通过成人股骨CT数据精确重建三维模型，并实现股骨解剖学参数自动化测量，研究国人股骨解剖学参数特点。
在148例成年患者中应用Mimics17.0软件根据CT数据实行建模，把建成的模型导入Geomagic Studio软件中，提取股骨解剖学标志建立三维坐标系，统一坐标系；利用Matlab软件自编程序，采用最近点迭代ICP算法和解剖学标志点的三维自动提取算法进行精确定位，自动测量股骨解剖学参数，最后对数据进行分析比较。研究数据采用独立样本t检验进行比较。
本组股骨髁左右径男性为（84.1±3.6）mm，女性为（74.8±3.3）mm；股骨髁前后径男性为（66.5±3.7）mm，女性为（61.2±3.5）mm；球头直径男性为（48.8±2.1）mm，女性为（43.4±2.2）mm，差异均有统计学意义（t=16.21、8.84、15.20，均P<0.05）；而股骨矩弧度半径男性为（112.5±24.5）mm，女性为（124.7±19.2）mm（t=3.30，P=0.002）。颈干角男性为124.9°±4.0°，女性为126.1°±5.5°（t=1.40，P>0.05）。随着身高增长，大部分解剖参数均随着增加。
股骨解剖参数三维自动测量数据较手动测量重复性高、精度高。建立和丰富股骨解剖数据库，设计研发符合国人的内固定产品十分必要。
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近年来，关节置换手术的开展不断增多。在髋关节置换手术中，为了获得满意的效果，术者期望股骨柄与股骨近端达到完美的初始匹配，这样可减少术中股骨劈裂及术后假体松动等并发症[1]。而在全膝关节置换术中一些并发症，例如假体松动和位置不良、髌股关节不稳及术后疼痛、屈伸活动受限[2]，也可能与初始匹配不佳有关。有文献报道，股骨相关参数及形状受人种、环境、年龄、性别等多种因素的影响[3]，并且国人股骨解剖参数与西方人存在差异[4,5]。因此，对股骨相关参数的精确测量显得尤为重要。本研究采用成人股骨CT数据进行精确建模，同时开发自动测量的程序，提升测量精度和速度，为建立国人的骨骼数据库提供方法学的参考，并在完善股骨解剖数据库的同时为假体的设计提供数据支持。
11例股骨尸体骨标本；148例随机入选患者来源于苏州大学附属第二医院放射科2015年1月至2018年8月的行股骨全长CT扫描的成年患者。其中男83例，女65例，年龄（66±16）岁。纳入标准：健康的成年人，对试验方案知情同意。排除标准：股骨有任何骨折及骨缺损者、CT数据不全者、股骨头坏死者、骨关节退变严重者、既往有股骨手术病史者、股骨合并有肿瘤者。
CT为薄层扫描（包含11例尸体骨标本），CT数据层厚为0.63 mm。处理软件：Mimics 17.0软件系统、Geomagic Studio软件系统和SPSS 18.0统计软件系统。
（1）建模：原始数据为包含股骨全长的CT图像，导入Mimics 17.0软件系统。建模采用阈值调整等技术，对未成像松质髓腔进行实体填充，骨骼边界精细化分割，重建股骨模型，对松质骨和髓腔的部分，通过实体填充与皮质骨求差，精确建立髓腔和松质骨的模型。并输出STL模型（图1）[6]。（2）后处理：利用Geomagic Studio软件，导入STL模型，对模型进行松弛、删除钉状物、去噪、快速平滑处理，去除建模中的伪影和人为误差。同时对导入的所有模型进行预处理，初步统一模型坐标系，为下一步自动测量建立良好的初始条件[7]。并输出点云VTX格式（图2）。（3）编程自动测量参数：利用Matlab软件自编程序，导入VTX点云格式，采用最近点迭代ICP算法和解剖学标志点的三维自动提取算法进行精确定位，最后采用解剖学参数的三维自动测量（包括空间距离和角度）[8]，精确获得每个股骨样本的解剖学参数。（4）用游标卡尺对11例尸体骨股骨头数据进行两次测量。手动第一次测量值记为A，第二次记为B；自动测量记为C；手动测量均值记为D。（5）把本组测量的生理前后径（AP值）、假体左右径（ML值）和市面上常见的股骨髁假体数据在坐标系中标出，并根据数据分布拟合直线，比较分析不同。
