三維CT重建觀察膝骨關節炎患者股骨遠端旋轉解剖標志的變化

竇 勇，田 偉，柳 劍，楊德金，尹星華

(北京大學第四臨床醫學院北京積水潭醫院，北京100035)

膝骨關節炎是指由于膝關節軟骨變性、磨損，骨質增生而引起的一種慢性骨關節疾患，又稱為膝退行性關節炎。膝骨關節炎晚期往往伴隨著膝關節的屈曲或內外翻畸形，當患者有較嚴重的疼痛及明顯的關節活動障礙且保守治療無效時，往往需要行全膝關節置換術。膝關節置換術后股骨假體旋轉不良將導致髕骨處于脫位或者半脫位狀態，髕骨假體磨損加劇，增加髕骨骨折的風險;屈伸間隙不平衡或股脛對位不良，是影響臨床療效的重要因素［1～4］。因此，如何在術中準確確定股骨旋轉力線至關重要。2011年12月～2012年12月，本研究采用三維CT重建的方法來測量膝骨關節炎患者關節置換術前各解剖標志，以期指導關節置換術中股骨旋轉力線的確定。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選擇因膝骨關節炎而行全膝關節置換術的患者75例(112膝)，排除既往膝關節骨折、感染、截骨術病史者。其中，左側54膝，右側58膝。回顧性分析患者術前患側膝關節CT掃描資料，根據股骨與脛骨機械軸夾角(mFTA)角度分為內翻型(mFTA＞2°)92膝(內翻組)、外翻型(mFTA＜－2°)20膝(外翻組)。排除既往膝關節骨折、感染、截骨術病史者。其中，內翻組男14例、女45例，年齡(67.0±7.1)歲，左側46 膝、右側46 膝;外翻組男4例、女12 例，年齡(60.1±8.6)歲，左側8 膝、右側12膝。選擇同期Ⅲ期股骨頭壞死的患者34例(68膝)作為正常組，其中男18例、女16例，年齡(49.2±12.0)歲。內、外翻組性別、年齡與正常組比較，P 均 ＜0.05。

1.2 方法

1.2.1 膝關節掃描方法 采用 Aquilion 64排 CT進行膝關節掃描，層距2 mm，掃面范圍包括膝關節近端20 cm即整個股骨遠端，掃描后獲取容積性數據。同時在患者負重位站立位全長片上測量mFTA(內翻為正值，外翻為負值)、解剖股骨遠端外翻角(aLDFA)、解剖脛骨近端內翻角(aMPTA)。

應用計算機圖像處理軟件Mimics10.01進行三維重建，測量所采取的解剖標志點由三位醫生共同確定，之后由同一位醫生進行測量，測量3次后取平均值。測量步驟如下:①矯正不良體位后進行二次掃描，得到矯正后的掃描數據。以股骨內外髁連線作為參考標志，調整后使得再次掃描的方向在矢狀面垂直于股骨干前皮質，冠狀面及橫斷面平行于股骨內外上髁連線。②行三維CT重建，得到聯動的二維及三維圖像。在二維圖像上選取內外側股骨髁最突出的點、內側中央凹的中點及股骨內外后髁最突出的點，并在三維重建圖像上驗證解剖標志點的準確性。③去除髕骨及脛骨后，按照步驟①調整后的方向建立平面，該平面通過股骨滑車的最低點及髁間窩的中點并垂直于臨床髁上軸(CEA)，見插頁Ⅱ圖2。

圖2 三維重建模型上去除髕骨及脛骨后建立的平面

圖3 三維重建后各角度的測量

確定Whiteside線［5］，并經過此線構建平面投影于二維圖像上。參照Berger等［1］的方法，將股骨后髁連線(PCL)平移，與外科髁上軸(SEA)的夾角為股骨后髁角(PCA)，與臨床上髁軸的夾角為股骨髁扭轉角(CTA);測量 Whiteside線與 PCL的夾角(WPCL)、與SEA的夾角(WSEA)及與CEA的夾角(WCEA)，見插頁Ⅱ圖3。

1.2.2 統計學方法 采用SPSS18.0統計軟件。計量資料以±s表示，組間比較采用ANOVA檢驗，PCA、CTA與臨床資料、冠狀面力線角度之間的相關性采用Pearson相關分析。P≤0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 各組股骨遠端旋轉解剖標志比較 見表1。

表1 各組股骨遠端旋轉解剖標志比較(°，±s)

表1 各組股骨遠端旋轉解剖標志比較(°，±s)

注:與內翻組比較，*P ＜0.05;與外翻組比較，#P ＜0.05

組別 n mFTA aLDFA aMPTA PCA CTA WPCL WSEA WCEA內翻組 92 9.7 ±5.9 81.1 ±1.2 83.7 ±3.9 2.5 ±1.7 7.1 ±1.796.4 ±2.9 94.0 ±2.8 89.4 ±2.4外翻組 20 －14.8 ±6.9* 74.9 ±3.8* 93.0 ±1.9* 5.1 ±1.3* 10.7 ±1.5* 96.4 ±2.8 92.2 ±2.7* 88.2 ±2.8*正常組 68 0.7 ±1.0*# 80.8 ±1.2# 87.5 ±1.4*# 4.1 ±1.0*# 8.2 ±1.5*# 94.4 ±2.8*# 90.5 ±1.5*# 86.5 ±1.7*#

2.2 相關性分析結果 內翻組PCA與mFTA呈負相關(r= －0.555)，與 aMPTA 呈正相關(r=0.450)，P均＜0.05。外翻組PCA與mFTA、aLDFA均呈負相關(r= －0.614、－0.719)，P 均 ＜0.05。兩組 PCA、CTA均與性別、年齡無關，P均＞0.05。

