臼前傾角比對照組大，但仍有約18%的DDH患者由于髖臼后壁相對不足而出現髖臼后傾的情況。Bernasek等[22]的研究則認為髖臼前傾角隨Crowe分型增加而減小，正常人平均髖臼前傾角為17°，Crowe Ⅰ～Ⅳ型的平均髖臼前傾角分別為15°、10°、7°和 –4°。本研究大體支持Yang等[13]、曾羿等[20]和Fujii等[21]的結論，但存在著Crowe Ⅲ型前傾角顯著減小的特殊情況。分析相關因素有以下幾點：① 髖臼前壁的定義，Crowe Ⅲ型患者前方骨贅增生明顯，若以骨贅前緣作為測量基準，那么髖臼出現前傾角減小的情況較為普遍；② DDH伴高位脫位患者的髖臼邊緣往往存在較為廣泛的缺損，骨贅增生不明顯，CroweⅣ型患者多屬于此類，因此髖臼前傾角往往是增大的；③ 本研究Crowe Ⅳ型患者較少，對結果可能有較大影響；④ 髖臼后壁相對不足，部分DDH患者甚至出現髖臼后傾的情況[21]。
3.3 無癥狀人群和DDH人群髖臼朝向的性別間差異
比較性別間差異時，我們發現在無癥狀人群中，女性的前傾角顯著大于男性，外展角間無明顯差異；在DDH人群中，雖然大多數參數差異無統計學意義，但是女性所有角度均呈現大于男性的趨勢。關于無癥狀人群髖臼朝向的性別間差異，文獻報道的結論并不一致。Zeng等[23]測量了中國東南部地區無癥狀人群的髖臼朝向，發現髖臼朝向存在性別差異，女性外展角顯著大于男性，但前傾角無明顯差異。舒榮寶等[24]、Wang等[12]和吳昊等[25]測量了中國中部地區無癥狀人群的髖臼朝向，發現前傾角和外展角均無性別差異。楊本濤等[26]、金進寶等[27]、張恒輝等[8-9]、Higgins等[10]和Veilleux等[11]的研究則有相同結論，女性無癥狀人群的前傾角大于男性。各報道間的差異可能源于人群納入標準的不同。關于DDH人群髖臼朝向的性別間差異，分析結果可能受到單側與雙側DDH差異的干擾。本研究中，31.03%的女性患者為單側DDH，而男性患者中有83.33%為單側DDH。因此，需要大樣本研究來進一步證實DDH患者髖臼朝向的性別間差異。
3.4 無癥狀人群髖臼朝向的雙側差異
得益于軟件測量的精確性，雙側髖臼之間的細微差異可被檢測出。無癥狀人群中存在雙側髖臼間的差異性，男性無癥狀人群右側髖臼的OI、RI、AI、OA以及女性無癥狀人群右側髖臼的RI、AI均顯著大于左側。Higgins等[10]、張恒輝等[8-9]、Lee等[18]也比較了雙側髖臼朝向之間的差異，前兩者數據顯示右側髖臼外展角大于左側，而后者數據顯示韓國人群的左側髖臼外展角大于右側；吳昊等[25]和Ma等[28]則認為雙側髖臼之間無明顯差異。但他們的測量方法難以避免手動測量誤差，測量結果的準確度難以保證。我們認為雙側髖臼朝向存在差異的原因可能源于慣用腳差異或亞臨床的下肢不等長。國人多慣用右腳支撐，兩側髖臼壓力分布不均，進而發展為雙側髖臼朝向的差異。這一猜想需要大樣本研究進一步驗證，而使用精確度高的半自動測量軟件有助于準確揭示其規律。
3.5 本研究的不足
本研究也存在一些缺陷：首先，納入樣本量較少，需要收集更多無癥狀人群骨盆CT數據，來揭示我國無癥狀人群髖臼朝向的真實情況；需要收集更多DDH人群骨盆CT數據，進一步分析髖臼朝向與Crowe分型的聯系。其次，本研究中DDH患者髖臼前壁的骨贅未去除，可能是導致DDH組Crowe Ⅲ型髖臼前傾角偏小的原因。最后，本研究使用的半自動測量軟件需要有經驗的醫生標記解剖標志點，改進的方向是進一步優化軟件以實現全自動測量，為大樣本測量提供更高效、可靠的測量工具。
綜上述，本研究通過半自動軟件測量了無癥狀人群和DDH人群的髖臼三維朝向，得到了解剖學、手術學和影像學3種不同參考系下的髖臼前傾角和外展角，發現了無癥狀人群、DDH人群健側和患側間髖臼朝向的差異，各人群髖臼朝向的性別差異和無癥狀人群髖臼朝向的雙側差異。這些髖臼朝向數據可為髖部相關疾病的診斷、手術規劃、植入器械設計、術后評估等提供基本的數據參考。