（1）股骨总长：为股骨头上缘到股骨髁下缘的距离。（2）球头直径：应用Geomagic软件中的最佳拟合球命令，将股骨头拟合成球体，找到球心后，测量该球体的直径记为股骨头直径。（3）颈干角：即为股骨颈的长轴与股骨干纵轴之间形成的夹角。（4）前倾角：为人体股骨颈的中轴线与股骨内外髁中点间的连线形成的夹角。（5）近端髓腔直径：截面0是股骨颈方向（股骨头中心和股骨颈中心连线）和近端髓腔的方向（股骨柄安装方向）的交点，以此为基准做水平面的辅助线，改线即为截面0，以后每隔20 mm为一个截面测量位置。（6）股骨髁AP及ML：为股骨髁内外侧缘和前后缘的大小。（7）生理内外侧后髁半径：把内外侧后髁拟合为球体，测量球体的半径即为后髁半径。（8）冠状面角度、髓腔冠状面角度：在股骨冠状面观测，股骨近端髓腔的方向和股骨干髓腔的方向所形成的夹角。（9）矢状面弧度半径、髓腔矢状面弧度半径：把骨干作为圆的一部分，找出其圆心后测量半径。（10）股骨距弧度半径：在股骨小粗隆侧测量，方法同股骨矢状面弧度。（11）颈长：即为股骨头中心至髓腔和股骨颈中线交点的距离。（12）假体ML：模拟按照股骨远端9 mm截骨后测量股骨髁左右侧距离即为假体ML（图3）。
对尸体骨股骨头自动测量和手动测量结果进行比较，分析本组结果与文献结果的差异，同时分析不同性别和体质指数（BMI）股骨测量参数的差异。
实验结果均采用SPSS 18.0软件进行统计分析，分析单个变量与解剖参数的相关性。测量数据资料用
±s表示（长度参数保留1位小数），采用独立样本t检验进行比较。以P<0.05为差异有统计学意义。
测量值A-B平均绝对值大小为（1.7±2.1）mm，A-C为（0.7±0.5）mm，B-C为（1.8±2.2）mm，D-C为（1.1±1.1）mm。理论上，3个测量值应一致，但统计分析得出自动测量与手动测量存在差异，且手动测量重复性差，误差较大，精度低。
在股骨头直径及颈干角方面，本组数据和国外数据无明显差异[9,10]，但在总长及颈长这两项参数上，可看到国外学者[11,12]测得的数据与本组数据相差较大。与国内其他学者[13,14]测得的数据比较，在颈干角、颈长、球头直径方面，本组测量的数据无明显大小差异。而在生理ML、生理AP方面，本组与国内平均数值差异较大。
±s，mm）在股骨近端方面，球头直径、颈长以及髓腔近端截面都是男性大于女性（均P<0.05）。而在颈干角、前倾角及股骨距弧度方面，男性则比女性小，其中颈干角、前倾角比较均P>0.05，而股骨距弧度半径比较P<0.05。股骨远端参数中，男性生理ML、假体ML、生理AP、生理内侧后髁半径、生理外侧后髁半径均大于女性（均P<0.05）。在股骨总长、冠状面角度、髓腔冠状面角度、矢状面弧度、髓腔矢状面弧度均为男性高于女性（均P<0.05），而冠状面角度、矢状面弧度半径方面两性虽有差异，但均P>0.05。
本组受试者身高（163±8）cm（150~180 cm）。股骨干总长、球头直径、颈长、生理ML、生理AP、生理内外后侧髁半径、矢状面弧度以髓腔近端截面大小均随身高的增加而增大。但颈干角、前倾角、冠状面角度及髓腔冠状面角度未显示出与身高存在线性关系。其中身高在180~189 cm的病例仅2例，对于前倾角过大无明显统计学意义。
在BMI从低于正常到肥胖的过程中，可看到球头直径、矢状面的弧度大致呈上升趋势，与之相反，颈干角、股骨距弧度则呈下降趋势。由于过度肥胖人数较少，统计意义不大，因此在统计过程中予以剔除，在球头直径、矢状面弧度方面，BMI大者高于BMI小者（t=2.15、2.29，均P<0.05）；而颈干角、股骨矩弧度则相反（t=0.30、1.09，均P>0.05）。
本组148例数据中股骨生理内侧后髁的大小为（19.1±1.5）mm，而生理外侧后髁为（18.3±1.6）mm，总体上内侧稍大（t=4.03，P=0.001）。并且生理内、外侧后髁并不是完全呈正相关（r=0.80，P<0.05），也就意味着内外侧后髁的伴随增长幅度不相同（图4）。
男女股骨参数数据比较（
±s，mm)
男女股骨参数数据比较（±s，mm)
