股骨头缺血性坏死(Avascular necrosis of the femoral head,ANFH)是骨科常见疾病,可分为创伤性ANFH和非创伤性ANFH。非创伤性ANFH所占比例较高,其病因和发生机理尚不完全清楚。在各种致病因素的作用下,首先表现为股骨头一定区域的供血不足,若病损因素不能去除,最终导致相应区域的骨组织发生缺血性坏死等病理改变,从而引起相应的临床表现。如果没有得到及时有效的治疗,最终不得不接受人工髋关节置换术,但是人工关节的使用寿命有限,对于青壮年患者,可能会接受数次翻修手术,带来严重的身心痛苦和沉重的医疗负担。因此对ANFH患者,大部分学者建议首选保留髋关节的治疗方法。保留髋关节治疗ANFH的原则是改善股骨头血运,促进坏死区修复,因此探讨股骨头血运有重要意义。股骨头的主要动脉血供来自于股骨颈动脉环。该动脉环附着于股骨颈基底关节囊,动脉环的前部由旋股外侧动脉的一个分支组成,后部由旋股内侧动脉的一个分支组成。臀下动脉分支也可参与动脉环的组成。股骨头骨内微血管呈珊瑚状,红骨髓中主要是窦状隙毛细血管,而黄骨髓中主要是动脉性毛细血管和静脉性毛细血管。红骨髓比黄骨髓的血管数量多、密度高,血运更丰富。股骨头静脉系统的容积明显大于动脉毛细血管系统。目前没有研究股骨头静脉回流的有效方法,因此相关研究报道很少。股骨头发生缺血性坏死后骨内微循环的改变,如微小血管数量、密度和形态等,研究报道也很少。ANFH的保髋手术设计理念是移除股骨头缺血区组织,改善股骨头缺血区血供,移植自体骨或异体骨,促进坏死区骨组织修复,加强修复和恢复股骨头生物力学性能防止塌陷。股骨头颈开窗减压植骨手术的设计完全符合上述治疗理念,但因为缺乏能够客观、有效评价股骨头手术范围和血运改善情况的方法,该手术的治疗效果主要取决于术者经验和技巧,治疗效果在不同研究报道中差异巨大。虽然术中CT扫描,关节镜、激光多普勒血流仪对评价死骨移除范围和股骨头血运有重要意义,但这些方法需要特殊设备和器械,所以无法在临床广泛开展。本实验观察了ANFH的微小血管分布,提出了骨腔造影(Intraosseous cavity-venography,ICVG)方法,通过动物实验探讨ICVG的有效性,比较ICVG与普通X光透视在评价手术骨腔范围和股骨头血运的作用,发现了股骨头静脉回流的一种新途径。第一部分股骨头缺血性坏死的微小血管分布的病理研究目的:观察缺血性坏死股骨头的微小血管分布,明确血供正常区和缺血区边界,为手术治疗提供病理依据。方法:2016年1月至12月在河北医科大学第三医院骨科诊治的非创伤性成人ANFH患者,共20例,其中男性16例,女性4例,中位年龄52岁(35-56岁),根据Ficat分期标准,均为V期。患者入院后行人工全髋关节置换术,股骨头标本纳入本实验。将股骨头自冠状面用摆锯剖开,分别于坏死区、修复区和健存区取材,进行脱钙、切片和HE染色处理。肉眼观察大体标本的形态及剖面病理特征,HE染色后在显微镜下观察ANFH的病理改变。在坏死区、修复区和健存区随机取5个高倍视野(200倍),计数每个视野的血管数,5次测量结果取平均值。股骨头坏死区、修复区和健存区血管计数比较用Kruskal-Wallis H秩和检验,P<0.05认为差异有统计学意义。结果:1.肉眼观察,缺血性坏死的股骨头变成扁平或蘑菇状,股骨颈变短,股骨头颈交界处有骨性增生,股骨头关节面粗糙不平,可见不同程度的软骨破损和剥脱,也可见关节软骨与软骨下骨分离。剖面观,股骨头呈不规则类圆形,外层关节软骨厚度不均匀,负重区关节软骨塌陷,软骨下区可见囊性变,其内层为硬化和坏死区,呈灰白色,骨小梁密度较健存区高,健存区呈灰黄色。2.光镜下,股骨头坏死区的组织结构紊乱,骨小粱稀疏、变细、不完整;关节软骨表层碎裂、断裂或脱落,关节软骨内可见成片分布的空骨陷窝,骨小梁间的骨髓细胞坏死,纤维组织增生明显,脂肪细胞变性、坏死和钙化,毛细血管数量减少。股骨头修复区的骨小梁结构相对完整,骨细胞和骨髓组织形态正常,骨小梁可出现增粗,也可见纤维组织增生,毛细血管数量较多,分布不均匀,部分区域密集,血管走行方向一致,由健存区向坏死区长入。股骨头健存区的组织结构完整,骨小梁排列整齐,骨小梁间可见形态正常的骨髓细胞和脂肪细胞。