髋部骨折脱位或髋部手术都会对股骨头颈部血供造成不同程度的损伤。熟悉股骨头颈部血供的特点不仅可以更好地理解股骨颈骨折后的病理生理学特点，也利于对股骨头的创伤性或非创伤性疾病机制的理解及研究。但关于股骨头颈部血供的描述，相关临床文献和解剖学文献不尽一致[1]。大多是以1949年Tucker以及1953年Trueta和Harrison的研究为基础。限于当时的研究条件，其研究方法基本是造影剂灌注，标本切片脱钙然后X线成像等方法，并不能反映股骨头颈部血供的全貌。随着计算机技术的进步，医学影像技术以及诸多图像处理软件的开发，使得以前较难直接观察的骨内外血管可得以直观显现，本文结合股骨头颈部血供的研究进展，通过解剖学研究与计算机图像处理相结合，制作了股骨头颈部血供的三维全景图像。
1 资料与方法
1.1 材料
新鲜成人尸体血管灌注铸型标本： 3具成年新鲜尸体标本(男性2具、女性1具，总计6个髋部标本)，制作血管灌注铸型标本(标本新鲜无破损，无髋周及下肢病损，死亡时间48h内)。福尔马林固定髋部标本： 28个髋部标本，用于观察关节囊，滑膜，以及支持带分布。相关文献中的解剖标本的描述及图片[2- 4]。
1.2 方法
1.2.1 新鲜成人尸体标本血管灌注铸型 调配好填充剂(过氯乙烯-氧化铅-自凝牙托粉材料混合铸型填充剂)后，分别于左、右髂总动脉插入相应连接橡胶管的玻璃管，缓慢灌注填充剂，待观察下肢特别是足底脚趾的皮肤已变色，说明填充剂已达细小的动脉末端，血管钳密闭橡胶管，灌注完成。待填充剂硬化后(约2周)，于第4腰椎体水平和大腿中、下1/3处离断肢体，剥离皮肤、皮下组织及深筋膜等，并从正中分离左右髋。再通过碱腐蚀法(20%氢氧化钠溶液)腐蚀20d左右。最后进行CT、Micro-CT影像学扫描。由于标本数量的局限，在制作股骨头颈部血供的三维全景图过程中，也参考相关股骨头血供文献及其图片的描述，以达到对股骨颈支持带的解剖、走形等的完整观察。
1个标本切断圆韧带动脉，结扎旋股内、外侧动脉，过氯乙烯-氧化铅-自凝牙托粉材料混合铸型填充剂经股深动脉灌注。
1.2.2 福尔马林固定髋部标本 同济大学医学院教学用10%福尔马林防腐固定标本。切取带完整髋臼和关节囊的股骨近端，观察髋关节内支持带及支持带血管。对其中10个股骨头进行了圆韧带动脉墨水灌注。
1.2.3 股骨头颈部血供的三维全景图的绘制 数据收集包括所有解剖学图像、股骨头颈部骨与血管腐蚀标本及相关文献中的大量图像等，并创造出影片制作所需要的分镜脚本。(1) 以3ds max软件建立的头颈部骨与血管的3D模型为基础，依照骨与血管特性，采用多边形建模(把复杂的模型用若干小三角面或四边形组接在一起表示)；样条曲线建模(用几条样条曲线共同定义一个光滑的曲面，特性是平滑过渡性，不会产生陡边或皱褶)；细分建模(结合多边形建模与样条曲线建模的优点面开发的建模方式)，分别建造出股骨上端、血管、软组织等模型。(2) 将3ds max制作的模型在ZBrush软件中进行精细的雕刻，ZBrush能够雕刻高达10亿多边形的模型。(3) 根据前期制作的解剖资料，使用Photoshop、Substance Painter软件来绘制相应的材质贴图，使模型的材质与贴图与解剖标本实物属性相一致。(4) 3D模型完成后，便可应用3D动画软件实现分镜头剧本设计的镜头效果。在3ds max中模拟出展示骨头血管每一处细节，软件动作的模拟与画面的变化通过关键帧来实现，设定动画的主要画面为关键帧，关键帧之间的过渡由计算机来完成。(5) 通过非线性编辑软件After Effects，对每一个镜头进行单独校色，合成以及添加相应的特效，以 25帧/s 的速率单独输出每一个镜头，最后采用剪辑软件Premiere，对影片进行最终的调整与输出，按需求输出成各式图像文件或视频文件，达到清晰直观地展现股骨头颈部血供的每一处细节的效果。
