內翻畸形膝關節股骨遠端假體旋轉對位標志的研究

殷欽，宋希璽，叢銳軍，李西凡，陶坤

(同濟大學附屬第十人民醫院骨科，上海 200072)

臨床研究

內翻畸形膝關節股骨遠端假體旋轉對位標志的研究

殷欽，宋希璽，叢銳軍，李西凡，陶坤*

(同濟大學附屬第十人民醫院骨科，上海 200072)

目的 通過對不同膝關節CT掃描圖像的比較和分析，評估股骨遠端假體旋轉對位標志在內翻畸形膝關節中的可靠性。方法 研究包括108側膝關節，行薄層CT掃描，分為輕度內翻組(內翻小于等于20°)、重度內翻組(內翻大于20°)、正常對照組。在CT圖像上定位外髁經股骨上髁軸(surgical transepicondylar axis，SEA)、前后軸(anteroposterior axis，AP axis)、后髁軸(posterior condylar line，PCL)和股骨前軸(anterior femoral axis，AFA)。分別測量AP axis、PCL和AFA相對于SEA的角度，并在不同亞組之間比較各個角度的差異。結果 重度內翻組膝關節PCA值較正常對照組和輕度內翻組差異均有統計學意義，輕度內翻組和正常對照組之間PCA值差異無統計學意義。ASA和FSA值在三組之間差異均無統計學意義。結論 AP axis和AFA較PCL受重度內翻畸形影響較小。但AP axis變異較大，作為參考標志時要謹慎，股骨前軸較穩定，膝關節伴內翻畸形時可以參照此軸放置假體。

全膝關節置換手術；假體旋轉對線；膝內翻畸形；影像學研究

人工全膝關節置換術(total knee arthroplasty，TKA)中的股骨假體旋轉對線一直是關節外科領域研究的重點。股骨假體旋轉對線對髕股運動軌跡以及屈曲間隙的平衡有巨大的影響。假體旋轉對位不良引起的髕股關節并發癥是造成TKA術后效果不佳及過早翻修的重要因素。目前臨床上常用的確定股骨假體旋轉對線的參考標志有經股骨上髁軸(transepicondylar axis，TEA)、Whiteside′s前后軸(anteroposterior axis，AP axis)、股骨后髁軸(posterior condylar angle，PCL)等。一般認為在內、外上髁清晰可見的時候，經股骨上髁軸是最可靠的股骨假體旋轉對位的參考軸。但是由于術中精確定位經股骨上髁軸較為困難，臨床上應用以股骨后髁軸和前后軸多見。然而在內翻畸形膝關節中，由于后髁平面破壞、滑車磨損和髁間窩骨贅的生成，使得這兩條軸線的可靠性降低。Talbot等[1]首先報道了股骨前軸(anterior femoral axis，AFA)，定義為緊鄰股骨滑車平面近側的股骨前方平面，并認為股骨前軸是決定股骨假體旋轉對位的一個有用的骨性標志。

當前研究目的是通過在內翻畸形膝關節的CT掃描圖像上，測量并比較股骨后髁軸、Whiteside′s前后軸和股骨前軸相對于外髁經股骨上髁軸的角度。評估骨關節炎伴內翻畸形時，后髁軸、Whiteside′s前后軸和股骨前軸作為股骨假體旋轉對位參考標志物的可靠性。

1 資料與方法

1.1 研究對象 當前研究包括108側膝關節，行薄層CT掃描。排除標準：a)年齡小于18 歲；b)股骨遠端骨折；c)股骨髁發育不良；d)CT圖像質量較差。納入研究的樣本中，男性23 例，女性49 例；年齡為36～86 歲，平均(66.9±12.6) 歲。分為三組：正常對照組(A組，30 側)、輕度內翻組(B組，47 側，內翻小于等于20°)、重度內翻組(C組，31 側，內翻大于20°)。

1.2 CT掃描及測量方法 參與者取仰臥位，雙下肢旋轉中立位，伸直膝關節，在股骨遠端間隔1 mm連續行薄層CT掃描，掃描平面與股骨解剖長軸垂直。選擇股骨內外側髁最突出部分顯示清晰的CT掃描圖像用以測量。首先，在不同CT圖像上分別確定內上髁中間溝和外上髁最突出的點并標志，然后將外上髁標志點投影到含有內上髁標志點的CT圖像上，兩個投影點之間的連線就是外髁經股骨上髁軸。通過同樣的方法分別確定后髁軸，Whiteside′s前后軸和股骨前軸。后髁軸定義為通過股骨后髁內外側最突出點的連線，Whiteside′s前后軸是從股骨滑車溝最低點到髁間窩中點的連線，股骨前軸是緊鄰股骨滑車平面近側的股骨前方平面的切線(見圖1)。最后，將股骨后髁軸、Whiteside′s前后軸和股骨前軸都投影到標志了外髁經股骨上髁軸的CT圖像上(見圖2)。