毛细血管数量正常,分布较均匀,血管走行方向各异。3.股骨头血管计数由多到少,依次为修复区(54.9条,范围:47.8~60.4条)、健存区(21.3条,范围:19.8~23.8条)和坏死区(3.3条,范围:1.0~4.4条),用Kruskal-Wallis H秩和检验比较三组血管计数,差异有统计学意义(Z=-5.417,P<0.001)。两两比较股骨头坏死区、修复区和健存区的微小血管计数,差异有统计学意义(P<0.001)。小结:缺血性坏死的股骨头中坏死区血管数量明显减少,血流灌注不足,在修复区血管数量明显增多,血流增多,但分布不均。而在健存区血管数量虽少于修复区,但分布均匀。本实验为ANFH手术提供了重要病理依据:股骨头健存区存在正常的血管分布,而坏死区和修复区存在血管数量或功能异常,应在手术中彻底移除。第二部分股骨远端骨腔造影的实验研究目的:在股骨远端骨腔内注入造影剂,在X光透视下观察骨腔边界、形态等特征,验证ICVG的有效性。方法:采集20例新鲜成年猪股骨标本,剔除软组织,注意保留股骨的完整性,所有标本用肉眼和X光透视排除畸形、严重骨质疏松和肿瘤等病理改变。在猪股骨远端前方、内外髁间凿开骨窗,移除骨组织,制造骨腔。用C型臂X光机透视股骨远端正、侧位并摄片;将造影剂复方泛影葡胺注射液(Compound Meglumine Diatrizoate,CMD)缓慢注入手术骨腔,至液面平骨窗且无外漏,再次用C型臂X光机透视股骨远端正、侧位并摄片;使用电动摆锯将猪股骨经骨腔沿矢状面劈开。观察普通X光透视和ICVG显示的骨腔特征;以大体标本做为金标准,比较两种方法下骨腔的密度、边界和形状以及对细节信息的显示能力。结果:1.CMD可以使手术骨腔显影。普通X光透视观察股骨远端骨腔,在正位和侧位可见骨腔呈低密度,骨组织呈高密度,皮质骨密度最高,松质骨密度略低于皮质骨。骨腔密度低于周围松质骨,可以确认骨腔存在,侧位比正位容易辨认。注入造影剂后,再次透视观察股骨远端骨腔,在正位和侧位上可见骨腔密度提高显著,高于皮质骨,与周围松质骨对比明显。2.ICVG评价骨腔边界和形态效果优于普通X光透视。股骨髁形态复杂,普通X光透视显示骨腔呈低密度,可以确定骨腔存在,但其边界模糊,无法辨认骨腔形态。ICVG显示骨腔呈高密度,边界、形态清晰易辨,骨刀痕迹等细节清晰可辨。3.ICVG显示骨腔形态、边界和细节与大体标本相同。造影显示股骨远端骨腔边界、形态与大体骨腔标本边界形态一致,两者显示骨刀痕迹形态和位置一致。普通X光透视显示骨腔边界、形态与大体观骨腔边界相似,但不能显示细小的骨刀痕迹。小结:CMD可以使骨腔显影,其评价骨腔边界和形态效果优于普通X光透视,显示骨腔形态、边界与大体观骨腔吻合。本实验验证了CMD用于ICVG的有效性,为ICVG的临床应用提供了重要实验依据。第三部分骨腔造影评价股骨头手术范围和血运的临床研究目的:在股骨头颈开窗减压植骨手术中实施ICVG,探讨该方法评价股骨头手术范围和血运的有效性和安全性。方法:2010年1月至2013年9月在河北医科大学第三医院骨科诊治的成人非创伤性ANFH患者33人(共45例股骨头),其中男性24人,女性9人,中位年龄29岁(范围:27岁至46岁)。根据成人非创伤性ANFH的Ficat分期标准,I期3例,Ⅱ期29例,Ⅲ期13例。42例FicatⅡ期和Ⅲ期ANFH接受股骨头颈开窗减压植骨手术。所有患者在术前都进行了碘过敏试验,结果均为阴性。在股骨头颈开窗减压植骨手术中实施了ICVG检查。ICVG时,屈曲髋关节使股骨头颈交界处骨窗位于骨腔最高点,将造影剂CMD注入骨腔,用无菌塑料薄膜包裹的骨蜡栓密封骨窗。即刻用C型臂X光机透视观察手术骨腔,并在40分钟内以5-8分钟间隔透视摄片。1名高年资和1名低年资骨科医师,分别独立阅读造影前、后手术骨腔的X线片,并评价骨腔边界,当可辨边界大于等于2/3时则标记为阳性(即边界可辨),否则标记为阴性(即边界不可辨)。根据手术骨腔内造影剂排空模式,进一步评价手术骨腔血液循环情况。高年资医生和低年资医生评价骨腔边界的结果采用卡方检验,P<0.05时差异有统计学意义。记录手术延长的时间。ICVG后随访2周,观察早期相关并发症。