2 结 果
2.1 解剖学观察
通过对血管铸型标本的扫描和固定髋部标本观察显示，营养股骨头颈部的动脉和相关文献相似。主要有3个来源： (1) 圆韧带动脉，变异较大，有的仅在圆韧带内并不进入股骨头。进入股骨头者大多数仅限于供养股骨头小凹附近的骨质，极少数可通过骨内血管吻合供给整个股骨头[5]。10个股骨头圆韧带墨水灌注结果： 6个股骨头未见任何血液供应区域，2个股骨头小凹区域等到灌注，1个股骨头中心区域灌注，1个标本得到了全部灌注；(2) 股骨干滋养动脉升支，沿股骨干髓腔内上行至股骨颈，与骨头颈内其它来源血管吻合交通。本研究中，一个标本因为在解剖时损伤了旋股内侧动脉，于是就用此标本观察股骨干滋养动脉升支对股骨头的血供作用，彻底结扎旋股内、外侧动脉并切断圆韧带后，经股深动脉灌注，结果观察到股骨干滋养动脉升支在股骨头内和旋股内、外侧动脉存在吻合，通过该吻合进入到股骨头顶部，见图1；(3) 旋股内、外侧动脉分出的上支持带动脉、下支持带动脉和前支持带动脉，该三组血管是股骨头颈部最重要的营养动脉，主要为上、下支持带动脉，尤其是上支持带动脉最为重要。本研究结果和相关文献研究结果相符。旋股内、外侧动脉大多发自股深动脉。旋股外侧动脉构成基底动脉环的前部，终末支在股骨颈前方分出 1～ 2支血管进入前支持带；旋股内侧动脉构成基底动脉环的后部，先于股骨小转子顶端上方分出2～3支小动脉进入下支持带，其终末支分出4～7支小动脉进入上支持带。这些在支持带中通行的动脉即支持带动脉。支持带动脉在上行途中又发出数目不等的分支进入股骨颈表面的滋养孔，最后呈树根样进入股骨头软骨边缘的滋养孔，与股骨干滋养动脉升支和圆韧带动脉相互吻合，见图2。
图1 股骨干滋养动脉升支可通过与支持带动脉吻合到达股骨头部
Fig.1 The ascending branch of femoral nutrient artery that reaches the femoral head through the anastomsis with the retinacula of Weitbrecht
A: 股骨头颈部正位片；B: 股骨头颈部侧位片
图2 股骨头支持带动脉灌注铸型腐蚀标本
Fig.2 The perfusion and cast corrosion specimens of retinacula of Weitbrecht of femoral head
A： 前面观，可见前支持带动脉;B： 上面观，可见上支持带动脉;C： 下面观，可见下支持带动脉;D： 后面观，可见旋股内侧动脉及其分支
2.2 股骨头颈部血供的三维全景图制作
三维全景图的制作是通过多媒体计算机，以去除骨组织干扰的灌注腐蚀标本的CT及Micro-CT三维重建图为基础，结合相关文献中的图像资料，保留主要供血血管，去除无关血管分支，使制作的全景图能晰直观地显示股骨头颈部骨内外血供的每一处细节(图3)。此股骨头颈部血供三维全景图能直观地从不同角度进行旋转、缩放及横截等交互式操作来观察股骨头颈部的血供来源(图4、图5)： 包括基底动脉环的组成及解剖学分布，旋股内、外侧动脉及其分支支持带动脉的骨外解剖分布和走形以及进入股骨头颈后的骨内网状分布状态，和股骨干滋养动脉升支自骨髓腔向上行走于股骨颈基底部与其他动脉吻合等解剖分布状态。
图3 股骨头颈部血供三维全景图
Fig.3 Three dimensional visualization of blood supply to the femoral head
A： 股骨颈基底动脉环及其上、前支持带;B： 上、下支持带;C： 上支持带;D： 骨骼透明化处理后血供图;E： 股骨颈基底动脉环及其上、前支持带动脉;F： 上、下支持带动脉;G： 上支持带动脉;H： 去除骨骼处理后血供图;1. 旋股外侧动脉;2. 前支持带;3. 上支持带;4. 股深动脉;5. 股动脉;6. 旋股内侧动脉;7. 下支持带;8. 前支持带动脉;9. 上支持带动脉;10. 下支持带动脉