作者貢獻：王燎、嚴孟寧參與試驗設計及實施；艾松濤、張恒輝、張弛參與數據收集整理；江旭、謝凱、闞天佑參與統計分析；江旭、張恒輝、胡旭民起草文章；李波、高梁斌、王燎對文章的知識性內容作批評性審閱。
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，且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：研究方案經上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院醫學倫理委員會批準（2016141）。
異常的髖臼朝向會引起股骨髖臼撞擊綜合征和髖關節骨關節炎的發生，異常的臼杯假體朝向會導致假體磨損加快、移位、松動及撞擊脫位等問題[1-4]。因此，對髖臼朝向的分析可以提升臨床醫生對髖部疾病的理解，并指導診療。
傳統基于X線片和二維CT圖像的髖臼朝向分析，其結果準確性受到患者體位、X線光源位置等因素的影響，難以反映髖臼的真實朝向[5-6]。使用二維影像進行分析，對于臨床醫生的空間想象能力也是一種挑戰。因此，基于CT三維重建的髖臼朝向分析是目前的“金標準”[7]。前傾角和外展角是評估髖臼朝向最重要的兩個二維位置參數，聯合分析這2個角度有助于實現髖臼三維朝向的準確判斷。Murray[4]總結了3種不同參考系下的髖臼前傾角和外展角測量方法，包括解剖學、手術學和影像學，3種方法有不同的應用情景，3者之間也可以相互轉化。一些研究在此基礎上開展了對無癥狀人群髖臼三維朝向的測量研究，分析了髖臼三維朝向的分布及雙側差異[8-12]。相對于無癥狀人群，發育性髖關節發育不良（developmental dysplasia of the hip，DDH）人群的髖臼形態更不規則，存在髖臼變淺、髖臼部分骨缺損、邊緣骨贅形成等情況，使髖臼三維朝向分析更加困難。目前對于DDH人群的髖臼三維朝向分析研究尚少，且樣本量有限；對于無癥狀人群和DDH人群髖臼朝向差異的分析研究則更少。Yang等[13]對兩人群間髖臼朝向差異進行了分析，但存在著年齡基線不同的不足。
本研究基于CT影像學資料，利用已得到驗證的半自動測量軟件MaxTHA[8-9]，對無癥狀人群和DDH人群的髖臼三維朝向進行大樣本測量，同時平衡兩人群間的年齡基線，對比分析兩組人群間及各亞組性別間和雙側髖臼朝向差異，以期對髖臼杯假體的設計、選擇及術前規劃提供參考。報告如下。
1 臨床資料
1.1 一般資料
無癥狀人群納入標準：① 非骨科疾病人群，包括腎臟疾病和血管疾病；② 年齡30～70歲；③ 無髖關節癥狀，包含完整骨盆CT數據。DDH人群納入標準：① 年齡30～70歲；② 中心邊緣角（center edge angle，CE）<20°；③ 單側或雙側DDH，Crowe分型為Ⅰ～Ⅳ型；④ 無骨盆腫瘤、骨折史、既往骨盆手術史，包含完整骨盆CT數據。最終從上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院影像數據庫中收集無癥狀人群骨盆CT 84例（無癥狀組），DDH患者骨盆CT 47例（DDH組）。
無癥狀組：男46例，女38例；年齡55（48，59）歲，其中男性年齡53（44，58）歲、女性年齡57（52，60）歲。DDH組：男18例，女29例；年齡55（47，62）歲，其中男性年齡57（44，64）歲、女性年齡53（48，62）歲。DDH單側24例（男15例、女9例），雙側23例（男3例、女20例）。Crowe分型：Ⅰ型20髖，Ⅱ型20髖，Ⅲ型24髖，Ⅳ型6髖。兩組人群性別構成及年齡（包括男女亞組年齡）比較差異均無統計學意義（P>0.05）。
1.2 骨盆分割建模
所有CT影像均由128排Siemens SOMATOM Definition Flash雙源CT（Siemens公司，德國）掃描獲得；掃描參數：層厚1 mm，分辨率0.98像素；CT數據以DICOM格式導出備用。將收集的CT數據導入半自動測量軟件MaxTHA中，該軟件可實現骨盆股骨的自動三維建模。為更真實地重建骨盆模型，包括髖臼邊緣的自然輪廓，對模型表面進行最小程度的平順處理。股骨和骨盆的分割需要手工識別髖臼間隙，通過球體遮掩模型實現快速分割。
