雙源CT三維重建前交叉韌帶脛骨止點(diǎn)印跡的臨床研究

張 強(qiáng) 張春禮 徐 虎 王迎春 孫芳菲 李曉建

(第四軍醫(yī)大學(xué)西京骨科醫(yī)院運(yùn)動(dòng)損傷科，西安 710032)

正常的膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶(anterior cruciate ligament，ACL)脛骨端呈扇形擴(kuò)大，直徑約為韌帶體部3.5倍，而ACL重建手術(shù)中，常規(guī)的移植物均為上下等寬，因此，不可能復(fù)制正常ACL脛骨止點(diǎn)形態(tài)，而且受移植物直徑大小的影響，實(shí)際脛骨端隧道僅占正常止點(diǎn)的一部分。脛骨端止點(diǎn)定位存在各種變化的可能。早期醫(yī)生偏向于選擇偏前內(nèi)側(cè)定位，移植物在膝關(guān)節(jié)完全伸直時(shí)前方纖維撞擊髁間窩頂，使關(guān)節(jié)伸直受限，移植物磨損，前向松弛度增加和前膝痛等［1］。后來傾向在正常ACL脛骨止點(diǎn)中心或偏后的位置定位，但過于偏后的止點(diǎn)會(huì)使移植物伸直時(shí)張力增加和撞擊后交叉韌帶［1］。ACL移植重建脛骨止點(diǎn)位置正確與否是預(yù)防移植物髁間窩撞擊和后交叉韌帶撞擊的關(guān)鍵因素，因此，關(guān)于ACL止點(diǎn)位置的測量顯得尤為重要。傳統(tǒng)的測量方法主要有解剖學(xué)及影像學(xué)方法，主要在尸體上進(jìn)行，由于尸體數(shù)量有限、年齡偏大等缺點(diǎn)(如Harner等［2］報(bào)道10 具尸體，平均年齡66 歲;Lorenz等［3］報(bào)道 12具尸體;Mochizuki等［4］報(bào)道 10具尸體;Siebold等［5］報(bào)道使用50具尸體，平均年齡82歲)，使其得出的數(shù)據(jù)代表性有限。本研究采用雙源CT(dual-source computed tomography，DSCT)掃描三維重建方法，在正常人群中圈畫ACL脛骨止點(diǎn)自然印跡，并測量其形態(tài)學(xué)參數(shù)，為個(gè)體化解剖重建提供臨床依據(jù)。

1 臨床資料與方法

1.1 一般資料

55名健康志愿者雙側(cè)膝關(guān)節(jié)，男32例，女23例。年齡20～50歲，男22～50歲，女20～45歲，平均28歲。倫理學(xué)要求:所有志愿者實(shí)驗(yàn)前均知情同意，并簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 設(shè)備參數(shù) 西門子雙源CT，雙能掃描參數(shù):A球管和B球管的管電流分別為56、234 mAs，電壓分別是140、80 kV，準(zhǔn)直 0.6 mm，螺距 0.7，有效層厚0.75 mm，旋轉(zhuǎn)時(shí)間 0.5 s，掃描時(shí)間 18 ～20 s。

1.2.2 模型制作 雙源CT掃描后原始數(shù)據(jù)傳至64排工作站(GE，Volume Share2－AW4.4版本軟件)采用容積再現(xiàn)技術(shù)，三維重建膝關(guān)節(jié)脛骨平臺(tái)。

1.2.3 ACL脛骨止點(diǎn)自然印跡的確定與測量 ①印跡特點(diǎn):ACL脛骨止點(diǎn)附著區(qū)位于髁間嵴前面，表面光滑、色白、質(zhì)密、凸起、形狀不規(guī)則、灰度一致但與周圍不同，有明顯邊界的區(qū)域(圖1)。②印跡的測量:首先用Photoshop7.0簡體中文正式版軟件圈畫出ACL脛骨止點(diǎn)輪廓及中心點(diǎn)(圖2)。然后，根據(jù)印跡輪廓畫出并測量印跡長短軸，面積，印跡中心點(diǎn)在脛骨平臺(tái)上相對位置等(圖3)。相對位置我們按照Lorenz等［3］的報(bào)道采取統(tǒng)一測量標(biāo)準(zhǔn)，定義脛骨平臺(tái)最外側(cè)及最前側(cè)為0%，最內(nèi)側(cè)及最后側(cè)為100%。本實(shí)驗(yàn)所采用的掃描眼(field of view，F(xiàn)OV)為16.0 cm，使膝關(guān)節(jié)三維模型較實(shí)物放大1.67倍，在Photoshop7.0簡體中文正式版軟件上測得數(shù)據(jù)后除以1.67即轉(zhuǎn)化為實(shí)物大小。