2.3 內翻組不同mFTA角度的PCA、CTA比較 隨著mFTA逐漸增大至15°，內翻組PCA、CTA逐漸減小，P 均 ＜0.05。見表2。

表2 內翻組不同m FTA角度的PCA、CTA比較(°，±s)

表2 內翻組不同m FTA角度的PCA、CTA比較(°，±s)

mFTA(°)PCA CTA 2 ～5 3.9 ±1.1 8.4 ±1.3 5 ～10 2.7 ±1.3 7.1 ±1.6 10 ～15 1.4 ±1.8 6.2 ±1.7 15 ～20 1.6 ±1.6 6.2 ±1.1＞20 0.6 ±1.0 6.0 ±1.3

3 討論

股骨假體的旋轉力線是影響膝關節置換療效的重要因素之一，臨床上多采用PCA、CTA及Whiteside線來輔助確定股骨假體旋轉力線。既往國內對股骨遠端旋轉解剖標志的研究方法主要為手工、二維CT或MRI測量，手工測量誤差較大;而行二維CT掃描時，很難在一張CT掃描層面上同時顯示內外上髁及中央凹。本研究通過三維CT重建膝關節，調整掃描角度后進行二次掃描，既可以提高股骨內上髁中央凹位置的辨別率，又可以在最大程度上減少誤差，準確性高。

國外文獻報道，正常人群 PCA 為 3.1°～3.7°，CTA為4.9°～6.8°，PCA 與 CTA 之間的夾角約為3°［6～8］。其中，Mantas等［7］認為左右側 CTA 無差別;Berger等［1］發現，PCA和CTA在不同性別之間存在差異;Yoshioka等［9］發現，PCA和CTA在性別之間有著少量差別，男性平均為5°，女性平均為6°;其他文獻均未發現性別差異。國內文獻報道的正常人群PCA 為3.6°～5.8°，CTA 為 6.3°～7.1°［10～12］。本研究中，正常組 PCA、CTA 分別為 4.1°±1.0°、8.2°±1.5°，與國內報道相符，而稍大于歐美人，提示 PCA、CTA可能存在種族差異;3組的年齡、性別分布有所差異，但相關性分析并未發現PCA、CTA與年齡、性別等相關。Griffin等［13］發現，膝骨關節炎內翻患者膝PCA小于外翻膝，但各組標準差均大于2°，因此認為PCL并不可靠。Matsuda等［14］發現，膝骨關節炎患者內翻膝與正常膝CTA無顯著性差異，而外翻膝CTA則明顯增大;認為外翻膝存在后外側髁的發育問題，而內翻膝不存在。Aglietti等［15］發現，下肢機械軸夾角外翻每增加10°，PCA則相應增加1°。而本研究中，內翻組PCA、CTA均顯著低于正常組，而外翻組PCA、CTA均顯著高于正常組。

本研究結果顯示，內翻組mFTA均高于正常組，aMPTA、PCA、CTA均低于正常組;外翻組 aMPTA、PCA、CTA均高于正常組，mFTA、aLDFA均低于正常組(P均＜0.05)。這表明內翻膝的畸形主要來自于脛骨側，而外翻膝畸形則來自于股骨側及脛骨側。相關分析發現，內翻組PCA與mFTA、aMPTA相關，而外翻膝PCA與mFTA及aLDFA相關。對內翻組mFTA進一步研究發現，隨著mFTA逐漸增大至15°，內翻組 PCA、CTA 逐漸減小，P 均 ＜0.05;外翻組病例較少，且變異較大，并未進行mFTA的亞組分析。以上結果證實，內翻組PCA、CTA偏小并非是由于股骨發育不良，而是與磨損程度有關。這可能與膝關節過多從事高屈曲蹲起動作的生活方式相關，內側髁的后髁磨損較重造成軟骨磨損殆盡，進一步磨損軟骨下骨，從而導致PCA及CTA減小。

股骨前后軸雖然易于顯露，但是由于滑車磨損或髁間窩增生，定位誤差較大。對于嚴重滑車發育不良的患者，單獨依靠股骨滑車定位，可能會導致過度外旋。Poilvache等［16］認為，可以把Whiteside線作為股骨后髁截骨的參考線，但是也指出Whiteside前后軸不是很穩定，不能單獨作為股骨假體旋轉力線定位的參照軸。Amia等［5］認為，股骨髁上軸變異范圍較大，并不可靠，而Whiteside線則可作為確定股骨旋轉的可靠標志。本研究中，內、外翻組WPCL、WSEA、WCEA均明顯大于正常組，內翻組WSEA、WCEA均明顯大于外翻組。內、外翻組均存在Whiteside線外移，膝內翻患者可能大多早期即存在髕骨向外側半脫位使得滑車溝外側磨損增加，而膝外翻患者可能是由于股骨外髁、滑車發育不良所致。膝內翻患者同時存在滑車最低點外移及股骨內后髁的磨損，因此內、外翻組WPCL并無差異。本研究發現，Whiteside相關夾角的標準差明顯大于PCA，因此并不能作為判斷股骨旋轉的首選標志。

綜上所述，膝骨關節炎患者均存在Whiteside線外移，內翻型患者PCA、CTA均降低，PCA與mFTA和aMPTA相關;外翻型患者PCA、CTA均升高，PCA與mFTA和aLDFA相關。上述解剖標志不能作為惟一確定股骨旋轉的參考手段，全膝關節置換術中應當參考多條軸線來綜合確定股骨旋轉力線。同時本研究存在以下局限性:①病例較少，尤其是外翻組，無法進行mFTA亞組比較;②納入病例非隨機對照研究，性別比例不均衡、年齡跨度較大，正常組年齡偏小;③內翻組mFTA亞組的劃分并無明確的理論依據，只能大致反映內翻程度的變化。

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