1.3 坐標系的建立與髖臼朝向的測量
1.3.1 建立坐標系
測量髖臼朝向前需建立骨盆三維模型的坐標系。由雙側髂前上棘和雙側恥骨結節最腹側點組成的骨盆前平面，已成為髖臼三維朝向測量公認的標準冠狀面（圖1a）[14-15]。由于髂前上棘和恥骨結節難以辨認，為避免手動取點誤差，MaxTHA軟件開發了切點修正的迭代算法，在手動標點的基礎上進行迭代運算，自動選擇雙側髂前上棘、恥骨結節最腹側的點和恥骨結節中點，保證了骨盆前平面的可靠性。中矢面是骨盆的鏡像面，該軟件以雙側髂前上棘和雙側恥骨結節的鏡像面作為骨盆模型的中矢面。在手工標點的基礎上，該軟件自動選取標點周圍更大范圍的骨面組成點云，再通過最近點迭代算法計算出中矢面，保證了骨盆中矢面的可靠性。骨盆橫平面是通過雙側髂前上棘并與骨盆前平面、骨盆中矢面互相垂直的平面。3個平面共同構成骨盆三維模型的坐標系，為髖臼三維朝向測量提供了可靠的坐標。
圖1
骨盆坐標系和髖臼朝向的角度定義
a. 骨盆坐標系；b. 髖臼軸線；c. OA和OI測量；d. RA和RI測量；e. AA和AI測量
Figure1. Schematic diagram of the pelvic coordinate system and the angular definitions of acetabular orientationa. Pelvic coordinate system; b. Axis of the acetabulum; c. Measurements of OA and OI; d. Measurements of RA and RI; e. Measurements of AA and AI
1.3.2 髖臼朝向的測量
避開髖臼橫韌帶的缺口，在髖臼邊緣手動選取約20個點。通過最小二乘法計算最佳髖臼開口圓，通過髖臼中心并垂直于髖臼開口圓的軸線即為髖臼軸線（圖1b）。髖臼軸線相對于坐標系的位置關系以前傾角和外展角表示，可以被MaxTHA軟件自動計算并導出。測量3種定義下的前傾角和外展角，包括手術學外展角（operative inclination，OI）、影像學外展角（radiographic inclination，RI）、解剖學外展角（anatomic inclination，AI）以及手術學前傾角（operative anteversion，OA）、影像學前傾角（radiographic anteversion，RA）和解剖學前傾角（anatomic anteversion，AA）。見圖1c、d。
進行以下各組別間的髖臼朝向指標比較：無癥狀組與DDH組健、患側間比較；正常組（無癥狀組+DDH正常側）與DDH組不同Crowe分型組間比較；無癥狀組和DDH組男、女亞組間比較；無癥狀組左、右側間比較。
1.4 統計學方法
采用SPSS23.0統計軟件進行分析。計量資料以均數±標準差表示，多組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用Bonferroni檢驗，雙側間比較采用配對t檢驗，男女性別組間比較采用獨立樣本t檢驗；計數資料組間比較采用χ2檢驗。檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 無癥狀組與DDH組健、患側間比較
無癥狀組與DDH組健側的髖臼朝向各角度參數差異均無統計學意義（P>0.05）。DDH組患側髖臼外展角（OI、RI、AI）顯著大于健側和無癥狀組，AA顯著小于健側和無癥狀組，差異有統計學意義（P<0.05）；其余角度參數各組間差異均無統計學意義（P>0.05）。見表1。
表1
無癥狀組與DDH組健、患側間髖臼朝向比較（，°）
Table1.