圖1 股骨前軸示意

1.3 圖像處理與參數測量 CT圖像的選擇和參數的測量由同一研究人員完成，選取最佳的CT圖像，應用Photoshop CS5軟件進行圖像處理。

測量膝關節內外翻的角度：攝雙下肢站立位全長正位片。股骨機械軸(股骨頭中心至膝關節中心點連線)及脛骨機械軸(膝關節中心點至踝關節中心點連線)之間的夾角定為內翻角度α。

測量參數：a)后髁角：PCL相對于SEA旋轉的角度。b)Whiteside′s前后軸相對于SEA旋轉的角度(angle between APaxis and SEA，ASA)。c)股骨前軸相對于SEA旋轉的角度(angle between AFA and SEA，FSA)。

圖2 外髁經股骨上髁軸后髁軸、Whiteside′S前后軸示意

2 結 果

外髁經股骨上髁軸與后髁軸之間的角度(posterior con-dylar angle，PCA)在A組的平均值是(3.9±1.7)°(1.0°～6.6°)，在B組為(3.4±1.8)°(-0.4°～7.1°)，在C組為(2.4±2.0)°(-2.1°～7.6°)。PCA值在A組和B組之間的差異無統計學意義(PA-B=0.228 4)。在C組中PCA值要顯著小于A組(PA-C=0.002 6)和C組(PB-C=0.024 4)。

外髁經股骨上髁軸與Whiteside′s前后軸之間的角度(ASA)的均值在A組是(86.8±2.9)°(82.7°～91.4°)，在B組為(87.0±3.3)°(81.0°～94.1°)，在C組為(86.2±4.1)°(79.7°～95.8°)。ASA值在A組與B組，A組與C組，B組與C組之間的差異無統計學意義(PA-B=0.786 7，PA-C=0.513 2，PB-C=0.344 8)。

外髁經股骨上髁軸與股骨前軸之間的角度(FSA)的均值在A組為(9.5±2.0)°(4.3°～13.2°)，在B組為(9.4±2.2)°(4.1°～13.6°)，在C組為(9.1±2.5)°(3.5°～13.7°)。FSA值在A組與B組，A組與C組，B組與C組之間的差異無統計學意義(PA-B=0.840 9，PA-C=0.493 8，PB-C=0.578 4)。

3 討 論

TKA術是治療膝關節骨關節炎、類風濕性關節炎、關節畸形等疾病晚期病變的有效方法，能夠緩解患者膝關節疼痛、矯正畸形、恢復關節功能。股骨假體旋轉對位是影響TKA術后效果的重要因素，為了減少TKA術后并發癥和改善術后效果，選擇正確的假體旋轉對位的參考標志非常重要。

確定股骨假體旋轉力線的方法有很多，常用的有經股骨上髁軸、股骨后髁軸、Whiteside′s前后軸等。Berger等[2]將經股骨上髁軸分為臨床經股骨上髁軸和外髁經股骨上髁軸。解剖學和生物力學研究表明，SEA是膝關節屈曲的旋轉中心軸，是最理想的解剖參考標志[3-4]。然而，內上髁中間溝和外上髁最突出部分有軟組織覆蓋，術中暴露困難，無法精確定位，這限制了外髁經股骨上髁軸的臨床應用[2，5]。股骨后髁軸和Whiteside′s前后軸術中直視定位較容易，臨床上經常參考此二軸確定股骨遠端假體旋轉對位。然而，在膝關節骨關節炎患者中，常伴有嚴重的內翻畸形，后髁平面破壞、滑車磨損和髁間窩骨贅的生成，這些顯著的解剖結構改變會引起股骨后髁軸和Whiteside′s前后軸可靠性的降低。當前研究在不同膝關節CT圖像上測量了PCA、ASA和FSA，并比較各角度值在輕度內翻組、重度內翻組和正常對照組之間的差異，評估PCL、Whiteside′s前后軸和股骨前軸在骨關節炎伴內翻畸形時，作為股骨遠端假體旋轉對位參考標志的可靠性。

當前很多臨床醫師參照股骨后髁軸外旋3°～5°來確定股骨假體旋轉力線。但在臨床實踐中，許多學者發現骨關節炎或其他疾病引起的股骨后髁病損和發育不良會對手術中股骨假體的旋轉對線產生誤導。當前研究中，在正常對照組PCA值為(3.9±1.7)°，輕度內翻組為(3.4±1.8)°，均顯著大于重度內翻膝組(2.4±2.0)°。在重度內翻畸形膝關節中，如參照股骨后髁軸外旋3°～5°截骨，會導致股骨假體過度內旋，引起屈膝間隙不平衡、膝關節不穩定等并發癥。這一結論與孫鐵錚等[6]先前的研究相一致，他們測量發現在骨關節炎患者中，股骨后髁軸相對于SEA內旋角度為2.36°。Fujii等[7]認為在內翻畸形膝關節中，由于內外側不對稱的軟骨磨損和骨贅生成，股骨后髁軸會產生(1.7±1.3)°的偏差，可靠性較差。因此，外科醫生在利用股骨后髁軸來決定股骨假體旋轉對線時，需要術前常規行CT掃描評估每個患者的后髁角，在術中使用可調整的截骨模塊，以獲得更好的術后效果。