图4 股骨头颈部血供三维全景图可任意角度观察
Fig.4 Three dimensional visualization of blood supply to the femoral head presented in various angles
A: 旋股内侧动脉及下支持带动脉;B： 骨骼透明化处理后血供图;C： 旋股内侧动脉及下支持带;D： 去除骨科处理后血供图；1. 股深动脉;2. 股动脉;3. 旋股内侧动脉;4. 下支持带动脉;5. 下支持带
图5 任意截面观察股骨头颈部骨内血管分布
Fig.5 The intraosseous vessels of the femoral head presented in various sections
A: 股骨头冠状位截面;B: 股骨头横截面
3 讨 论
股骨头颈部的血供特点及其损伤程度是影响股骨颈骨折预后最主要的原因之一。但目前临床所用的CT及MRI并不能全面地展现股骨头颈部骨内外血管系统，即使在专业的解剖学研究中，所用方法诸如X线显微照相术、连续组织切片以及树脂、墨水和乳胶灌注等研究观察，也很难去展现一个血供的三维结构。本研究利用当今多媒体技术，结合目前关于股骨头颈血供的研究进展，制作一个能真实再现股骨头颈部旋股内、外侧动脉-基底动脉环-支持带动脉三级血供系统的分布、走形、解剖学特点的三维全景图，有利于临床医师和医学生加深加快学习理解专业书籍和教材上的文字描述，这对于其他部位或是器官的三维可视化研究也有一定的借鉴作用。
大多数学者认为旋股内侧动脉(medial femoral circumflex artery， MFCA)是股骨头的主要血供[3，6]。MFCA发自股深动脉的后内侧面(65%～81%)或直接发自股动脉(4%～34%)[7-8]。动脉行走在耻骨肌和腰大肌肌腱之间，然后向后分支到闭孔外肌和短收肌之间。MFCA在绕过小转子处发出浅支，口径大约1.4mm，在长收肌和短收肌之间与闭孔动脉吻合[7，9]。浅支与闭孔动脉之间的吻合连接了髂内髂外系统。MFCA沿闭孔外肌远端边界向前到小转子，形成下支持带动脉。Lazaro等[10]研究发现，在MFCA的深支和升支被结扎后，下支持带血管提供股骨头约30%的血供。MFCA在发出下支持带血管后，于闭孔外肌后方和股方肌的前方发出升支和横支。因此在施行髋关节后路大转子截骨翻转显露手术、或髋关节脱位改良后路手术时，大转子翻转截骨可使95%的样本上、下支持带血管得以保留。MFCA横支，臀下动脉以及旋股外侧动脉横支吻合[11]。绕过闭孔外肌之后、升支变为深支进入转子间窝，在这里加入臀下动脉和旋股外侧动脉的梨状肌分支[11-12]。因此，在涉及股骨近端的外科手术时，理解MFCA的行程对于防止医源性损伤是十分重要的。对股骨后侧，保护闭孔内肌的肌肉和肌腱可使MFCA免受创伤，这些肌腱撕裂可能发生血管损伤的风险[9]。Gautier等[9]认为，创伤性髋关节脱位闭合复位后，股骨头坏死的发生率为11%，切开复位的坏死率为31%。该差异可能就是医源性创伤MFCA的结果。因此建议在髋关节后方入路手术时，转子间嵴上约1.5cm的联合腱和关节囊宜整体剥离，以保护旋股内侧动脉深支。髋关节脱位手术暴露关节囊过程中，切口应从头侧向梨状肌以避免伤到MFCA。
股骨颈的前支持带动脉来自旋股外侧动脉(lateral femoral circumflex artery， LFCA)升支，在不同的平面进入股骨颈前方[11]。解剖研究表明，前支持带动脉穿过关节囊后，39%的标本立即进入干骺端骨，42%的标本在股骨颈的中部，18%的标本达到关节边缘。LFCA升支是吻合血管的腓骨移植治疗股骨头无菌性坏死的供血动脉，在髋关节前路Smith-Petersen入路和髋关节镜手术也可以遇到LFCA升支。文献中，对LFCA任何分支结扎的后果并不那么明显。