圖1 脛骨平臺(tái)水平面 圖2 黑點(diǎn)圈畫處為脛骨止點(diǎn)印跡 圖3 脛骨平臺(tái)水平面印跡相對位置 O點(diǎn)為ACL脛骨止點(diǎn)印跡中心點(diǎn)，AB為印跡長軸，CD為印跡短軸，EF為冠狀面脛骨平臺(tái)最大直徑，GH為矢狀面脛骨平臺(tái)最大直徑，OI、OJ分別垂直于GH和EF。脛骨平臺(tái)水平面上由前向后及由外向內(nèi)相對位置百分比為0%～100%

2 結(jié)果

男、女性脛骨止點(diǎn)印跡總體面積(189.83±32.64)mm2，印跡長軸(13.87 ±1.72)mm，印跡短軸(8.90 ±1.60)mm，矢狀面相對位置(44.25 ±4.97)%，冠狀面相對位置(49.68±2.53)%。男、女性脛骨止點(diǎn)印跡面積，長、短軸及印跡中心點(diǎn)矢、冠狀面相對位置雙膝之間比較無顯著性差異(P＞0.05)。男性脛骨印跡面積(200.99 ±30.42)mm2顯著大于女性(170.30 ±26.94)mm2(t=5.471，P=0.000)。男性印跡短軸(9.25 ±1.56)mm顯著長于女性(8.30±1.46)mm(t=3.235，P=0.002)。男、女性脛骨印跡長軸及印跡中心點(diǎn)矢、冠狀面相對位置比較差異無顯著性(P＞0.05)。男、女性總體雙膝之間脛骨止點(diǎn)印跡面積，印跡長、短軸及印跡中心點(diǎn)矢、冠狀面相對位置比較無顯著性差異(P＞0.05)。男性測量值及雙膝之間對比結(jié)果見表1;女性測量值及雙膝之間對比結(jié)果見表2;性別之間統(tǒng)計(jì)比較見表3;男女總體雙膝之間比較見表4。

表1 男性左右兩側(cè)參數(shù)測量值的比較(±s，n=32)

表1 男性左右兩側(cè)參數(shù)測量值的比較(±s，n=32)

側(cè)別 印跡面積(mm2) 印跡長軸(mm) 印跡短軸(mm) 矢狀面位置(%) 冠狀面位置(%)左側(cè) 199.57 ±29.46(155.00 ～280.00)13.92 ±1.75(10.74 ～18.64)9.05 ±1.53(5.85 ～12.96)42.49 ±4.92(35.00 ～49.00)50.07 ±2.56(43.00 ～54.00)右側(cè) 202.40 ±31.72(153.00 ～266.00)14.09 ±1.74(10.27 ～17.22)9.45 ±1.60(5.85 ～11.69)42.71 ±4.34(36.00 ～45.00)50.29 ±2.18(47.00 ～54.00)t值 －0.552 －0.583 －1.249 －0.401 －1.021 P值0.585 0.563 0.219 0.612 0.315

表2 女性左右兩側(cè)參數(shù)測量值的比較(±s，n=23)

表2 女性左右兩側(cè)參數(shù)測量值的比較(±s，n=23)