Insall[8]認為Whiteside′s前后軸垂直于股骨上髁軸，且關系較為恒定。Arima等[5]對尸體進行解剖學和影像學測量，認為在外翻畸形的膝關節中，Whiteside′s前后軸是可靠的參考標志。但是有的尸體研究發現，Whiteside′s前后軸相較于經股骨上髁軸和股骨后髁軸，個體差異較大[9]。在當前研究中，Whiteside′s前后軸與SEA之間的角度，在重度內翻膝組、輕度內翻膝組和正常對照組之間沒有明顯的差異。然而，在重度內翻畸形膝關節中，ASA值的標準差為4.1，變化范圍為79.7°～95.8°，表明Whiteside′s前后軸單獨作為股骨假體旋轉力線定位的參考軸的可靠性較差。Whiteside′s前后軸的準確定位依賴正常的股骨滑車溝和髁間窩的解剖，在一些滑車發育異常、滑車表面磨損和髁間窩骨贅形成的膝關節中，Whiteside′s前后軸定位很困難，嚴重的滑車發育不良還會導致股骨假體過度外旋[10]，故具有一定的局限性，不能單獨作為定位股骨遠端假體旋轉對線的參考標志。

Talbot等[1]在193 例全膝關節置換術中，利用計算機導航技術測量了Whiteside′s前后軸、股骨后髁軸和股骨前軸這三標志之間的角度，發現股骨前軸相對于Whiteside′s前后軸的垂線有約2.9°內旋。在臨床實踐中我們發現，盡管在骨關節炎的膝關節中后髁平面和滑車溝磨損很嚴重，但是大多數膝關節股骨近端的前方平面相對完整，且股骨前軸術中可以直視，容易定位，是股骨假體遠端旋轉對位可靠的參考標志。Watanabe等[11]測量了150側骨關節炎膝關節的術前CT圖像，發現股骨前軸相對于CEA內旋(12.2±3.6)°，且不受膝關節內外翻畸形的影響。他們還設計了一種術中測量股骨前軸的工具，術中測量顯示股骨前軸相對于SEA內旋(9.8±3.2)°，術前影像學測量值和術中測量值之間有顯著關聯[12]。當前研究表明，股骨前軸相對于SEA的位置恒定，且在重度內翻組、輕度內翻組和正常對照組之間均無明顯統計學差異，這一結果與Watanabe等人的研究相一致。因此，在骨關節炎伴重度內翻畸形時，股骨前軸作為確定股骨假體旋轉對線的參考標志仍然可靠。然而，我們還不能確定股骨前軸術中定位股骨假體旋轉是否可行，如果可行，術中測量值與術前測量值是否一致。另外還需要通過術后的測量評估，判斷術中測量值定位股骨假體旋轉是否可靠。

綜上所述，在骨關節炎伴內翻畸形時，應常規行術前膝關節CT掃描，評估每一位的患者的后髁角，減少術后并發癥的發生；Whiteside′s前后軸的可靠性較差，不能單獨作為股骨遠端假體旋轉對位的參考標志。股骨前軸受膝關節內翻畸形影響較小，是股骨假體旋轉對位新的參考標志，然而，該軸線的術中測量和術后效果的評估還需要進一步的研究。

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Rotational Alignment of the Femoral Component in the Knees with Varus Deformities：a CT evaluation

Yin Qin，Song Xixi，Cong Ruijun，etal

(Department of Orthopaedics，Tenth Pepole′s Hospital of Tongji University，Shanghai 200072，China)

Objective To analyze the rotational alignment of distal femoral on CT scans of the normal knees and osteoarthritis knees with varus deformities，and to identify whether PCL，AP axis and FAT line are reliable for determining rotational alignment in varus knees.Methods One hundred and eight knees underwent CT were included in this study，and were divided into three groups(Group A，normal knees，n=30；Group B，mild varus，n=47；Group C，severe varus，n=31).SEA，PCL，AP axis and AFA were located respectively in different slices，then PCA，ASA and FSA were measured，and these angles were compared between 3 groups.Results The values of PCA in Group C was significantly less than that in Group A and Group B，but there was no statistical differences between Group A and Group B.There were no significant differences between the three groups in the values of ASA and FSA.Conclusion This study indicates that the PCA is not reliable for femoral rotational alignment in severe varus knees.ASA and FSA are not affected by osteoarthritis，however the variation of values suggests that the AP axis should be used with caution，and the AFA is a stable axis as a rotational assessment guide.

total knee arthroplasty；rational alignment of implant；knee varus deformity；image analyzes

國家自然科學基金項目(91000808)；*本文通訊作者：陶坤

1008-5572(2015)08-0702-04

R687.4+2

A

2014-12-10

殷欽(1989- )，男，醫師，同濟大學附屬第十人民醫院骨科，200072。