Comparison of acetabular orientation between asymptomatic group and healthy and affected sides of DDH group (, °)
2.2 正常組與DDH組不同Crowe分型組間比較
Crowe Ⅰ型組與正常組髖臼朝向各角度參數比較差異均無統計學意義（P>0.05）。髖臼外展角（OI、RI、AI）呈現隨Crowe分型增加而增大的趨勢，Crowe Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ型組顯著大于正常組，Crowe Ⅲ型組的OI、Ⅳ型組的RI和AI顯著大于Ⅰ型組，Crowe Ⅳ型組的AI顯著大于Ⅱ型組，差異均有統計學意義（P<0.05）。除Crowe Ⅲ型組外，各髖臼前傾角（OA、RA、AA）也呈現隨Crowe分型增加而增大的趨勢，Crowe Ⅲ型組各前傾角顯著小于除Ⅰ型組外的各組，差異有統計學意義（P<0.05）；Crowe Ⅳ型組各前傾角大于其余各組且變異度最大，但差異多無統計學意義（P>0.05）。見表2。
表2
正常組與DDH組不同Crowe分型組間髖臼朝向比較（，°）
Table2.
Comparison of acetabular orientation between normal group and DDH group with different Crowe classifications (, °)
2.3 無癥狀組和DDH組男、女性別亞組間比較
無癥狀組女性各髖臼前傾角（OA、RA、AA）顯著大于男性，差異有統計學意義（P<0.05）；各髖臼外展角（OI、RI、AI）男女性別間差異無統計學意義（P>0.05）。DDH組女性OA和AI顯著大于男性，差異有統計學意義（P<0.05）；其余角度參數男女性別間差異均無統計學意義（P>0.05）。見表3。
表3
無癥狀組和DDH組男、女性別亞組間髖臼朝向比較（，°）
Table3.
Comparison of acetabular orientation between male and female subgroups in asymptomatic group and DDH group (, °)
2.4 無癥狀組左右側別間比較
男性無癥狀人群右側髖臼的OI、RI、AI、OA以及女性無癥狀人群右側髖臼的RI、AI均顯著大于左側，差異有統計學意義（P<0.05）；其余角度參數左右側差異均無統計學意義（P>0.05）。見表4。
表4
無癥狀組左右側別間髖臼朝向比較（，°）
Table4.
Comparison of acetabular orientation between left and right sides in asymptomatic group (, °)
3 討論
3.1 髖臼三維朝向的測量軟件
本研究利用MaxTHA軟件對無癥狀人群和DDH人群的髖臼三維朝向進行半自動測量。該自主開發的軟件已在既往研究中被證實具有準確性高和操作時間較短的優勢，適用于髖臼朝向的大樣本測量[11]。目前對于髖臼三維朝向的測量軟件主要分為兩大類：半自動測量和全自動測量。Lubovsky等[16]、Wang等[12]、Jó?wiak等[17]和本研究采用的MaxTHA軟件均為半自動測量，需要手動標記各解剖標志點。本研究軟件較前三者具有以下優勢：① 步驟簡化：本軟件集建模、標記解剖標志點、測量于一體，而前三者均是使用額外的軟件建立骨盆三維模型，大大增加了工作量。② 算法優化：本軟件在骨盆坐標系的建立中，使用了手動標記聯合算法優化，在很大程度上降低了人工選點的誤差。