側(cè)別 印跡面積(mm2) 印跡長軸(mm) 印跡短軸(mm) 矢狀面位置(%) 冠狀面位置(%)左側(cè) 168.70 ±26.48(130.00 ～211.00)13.46 ±1.73(9.01 ～16.43)8.39 ±1.47(5.53 ～10.74)42.60 ±4.63(35.00 ～60.00)49.70 ±2.43(43.00 ～54.00)右側(cè) 171.90 ±27.98(131.00 ～250.00)13.80 ±1.59(10.43 ～16.27)8.20 ±1.48(5.06 ～12.01)46.70 ±5.24(37.00 ～60.00)48.30 ±2.79(43.00 ～54.00)t值 －0.568 －1.223 0.831 1.260 1.130 P值0.578 0.239 0.415 0.222 0.320

表3 男、女性參數(shù)測量值的比較(±s)

表3 男、女性參數(shù)測量值的比較(±s)

性別 印跡面積(mm2) 印跡長軸(mm) 印跡短軸(mm) 矢狀面位置(%) 冠狀面位置(%)男性(n=64)200.99 ±30.42(153.00 ～280.00)14.00 ±1.76(10.27 ～18.64)9.25 ±1.56(5.85 ～12.96)48.35 ±6.13(35.00 ～49.00)49.70 ±2.37(45.00 ～54.00)女性(n=46)170.30 ±26.94(130.00 ～250.00)13.63 ±1.65(9.01 ～16.43)8.30 ±1.46(5.06 ～12.01)47.53 ±4.34(37.00 ～52.00)49.00 ±2.68(43.00 ～54.00)t值5.471 1.116 3.235 0.778 1.446 P值0.000 0.267 0.002 0.439 0.151

表4 男、女性總體左右兩側(cè)參數(shù)測量值的比較(±s，n=55)

表4 男、女性總體左右兩側(cè)參數(shù)測量值的比較(±s，n=55)

側(cè)別 印跡面積(mm2) 印跡長軸(mm) 印跡短軸(mm) 矢狀面位置(%) 冠狀面位置(%)左側(cè) 188.35 ±31.90(130.00 ～280.00)13.75 ±1.77(9.01 ～18.64)8.81 ±1.53(5.53 ～12.96)45.44 ±5.34(35.00 ～60.00)49.80 ±2.49(43.00 ～54.00)右側(cè) 191.31 ±33.59(131.00 ～266.00)13.98 ±1.68(10.27 ～17.22)8.99 ±1.66(5.06 ～12.01)44.07 ±4.33(36.00 ～52.00)49.56 ±2.58(43.00 ～54.00)t值 －0.781 －1.102 －0.841 －1.150 0.681 P值0.442 0.275 0.407 0.202 0.502

3 討論

ACL解剖重建就是ACL印跡形態(tài)學(xué)參數(shù)盡可能復(fù)原。本研究的目的是通過DSCT三維重建ACL脛骨止點(diǎn)自然印跡，圈畫印跡輪廓及中心點(diǎn)，測量它的形態(tài)學(xué)參數(shù)，總結(jié)規(guī)律，為實(shí)現(xiàn)臨床解剖重建提供參考。據(jù)我們所知，目前還沒有任何技術(shù)方法能在臨床上達(dá)到ACL真正的解剖重建，所以更加接近解剖是目前的目標(biāo)。解剖學(xué)及傳統(tǒng)的影像學(xué)定位測量方法大多是在尸體上進(jìn)行的，考慮到尸體年齡較大、數(shù)量有限等原因，使其所得出的數(shù)據(jù)代表性及可信度有待商榷。而臨床相關(guān)研究報(bào)告(如Kopf等［6］)所測得的一些關(guān)于ACL止點(diǎn)印跡的數(shù)據(jù)還不夠全面，對手術(shù)指導(dǎo)意義不大，不能夠很好地應(yīng)用于臨床。因此，目前急需一種新的測量方法來解決以上問題。

由于DSCT雙能量成像能夠應(yīng)用到正常人群中，可以測量ACL損傷高發(fā)年齡段，可以做大樣本研究，其三維成像的特點(diǎn)可以使我們在任何平面、任何角度觀察我們所感興趣的點(diǎn)和平面，使ACL止點(diǎn)的描述、平面的選擇和關(guān)節(jié)鏡下手術(shù)視野的平面保持一致，測量描述出來的數(shù)據(jù)可以應(yīng)用到術(shù)中骨道定位中去，對臨床手術(shù)具有很好的指導(dǎo)意義。本研究采用這項(xiàng)技術(shù)。

