基于CT三維重建對(duì)股骨髓內(nèi)定位桿進(jìn)針點(diǎn)位置的研究

劉珈　裴曉東　劉陽(yáng)子

作者單位：1.014040 內(nèi)蒙古 包頭，內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市第四醫(yī)院骨二科；3.大連大學(xué)附屬新華醫(yī)院

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基于CT三維重建對(duì)股骨髓內(nèi)定位桿進(jìn)針點(diǎn)位置的研究

劉珈1裴曉東2劉陽(yáng)子3

作者單位：1.014040 內(nèi)蒙古 包頭，內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)包頭市第四醫(yī)院骨二科；3.大連大學(xué)附屬新華醫(yī)院

【摘要】目的 通過(guò)利用股骨遠(yuǎn)端三維重建模型，探討股骨髁間窩最高點(diǎn)與股骨髓內(nèi)定位桿進(jìn)針點(diǎn)位置之間的關(guān)系，為全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中的精確截骨提供解剖學(xué)依據(jù)。方法 應(yīng)用PET-CT和Mimics 15.0軟件分別建立20位健康志愿者的股骨遠(yuǎn)端三維立體模型，以股骨髁間窩最高點(diǎn)為參照，對(duì)進(jìn)針點(diǎn)的位置進(jìn)行測(cè)量、描述及分析。結(jié)果 在冠狀面上，股骨髓內(nèi)定位桿進(jìn)針點(diǎn)位于髁間窩最高點(diǎn)內(nèi)（3.03±2.00）mm（-1.00～7.03 mm）；在矢狀面上，位于髁間窩最高點(diǎn)前（8.36±3.31）mm（1.42～14.69mm）。結(jié)論 本實(shí)驗(yàn)提供了一種在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中確定髓內(nèi)定位桿進(jìn)針點(diǎn)位置的方法，術(shù)前實(shí)施三維測(cè)量可協(xié)助個(gè)體化治療，提高手術(shù)成功率。

【關(guān)鍵詞】全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)；三維重建；髓內(nèi)定位桿進(jìn)針點(diǎn)；髁間窩最高點(diǎn)

全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)（total knee arthroplasty， TKA）是目前治療膝關(guān)節(jié)疾病的主要手術(shù)方法之一，已有30余年的發(fā)展歷程［1］。全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)成功的關(guān)鍵在于下肢力線的恢復(fù)。目前，臨床上普遍采用股骨髓內(nèi)定位系統(tǒng)指導(dǎo)術(shù)中截骨，而在該系統(tǒng)中，股骨髓內(nèi)定位桿進(jìn)針點(diǎn)位置的準(zhǔn)確選取對(duì)術(shù)后下肢力線的恢復(fù)起到至關(guān)重要的作用。本實(shí)驗(yàn)嘗試在三維立體模型上，以髁間窩最高點(diǎn)為參照，對(duì)入髓點(diǎn)的位置進(jìn)行測(cè)量和描述。同時(shí)建議術(shù)前實(shí)施三維測(cè)量，以期真正實(shí)現(xiàn)個(gè)體化治療。

1　對(duì)象與方法

1.1研究對(duì)象 于2014年1月—2015年8月在內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院隨機(jī)選取20例國(guó)人志愿者，其中女12例、男8例；年齡18～61歲，平均36.5歲；行雙下肢PET-CT掃描；志愿者雙下肢骨性組織均無(wú)創(chuàng)傷史、疾病史及手術(shù)史。

1.2三維模型的建立 將經(jīng)PET-CT掃描獲取的DICOM數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics 15.0軟件中，通過(guò)“閾值分割”功能獲取原始蒙板，再經(jīng)“蒙板編輯”對(duì)各個(gè)骨性結(jié)構(gòu)進(jìn)行分割，從而創(chuàng)建新蒙版，通過(guò)“三維重建”建立股骨遠(yuǎn)端三維立體可視化模型。

1.3股骨解剖軸、股骨髓內(nèi)定位桿進(jìn)針點(diǎn)及髁間窩最高點(diǎn)的確定 應(yīng)用Mimics 15.0軟件中的圓形擬合功能標(biāo)記股骨干中點(diǎn)所處平面的髓腔圓心，以及膝關(guān)節(jié)平面上10 cm處的髓腔圓心，連接上述兩點(diǎn)并延長(zhǎng)至股骨遠(yuǎn)端平面，此連線即為股骨解剖軸（圖1），而該線與股骨遠(yuǎn)端平面的交點(diǎn)即為理論上股骨髓內(nèi)定位桿的進(jìn)針點(diǎn)（圖2）。由股骨近端向遠(yuǎn)端觀察，選取最后出現(xiàn)股骨內(nèi)、外髁皮質(zhì)相連的圖像，圓形擬合該皮質(zhì)的上、下邊緣并標(biāo)記其圓心，該圓心即為股骨髁間窩最高點(diǎn)（圖2）。