Higgins等[10]、Veilleux等[11]使用全自動軟件進行測量，需要在Mimics軟件上進行建模，完成1例髖臼朝向測量的完整操作需要花費30 min。Lee等[18]使用了一款功能優異的一體化自動測量軟件，僅需少量操作便可完成髖臼朝向的自動測量，整個過程平均耗時217.8 s。雖然本軟件完成整個過程耗時10～15 min，但是手動標記解剖點聯合算法優化，可有效避免自動化采點的不穩定，保證測量結果的可靠性。手動標記解剖點也使得MaxTHA軟件可以滿足DDH人群髖臼朝向的三維測量。
3.2 無癥狀人群和DDH人群的髖臼朝向差異
對比分析無癥狀人群和DDH人群的髖臼朝向，可加深骨科醫生對DDH的理解。我們發現無癥狀人群髖臼前傾角的變異度大于外展角，與Higgins等[10]、Veilleux等[11]和張恒輝等[8-9]的研究結果類似。對比分析國人和文獻中歐美人群的數據顯示，歐美人群的前傾角大于國人。前傾角的不同會影響人體矢狀位姿勢，為維持一定的股骨頭覆蓋率，具有不同前傾角的骨盆會發生不同程度的前后傾變化，這在一定程度上解釋了人種間、個體間骨盆位置不同[19]。本研究中無癥狀人群髖臼的前傾角和外展角范圍均超過了Lewinnek等[1]推薦的臼杯朝向“安全區”范圍：即前傾角（15±10）°，外展角（40±10）°，也與近期同類研究觀點一致[8-11]。
DDH人群患側擁有更大的外展角，髖臼更為陡峭，導致髖關節內壓力分布不均，局部壓力過高，從而引起髖關節骨關節炎進展和股骨形態異常。通過比較無癥狀人群、DDH人群健側和患側的髖臼朝向，我們發現存在DDH人群患側髖臼外展角大于健側和無癥狀人群，前傾角小于健側和無癥狀人群的趨勢。DDH人群健側的髖臼朝向和無癥狀人群間無明顯差異，說明DDH的發展并不是對稱的。進一步分析髖臼朝向和Crowe分型的關系，我們發現Crowe Ⅰ型患者與無癥狀人群的髖臼朝向差異無統計學意義（P>0.05），說明Crowe Ⅰ型患者的髖臼尚未發生改變，當達到Crowe Ⅱ型時，DDH患者的髖臼朝向才開始發生變化。其中，外展角隨著Crowe分型的增加而增大，Crowe Ⅱ型和Ⅲ型的外展角（OI、RI、AI）顯著大于正常髖臼（P<0.05）；而除了Crowe Ⅲ型外，前傾角呈現隨Crowe分型增加而增大的趨勢，Crowe Ⅲ型的前傾角在各分型中最小（P<0.05）。因為Crowe Ⅲ型的特殊情況，DDH人群的AA小于無癥狀人群（P<0.05）。Yang等[13]和曾羿等[20]對各型DDH真臼形態進行分析時，發現髖臼前傾角隨著Crowe分型的增加而增大。Fujii等[21]發現大部分DDH患者的髖臼前傾角比對照組大，但仍有約18%的DDH患者由于髖臼后壁相對不足而出現髖臼后傾的情況。Bernasek等[22]的研究則認為髖臼前傾角隨Crowe分型增加而減小，正常人平均髖臼前傾角為17°，Crowe Ⅰ～Ⅳ型的平均髖臼前傾角分別為15°、10°、7°和 –4°。本研究大體支持Yang等[13]、曾羿等[20]和Fujii等[21]的結論，但存在著Crowe Ⅲ型前傾角顯著減小的特殊情況。分析相關因素有以下幾點：① 髖臼前壁的定義，Crowe Ⅲ型患者前方骨贅增生明顯，若以骨贅前緣作為測量基準，那么髖臼出現前傾角減小的情況較為普遍；② DDH伴高位脫位患者的髖臼邊緣往往存在較為廣泛的缺損，骨贅增生不明顯，CroweⅣ型患者多屬于此類，因此髖臼前傾角往往是增大的；③ 本研究Crowe Ⅳ型患者較少，對結果可能有較大影響；④ 髖臼后壁相對不足，部分DDH患者甚至出現髖臼后傾的情況[21]。