臀下动脉(inferior gluteal artery， IGA)也参与股骨头的血供，而且臀下动脉是胎儿股骨头的主要血供来源[13]。IGA的梨状肌分支向后穿过梨状肌和联合肌腱，在下孖肌和闭孔外肌之间的间隔与MFCA吻合连接[11，13]。在Souther和Kocher Langenbeck手术入路中，分开臀大肌的方法有损伤IGA分支的风险。因此，一些外科医生倾向于改良Gibson入路做髋部手术。
文献中，对股骨头颈部血管的命名并不一致。由于这些血管邻近股骨颈支持带，一些作者将其称为上、下、前支持带动脉[9，11，14]；也有作者根据一般长骨供血血管的命名方法，进而命名为干骺端上动脉、干骺端下动脉、骺外侧动脉和骺内侧动脉。有的专著中称为上、下、前、后颈升动脉。基本上，只有对股骨干滋养动脉和圆韧带动脉比较一致。由于股骨头和股骨颈在解剖上的特殊性，采用干骺端上动脉、干骺端下动脉、骺外侧动脉和骺内侧动脉的命名，对于14岁以下儿童，股骨头骨骺未闭合者，从供血部位来理解，还是合理性的。MacNeil等[15]对行交锁髓内钉治疗儿童股骨干骨折进行系统回顾。骨坏死的发生率经梨状窝进钉者为2%，经转子进钉者为1.4%；外侧入钉者没有患者发现股骨头坏死。一些学者认为是由于插钉期间上支持带血管受损导致此差异[9]。成人患者股骨干骨折髓内钉固定后的骨坏死率少有病例报告，说明成人和儿童患者之间的血管差异大[11]。成人股骨头骨骺已闭合，干骺端动脉和骺动脉已相互吻合，再也体现不出各自的功能特点，整体上看，更似从基底动脉环发出的动脉先后在股骨颈不同部位发出的分支。这也符合近些年来关于股骨头颈部研究的进展。关于上、下、前、后颈升动脉的命名，其本质上，也就是上、下、前支持带动脉。因为上、下支持带均偏股骨颈后方，上支持带动脉偏后下的分支和下支持带偏后上的分支很容易被误解成与前支持带动脉相对应的另一供血系统。对股骨头颈部的支持带及滋养孔的观察，也可印证这一观点[16-17]。因此，建议对于成年股骨头颈部的供血血管统称为支持带动脉，可能更符合股骨头颈部的解剖特点。国外目前大多解剖学或骨科学专著，由旋股内、外侧动脉分出的股骨头颈部的营养血管均被称为支持带动脉。
Sevitt等[5]研究证明，股骨头圆韧带动脉的血供作用个体差异较大，有的仅存在于圆韧带中，并不进入股骨头内。进入股骨头者大多数仅供养股骨头小凹部附近的骨质，但有极少数可通过骨内血管吻合供给整个股骨头。本项研究中对10个标本的股骨头圆韧带血供进行了观察，也仅有1例圆韧带动脉供应了整个股骨头。
关于股骨干滋养动脉升支对股骨头的血供作用，未见相关文献报告。在本项研究中，我们仅对1个标本切断圆韧带动脉，结扎旋股内、外侧动脉进行观察，结果发现该标本的股骨干滋养动脉升支和上、下支持带动脉都有吻合并进入到股骨头顶部，这和以前的文献描述不相符合。还需要更多样本的研究才能说明股骨干滋养动脉升支对股骨头的血供作用。
股骨颈骨折的分型基本依据为骨折的位置及移位程度，骨折除了对股骨头颈部供血血管造成直接损伤之外，还会对支持带动脉形态造成一定的影响，使其拉伸、短缩甚至旋转等从而也会影响其血供，最终造成股骨头坏死可能[17]。通过股骨头颈部三维全景图模型的建立，不仅可详细了解股骨头内血供分布规律，也可直观的体现股骨颈骨折移位可能对支持带的损伤及内固定物的使用可能对骨内外血供系统造成的损伤。由于支持带血供的特点是血管位于支持带内，沿途经股骨颈表面的滋养孔进入股骨颈和股骨头，虽然目前尚无可靠的检查方法来判断股骨颈骨折后支持带和滋养孔受损情况，但作为一个可能的预后观察内容，在将来影像技术的发展中或许可以实现。
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