结果:1.在评价股骨头骨腔边界、形态时,ICVG优于普通X光透视。普通X光透视下,髋关节结构清晰可见,手术骨腔与周围骨组织密度相差较小,无法辨认边界和形态。造影后,骨腔密度显著升高,与周围骨组织密度对比明显,边界和形态清晰易辨。反复进行ICVG,骨腔仍可清晰显影。2.在评价骨腔边界、形态时,ICVG无临床经验依赖性。通过普通X光透视片辨认骨腔边界时,低年资医生可辨识阳性率为31.0%,高年资医生为78.6%,差异有统计学意义(χ~2=19.222,P<0.001)。通过ICVG片辨认骨腔边界时,低年资医生和高年资医生辨识阳性率均为100%。3.ICVG可以评价股骨头血运情况。ICVG后,骨腔呈高密度,若股骨头缺血改善,骨腔内造影剂被稀释、带走,可见造影剂排空,骨腔密度降低直到与周围密度相同。骨腔密度降低首先发生在股骨颈侧,然后扩展到股骨头软骨侧。当手术清除坏死区和硬化区不充分时,造影剂无排空或延迟排空,扩大手术范围,彻底清除坏死和硬化组织后,血运明显改善,则可观察到造影剂排空现象。4.单侧股骨头进行ICVG延长手术时间30至90分钟(平均50分钟),未见相关并发症。小结:ICVG显示骨腔边界、形态和细节清晰易辨,且无临床经验依赖性,结果一致性高,同时还能评价股骨头血运。ICVG安全、可靠,效果优于普通X光透视,是评价股骨头手术范围和血运的有效方法。第四部分股骨头静脉回流模式的影像研究目的:回顾性分析股骨头颈开窗减压植骨手术中ICVG病例的影像资料,探讨股骨头静脉回流模式。方法:病例资料和ICVG方法同第三部分。3例Ficat I期ANFH接受髓芯减压术,手术中行骨内静脉造影(Intraosseous venography,IV)检查。IV通过髓芯减压通道,将10ml CMD快速注射入股骨头,用C型臂X光机间隔20秒透视摄片。动态观察造影剂引流情况、股骨近端骨组织及周围软组织显影情况。结果:在42例ICVG病例中,造影即刻均可见骨腔呈高密度,骨腔与周围骨组织边界清晰锐利,其周围骨组织与股骨颈基底骨组织密度相同,软组织内未见高密度影。5分钟后,骨腔内造影剂开始排空,骨腔仍可显影,其密度明显高于周围骨组织,其周围骨组织密度升高,略高于股骨颈基底骨组织密度,周围软组织内未见明显高密度影。骨腔的股骨头侧边界仍清晰锐利,骨腔的股骨颈侧边界模糊,密度有所降低,但仍高于周围骨组织。间隔5-8分钟连续摄片观察,骨腔内造影剂持续排空,骨腔密度逐渐降低,仍可显影,其密度高于周围骨组织,周围骨组织密度略有升高,高于股骨颈基底骨组织密度,股骨颈基底及其外侧软组织可见条索状高密度影。骨腔与周围骨组织边界仍可辨认,但逐渐模糊。股骨头松质骨密度升高从股骨头关节侧开始,逐渐向股骨颈侧移动。最后,骨腔密度与周围骨组织密度相等,骨腔不能显影,但其密度高于股骨颈基底骨组织密度,股骨颈基底及其外侧软组织可见明显条索状高密度影。在3例股骨头造影病例中,通过髓芯减压通道注入造影剂即刻,股骨头密度无明显升高,减压通道显影,呈高密度,周围静脉显影,充盈度高、密度高,数量多,小静脉清晰迂曲;随造影剂排空,股骨头密度仍无明显变化,显影静脉从小到大密度先后降低到不显影,减压通道密度降低发生较晚,股骨头密度始终无明显变化。小结:ICVG是一种显示骨内微小静脉回流的有效方法。股骨头动脉血自股骨颈部滋养孔供给股骨头,至软骨下骨后折返至股骨颈基底部,被股骨颈基底部静脉收集,然后汇入股骨转子部静脉丛内,这是一种新的股骨头静脉引流模式,可以解释无骨折和脱位的髋关节创伤发生股骨头坏死的机制。结论:1.缺血性坏死的股骨头中坏死区血管数量明显减少,血流灌注不足,在修复区血管数量明显增多,血流增多,但分布不均,而在健存区血管数量虽少于修复区,但分布均匀。为ANFH手术治疗提供了重要的病理学依据。2.在新鲜猪股骨远端骨腔内注入造影剂CMD进行ICVG,明确ICVG评价手术骨腔范围的有效性,为ICVG的临床应用提供了重要实验依据。3.在股骨头颈开窗减压植骨手术中实施ICVG,发现ICVG结果清晰、易读,优于普通X光透视。明确了ICVG评价股骨头手术骨腔和血运的有效性、安全性和可靠性。4.ICVG是一种显示骨内微小静脉回流的有效方法,发现了股骨头静脉引流的一种新模式。