全新釘道骨密度測量方法實現三維可視釘道骨密度

　　隨著我國人口老齡化進程加快，以骨質疏松為代表的老年人常見疾病的治療和護理已成為重大公共衛生問題。60歲以上老年人的骨質疏松患病率為56%，特別是女性發病率更高達60%-70%，其中骨折發生率接近三分之一，每年醫療費用按最保守的估計需要人民幣150億。在所有骨折類型中，髖部骨折發病率最高，預后最差，容易誘發多項并發癥，導致髖部骨折發生一年內死亡率高達10%-30%，已成為繼心腦血管疾病和腫瘤后的第三大老年人“殺手”。通過置入髓內釘以獲得穩定復位的內固定手術治療方式具有創傷小、出血量少、術后恢復時間短等優點，已成為老年髖部骨折的首選治療方案。目前常用的髓內釘主要有兩種類型（如圖1所示）：伽瑪釘（Gamma Nail, GN）和股骨近端髓內釘（Proximal Femoral Nail Antirotation, PFNA）。GN釘需要股骨頭具有良好的骨質量來提供足夠的抓地力，PFNA 釘則更適合于股骨頭嚴重骨質流失的患者。骨密度是骨質量的重要評價指標，術前測量患者釘道位置的骨密度分布情況是選擇合適的髓內釘以順利開展內固定手術治療的重要依據。然而，目前的骨密度測量技術局限于全局骨質量的定量評價，僅能大致估算髖部整體骨密度，忽略了骨質疏松引起的局部區域骨量變化，這給髓內釘的選擇帶來了極大的不確定性，存在髓內釘斷裂、切出、固定失敗等風險。因此，如果能在術前準確測量釘道的骨密度分布情況，可為醫生選擇合適的髓內釘類型提供重要參考，提高手術成功率。

　　圖1. 兩種髓內釘類型(左：GN釘；右：PFNA釘)

　　為此，中科院蘇州醫工所高欣團隊的張睿、夏威等人聯合北京積水潭醫院放射科程曉光主任、王玲醫生，提出了一種新的釘道骨密度測量方法。該方法利用骨折患者的定量CT (Quantitative Computed Tomography, QCT)數據，借助體素形態學思想，通過函數擬合方法將每個體素的CT值轉化成骨密度值，由此構建一個骨密度評估模型。同時，多名經驗豐富的外科醫生在QCT影像上共同制定一個標準的釘道軌跡模板。最后利用三維彈性配準算法，將患者的QCT影像映射至標準釘道軌跡模板，從而自動計算出釘道骨密度，并以三維可視化的方式進行顯示。

　　圖2 顯示了股骨近端釘道骨密度的空間分布，其中以偽彩色表示骨密度值的變化情況。釘道由均等的三部分組成：S1、S2、S3，可以在圖像上直觀看到每一部分的骨密度平均值。表1顯示了釘道骨密度測量方法的可重復性實驗結果，可以看到S1、S2、S3、S4（整體釘道骨密度平均值）的變異系數均低于 5％，表明所提方法測量結果具有較好的可重復性。

圖2.釘道骨密度平均值空間分布

　　以上研究成果有潛力幫助外科醫生術前定量評估患者骨質狀態，從而為選擇合適的髓內釘類型提供理論依據。

　　相關研究成果發表在Journal of Orthopaedic Translation (SCI, IF:2.078, Q2,)。