| 性别 | 球头直径 | 颈长 | 颈干角（°） | 前倾角（°） | 截面0 | 截面20 mm | 截面40 mm | 截面60 mm | 截面80 mm | 假体ML |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 男 | 48.9±2.1 | 46.7±4.1 | 125.0±4.1 | 17.9±7.2 | 57.5±6.4 | 35.0±4.3 | 22.8±2.8 | 17.6±2.4 | 15.3±2.1 | 75.2±2.8 |
| 女 | 43.4±2.2 | 44.5±3.5 | 126.1±5.6 | 18.6±8.8 | 47.0±5.8 | 27.6±4.1 | 19.0±2.8 | 15.4±2.1 | 13.8±2.0 | 67.0±2.9 |
| t值 | 15.2 | 3.4 | 1.4 | 5.4 | 10.4 | - | - | - | - | 16.21 |
| P值 | 0.001 | 0.01 | 0.17 | 0.59 | 0.001 | - | - | - | - | 0.001 |
| 性别 | 总长 | 生理ML | 生理AP | 生理内侧 后髁半径 | 生理外侧 后髁半径 | 冠状面 角度（°） | 矢状面弧 度半径 | 髓腔冠状 面角度（°） | 髓腔矢状面 弧度半径 | 股骨距 弧度半径 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 男 | 443.2±18.1 | 84.1±3.6 | 66.5±3.7 | 19.9±1.2 | 19.4±1.2 | 174.5±4.4 | 988.3±199.8 | 176.5±2.4 | 943.2±193.5 | 112.5±24.5 |
| 女 | 409.7±18.8 | 74.8±3.3 | 61.2±3.5 | 18.1±1.2 | 17.1±1.1 | 173.3±3.2 | 927.9±193.3 | 174.0±6.0 | 878.5±183.0 | 124.7±19.2 |
| t值 | 10.85 | 16.21 | 8.84 | 8.84 | 11.96 | 1.84 | 1.85 | 3.15 | 2.07 | 3.30 |
| P值 | 0.001 | 0.001 | 0.001 | 0.001 | 0.001 | 0.07 | 0.07 | 0.002 | 0.04 | 0.001 |
注：男83例，女65例；-：未统计；ML：左右径；AP：前后径
本组148例数据中股骨髁生理AP为（64.2±4.5）mm，假体ML值为（71.6±5.0）mm。本实验测得的数据与市面上常见的膝关节假体进行比较，可以看到每组数据之间存在一些差异，本组数据与施乐辉、史赛克、强生三组产品数据的差异均无统计学意义（均P>0.05，图5）。
不同身高受试者股骨解剖参数（
±s，mm）
不同身高受试者股骨解剖参数（±s，mm）
| 项目 | 150~159 cm | 160~169 cm | 170~179 cm | 180~189 cm |
|---|---|---|---|---|
| 总长 | 405.4±17.8 | 428.9±18.1 | 450.9±14.6 | 484.9±1.7 |
| 球头直径 | 43.4±2.5 | 46.7±2.9 | 49.3±2.3 | 51.8±0.7 |
| 颈长 | 43.6±3.7 | 45.4±3.2 | 48.1±3.6 | 55.0±0.6 |
| 颈干角（°） | 125.3±4.8 | 126.0±4.9 | 124.8±4.8 | 125.4±1.1 |
| 前倾角（°） | 19.5±8.7 | 17.4±7.3 | 17.5±7.4 | 26.8±2.4 |
| 生理左右径 | 74.9±3.8 | 80.3±4.8 | 84.7±3.9 | 89.8±3.0 |
| 生理前后径 | 61.1±3.5 | 64.1±3.9 | 67.1±3.4 | 76.7±1.0 |
| 生理内侧后髁半径 | 18.0±1.2 | 19.1±1.2 | 20.2±1.3 | 22.0±1.5 |