回顧文獻(xiàn)，傳統(tǒng)尸體上測量及影像學(xué)測量ACL脛骨端印跡的形態(tài)學(xué)特點(diǎn)已經(jīng)被很多作者描述。尸體上，Colombet等［7］報(bào)道脛骨矢狀面相對位置前內(nèi)側(cè)束(anteromedial bundle，AMB)為36%，后外側(cè)束(posterolateral bundle，PLB)為 52%。Tsukada 等［8］報(bào)道脛骨矢狀面相對位置AMB為38%，PLB為50%;脛骨冠狀面相對位置AMB為53.5%，PLB為49%。影像學(xué)上，Lorenz等［3］報(bào)道脛骨矢狀面相對位置AMB為41%，PLB為52%;冠狀面相對位置AMB為52%，PLB為50%。本研究ACL脛骨矢狀面相對位置為44%，ACL冠狀面相對位置為50%。與以上作者報(bào)道相比，我們的研究結(jié)果在矢狀面及冠狀面上ACL中心點(diǎn)的相對位置恰位于文獻(xiàn)報(bào)道的AMB與PLB之間。所以，大體上與其他作者研究結(jié)果相一致。同時(shí)，我們采用的百分比相對位置的方法撇除了個(gè)體脛骨平臺(tái)大小不同因素的影響，使我們所得出的數(shù)據(jù)之間具有可比性。陳連旭等［9］報(bào)道26具膝關(guān)節(jié)尸體上ACL脛骨止點(diǎn)印跡長軸長為(17.12 ±2.30)mm，短軸長為(12.56 ±1.78)mm。本研究 ACL脛骨止點(diǎn)長軸長為(13.87±1.72)mm，短軸長為(8.90 ±1.60)mm，結(jié)果不一樣，可能原因?yàn)椴扇〉臏y量方法不同，相對誤差不同。ACL脛骨印跡面積本研究男性為(200.99 ±30.42)mm2，女性(170.30 ±26.94)mm2，性別間比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性差異(t=5.471，P=0.000)。男性印跡短軸長為(9.25 ±1.56)mm，女性(8.30±1.46)mm，性別間比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性差異(t=3.235，P=0.002)，說明總體男性印跡面積及寬度較女性大。

到目前為止，術(shù)中骨道定位仍然沒有一個(gè)可接受的統(tǒng)一量化標(biāo)準(zhǔn)。關(guān)節(jié)鏡下由于存在角度及放大率變化，使骨道定位精確度較差，因此，要真正實(shí)現(xiàn)個(gè)體化解剖重建，需要開發(fā)出一種新的關(guān)節(jié)鏡下適用的測量定位系統(tǒng)。我們所采用的在術(shù)前DSCT三維重建ACL止點(diǎn)自然印跡，測量出這些參數(shù)，在術(shù)中按照這些參數(shù)進(jìn)行骨道精確定位，有望最終達(dá)到個(gè)體化解剖重建。本研究存在的缺陷是雖然我們用雙源CT三維重建出來的ACL脛骨印跡輪廓清晰可見，但是因個(gè)體主觀差異，在沿著印跡邊緣圈畫過程中難免有誤差，并不是所有的ACL脛骨止點(diǎn)自然印跡AMB與PLB都能區(qū)分開，這也是為什么我們描述ACL參數(shù)時(shí)沒有把AMB與PLB分開測量。在ACL脛骨印跡中心點(diǎn)的定位上，由于印跡為不規(guī)則圖形，所以中心點(diǎn)只能根據(jù)主觀判斷。

綜上所述，雙源CT三維重建能夠顯示ACL脛骨止點(diǎn)自然印跡，ACL脛骨止點(diǎn)自然印跡的大小、位置存在個(gè)體化差異。ACL重建要想達(dá)到更加接近解剖，骨道定位必須施行因人而異的個(gè)體化重建技術(shù)。

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