3.3 無癥狀人群和DDH人群髖臼朝向的性別間差異
比較性別間差異時，我們發現在無癥狀人群中，女性的前傾角顯著大于男性，外展角間無明顯差異；在DDH人群中，雖然大多數參數差異無統計學意義，但是女性所有角度均呈現大于男性的趨勢。關于無癥狀人群髖臼朝向的性別間差異，文獻報道的結論并不一致。Zeng等[23]測量了中國東南部地區無癥狀人群的髖臼朝向，發現髖臼朝向存在性別差異，女性外展角顯著大于男性，但前傾角無明顯差異。舒榮寶等[24]、Wang等[12]和吳昊等[25]測量了中國中部地區無癥狀人群的髖臼朝向，發現前傾角和外展角均無性別差異。楊本濤等[26]、金進寶等[27]、張恒輝等[8-9]、Higgins等[10]和Veilleux等[11]的研究則有相同結論，女性無癥狀人群的前傾角大于男性。各報道間的差異可能源于人群納入標準的不同。關于DDH人群髖臼朝向的性別間差異，分析結果可能受到單側與雙側DDH差異的干擾。本研究中，31.03%的女性患者為單側DDH，而男性患者中有83.33%為單側DDH。因此，需要大樣本研究來進一步證實DDH患者髖臼朝向的性別間差異。
3.4 無癥狀人群髖臼朝向的雙側差異
得益于軟件測量的精確性，雙側髖臼之間的細微差異可被檢測出。無癥狀人群中存在雙側髖臼間的差異性，男性無癥狀人群右側髖臼的OI、RI、AI、OA以及女性無癥狀人群右側髖臼的RI、AI均顯著大于左側。Higgins等[10]、張恒輝等[8-9]、Lee等[18]也比較了雙側髖臼朝向之間的差異，前兩者數據顯示右側髖臼外展角大于左側，而后者數據顯示韓國人群的左側髖臼外展角大于右側；吳昊等[25]和Ma等[28]則認為雙側髖臼之間無明顯差異。但他們的測量方法難以避免手動測量誤差，測量結果的準確度難以保證。我們認為雙側髖臼朝向存在差異的原因可能源于慣用腳差異或亞臨床的下肢不等長。國人多慣用右腳支撐，兩側髖臼壓力分布不均，進而發展為雙側髖臼朝向的差異。這一猜想需要大樣本研究進一步驗證，而使用精確度高的半自動測量軟件有助于準確揭示其規律。
3.5 本研究的不足
本研究也存在一些缺陷：首先，納入樣本量較少，需要收集更多無癥狀人群骨盆CT數據，來揭示我國無癥狀人群髖臼朝向的真實情況；需要收集更多DDH人群骨盆CT數據，進一步分析髖臼朝向與Crowe分型的聯系。其次，本研究中DDH患者髖臼前壁的骨贅未去除，可能是導致DDH組Crowe Ⅲ型髖臼前傾角偏小的原因。最后，本研究使用的半自動測量軟件需要有經驗的醫生標記解剖標志點，改進的方向是進一步優化軟件以實現全自動測量，為大樣本測量提供更高效、可靠的測量工具。
綜上述，本研究通過半自動軟件測量了無癥狀人群和DDH人群的髖臼三維朝向，得到了解剖學、手術學和影像學3種不同參考系下的髖臼前傾角和外展角，發現了無癥狀人群、DDH人群健側和患側間髖臼朝向的差異，各人群髖臼朝向的性別差異和無癥狀人群髖臼朝向的雙側差異。這些髖臼朝向數據可為髖部相關疾病的診斷、手術規劃、植入器械設計、術后評估等提供基本的數據參考。
作者貢獻：王燎、嚴孟寧參與試驗設計及實施；艾松濤、張恒輝、張弛參與數據收集整理；江旭、謝凱、闞天佑參與統計分析；江旭、張恒輝、胡旭民起草文章；李波、高梁斌、王燎對文章的知識性內容作批評性審閱。
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，且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：研究方案經上海交通大學醫學院附屬第九人民醫院醫學倫理委員會批準（2016141）。