| 生理外侧后髁半径 | 17.1±1.4 | 18.4±1.3 | 19.4±1.3 | 20.9±0.6 |
| 冠状面角度（°） | 172.8±3.1 | 174.9±2.6 | 173.8±5.9 | 170.6±6.0 |
| 矢状面弧度半径 | 887.1±164.8 | 970.4±203.9 | 1 025.3±230.8 | 1 093.8±179.1 |
| 髓腔冠状面角度（°） | 173.4±6.8 | 176.7±2.1 | 175.6±3.4 | 174.5±1.4 |
| 髓腔矢状面弧度半径 | 845.3±159.6 | 925.0±189.8 | 973.3±206.0 | 980.8±253.8 |
| 股骨距弧度半径 | 123.2±21.2 | 114.7±22.0 | 117.1±26.4 | 117.2±22.3 |
| 截面0 mm | 48.0±7.3 | 53.1±7.2 | 57.6±7.5 | 60.0±4.1 |
| 截面20 mm | 27.8±4.3 | 32.1±5.1 | 35.2±4.6 | 41.1±5.2 |
| 截面40 mm | 19.2±2.5 | 21.1±3.2 | 23.0±2.7 | 28.0±7.6 |
| 截面60 mm | 15.4±1.8 | 16.5±2.3 | 17.9±2.3 | 21.8±6.7 |
| 截面80 mm | 13.8±1.7 | 14.5±2.1 | 15.4±2.0 | 19.5±5.7 |
| 截面100 mm | 12.9±1.7 | 13.4±2.0 | 14.1±1.8 | 17.7±4.8 |
不同体质指数受试者股骨解剖参数（
±s，mm）
不同体质指数受试者股骨解剖参数（±s，mm）
| 项目 | <18.5 | ≥18.5~24.0 | ≥24.0~28.0 | ≥28.0~32.0 | ≥32.0 |
|---|---|---|---|---|---|
| 总长 | 421.5±19.5 | 427.9±28.9 | 430.4±20.4 | 429.2±21.8 | 415.6±7.1 |
| 球头直径 | 44.9±3.0 | 46.0±3.6 | 47.1±3.1 | 47.4±4.1 | 47.1±1.8 |
| 颈长 | 44.0±3.3 | 46.0±4.4 | 45.8±3.5 | 44.9±3.6 | 43.2±2.2 |
| 颈干角（°） | 127.0±3.7 | 125.4±5.2 | 125.5±3.8 | 123.8±5.6 | 131.4±7.6 |
| 前倾角（°） | 26.0±5.5 | 17.3±7.9 | 19.0±7.4 | 18.2±7.2 | 7.1±9.4 |
| 生理左右径 | 75.8±5.3 | 79.2±5.7 | 81.3±5.4 | 81.3±6.2 | 78.4±9.6 |
| 生理前后径 | 63.0±3.4 | 63.6±4.7 | 64.8±4.1 | 65.5±4.9 | 63.3±5.9 |
| 生理内侧后髁半径 | 18.4±1.7 | 19.0±1.5 | 19.2±1.4 | 19.4±1.8 | 19.1±1.9 |
| 生理外侧后髁半径 | 17.8±1.7 | 18.2±1.7 | 18.5±1.4 | 18.7±1.9 | 18.3±1.7 |
| 冠状面角度（°） | 175.0±2.0 | 173.6±5.0 | 174.5±2.8 | 173.3±2.0 | 173.6±4.1 |
| 矢状面弧度半径 | 834.7±169.7 | 935.3±199.1 | 1 004.5±202.0 | 1 018.0±163.5 | 819.5±52.3 |
| 髓腔冠状面角度（°） | 176.0±1.6 | 174.8±5.8 | 176.1±2.7 | 175.2±2.6 | 178.0±2.4 |
| 髓腔矢状面弧度半径 | 785.5±169.4 | 894.0±193.7 | 952.4±192.8 | 959.1±156.5 | 781.8±19.1 |
| 股骨距弧度半径 | 120.9±16.9 | 119.7±24.0 | 115.7±23.6 | 116.6±20.4 | 107.0±20.0 |
| 截面0 | 49.8±9.0 | 51.7±7.9 | 54.9±7.6 | 52.4±9.7 | 58.2±7.8 |
| 截面60 mm | 15.7±2.8 | 16.6±2.7 | 16.8±2.0 | 16.7±2.7 | 17.0±2.1 |
| 截面100 mm | 12.9±2.2 | 13.7±2.2 | 13.4±1.7 | 13.3±2.0 | 13.8±3.5 |
注：体质指数单位kg/m2
此前国外有学者已对股骨解剖学进行了相当多的研究，国内也有相当一部分的学者对国人的股骨解剖学参数进行了报道[15]，并且对国内外数据进行了对比[16]。但是国内很多测量数据是通过X线直接测量获得的[17]，因患者的拍摄姿势和测量医师的水平差异，和国外的三维精确测量难以精确对比分析，测量精度有待提高，而且测量方法也多为人工测量，效率较低，可重复新差，因此测量的误差也比较大。也有学者进行三维数据的手动测量，这种测量可比X线在一定程度上提高精度，但相比于三维自动测量仍有一些不足。既往有学者已提出自动测量法比手动测量方法更加精确[8]，从统计数据中可看到手动测量和自动测量的平均误差在1.1 mm，但两次手动测量的误差较大，平均误差在1.7 mm，这也验证了自动测量的精度高于手动测量。本研究采用对股骨CT数据建模，在Geomagic Studio软件中统一坐标系，对解剖参数进行自动化测量，对于解剖标志点的提取是固定的，并且可对数据进行大样本及重复性测量检验，这是手动测量不能实现的。因此测量的精度得到了很大的提高、测量的效率也得到了很大提升，并且此种测量方法可减少人为误差。
本研究测量所得结果与国外测量数据存在一定差异。在股骨总长及股骨颈长的数据上，国内外存在较大差别，尤其在前倾角上，本组实验数据为18.2°±7.8°，而国外测量的数据为12.4°±3.8°，两者数据差异较大，在总长和颈长上两者也存在差异，这可能与欧美人与国人在体格以及种族上存在差异，并且本研究发现这两者的数据随着身高的增加而增加，因此国内外在这两者数据上存在差异也符合本研究结果。同时在本研究中，我们发现男性和女性在多项参数上存在差异，例如生理ML男性平均为84.1 mm，女性平均为74.8 mm；生理AP男性平均为66.5 mm，女性平均为61.2 mm，差异均有统计学意义，但目前对于骨科内植物产品暂未区分男女，这可能导致一部分患者的假体与其本身不相匹配，进而导致后续内固定失败或假体松动。在本研究中，我们加入了BMI这个分类，但并未发现明显的测量数据变化规律；同时，我们在自动三维测量方法中测量了股骨矩弧度半径及股骨干矢状面弧度半径，其中男女在股骨矩弧度半径上存在显著差异，这两项数据对于髓内钉及股骨柄的设计有着重要的参考意义。我们还发现，股骨内外侧后髁大小并不完全一致，生理内侧后髁的大小为（19.1±1.5）mm，而生理外侧后髁的大小为（18.3±1.6）mm，我们根据数据做了拟合直线图，因此在假体的设计中若把内外侧髁大小设计成一样大小就可能带来假体的不匹配。并且我们分析了生理AP及假体ML值上与关节外科中常见股骨髁假体数据进行对比，发现假体数据与本组统计数据存在差异，没有完全符合的数据，这也可以为设计符合国人的股骨髁假体提供参考。同时研究发现股骨近端髓腔值越往远端其个体差异越来越小，这也意味着我们在设计股骨柄假体时应重点考虑靠近股骨头侧数据变化。
本研究的也存在一些不足之处，比如样本数量还不够大，缺少我国其他地区的样本，并且缺少少数民族人群统计，而这些因素可能会对股骨相关参数产生一定的影响，因此还需进一步研究。
目前是信息化高度发展的社会，精准医疗也是越来越受到大家的关注，设计出更加符合国人股骨解剖结构的内固定器材是未来骨科发展的一个趋势。并且此项测量技术同样也可用在术前准备上，在术前可以精确测量出术中所需的解剖参数，为假体的选择及其放置角度提供一定参考，以减少术中医源性损伤。
所有作者均声明不存在利益冲突