1.4測(cè)量入髓點(diǎn)與髁間窩最高點(diǎn)之間的距離 在冠狀位及矢狀位上，分別測(cè)量股骨髓內(nèi)定位桿進(jìn)針點(diǎn)位置與髁間窩最高點(diǎn)之間的距離。

2　結(jié)果

在冠狀位上，股骨髓內(nèi)定位桿進(jìn)針點(diǎn)位于髁間窩最高點(diǎn)偏內(nèi)（3.03±2.00）mm（-1.00～7.03 mm）；在矢狀位上，股骨髓內(nèi)定位桿進(jìn)針點(diǎn)位于髁間窩最高點(diǎn)偏前（8.36±3.31）mm（1.42～14.69 mm）。

分布圖顯示，股骨髓內(nèi)定位桿進(jìn)針點(diǎn)位于髁間窩最高點(diǎn)偏內(nèi)0～6 mm、偏前1～12 mm各占總數(shù)的90%（僅1例男性偏外1.00 mm）（圖3）。

圖1　灰色圓柱即為三維重建模型中的股骨解剖軸

圖2　在三維重建模型中標(biāo)記入髓點(diǎn)及髁間窩最高點(diǎn)

圖3　股骨髓內(nèi)定位桿進(jìn)針點(diǎn)與髁間窩最高點(diǎn)位置關(guān)系分布圖

3　討論

對(duì)于全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)而言，目前臨床上普遍采用股骨髓內(nèi)定位系統(tǒng)指導(dǎo)術(shù)中截骨。然而，該系統(tǒng)并非絕對(duì)精確、無(wú)誤差，也曾出現(xiàn)過(guò)術(shù)后下肢力線過(guò)度內(nèi)翻或外翻的報(bào)道［2-4］。在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中采用股骨髓內(nèi)定位系統(tǒng)出現(xiàn)術(shù)后下肢力線對(duì)位不良的原因可能包括：患肢關(guān)節(jié)畸形、股骨非正常生理性彎曲、股骨髓腔異常寬大、股骨髓內(nèi)定位桿進(jìn)針點(diǎn)位置偏移或進(jìn)針?lè)较蚱睢⒍ㄎ粭U長(zhǎng)度或直徑不適宜等。

就入髓點(diǎn)而言，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者已通過(guò)各種實(shí)驗(yàn)方法對(duì)其進(jìn)行描述。1997年，Reed等［5］對(duì)X線平片進(jìn)行觀察和測(cè)量得出：股骨髓內(nèi)定位桿的進(jìn)針點(diǎn)應(yīng)在股骨解剖軸與股骨遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)面的交點(diǎn)上，且入髓點(diǎn)平均位于髁間窩偏內(nèi)6.6 mm處。1999年，Jeffery等［6］對(duì)25例病人的雙下肢X線平片進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果為：股骨解剖軸與股骨髁之間的交點(diǎn)距滑車頂點(diǎn)偏外平均3.4 mm。2001年，Novotny等［7］對(duì)45例股骨標(biāo)本的正、側(cè)位X線平片進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果顯示：從冠狀面上觀察，入髓點(diǎn)位于外側(cè)皮質(zhì)內(nèi)0.53×股骨遠(yuǎn)端內(nèi)外髁皮質(zhì)的寬度；從矢狀面上觀察，則位于前皮質(zhì)偏后0.33×前后皮質(zhì)的寬度。2009年，Wangroongsub等［8］通過(guò)研究尸體標(biāo)本的正、側(cè)位X線平片，認(rèn)為股骨髓內(nèi)定位桿的最佳進(jìn)針點(diǎn)應(yīng)位于髁間窩內(nèi)（1.5±2.0）mm、上（12.0±2.7）mm處。我國(guó)學(xué)者盧宏章等［9］于2004年對(duì)40例病人進(jìn)行全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)術(shù)前、術(shù)后膝關(guān)節(jié)正、側(cè)位X線平片的拍攝，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行標(biāo)記和測(cè)量，結(jié)果顯示：股骨髓內(nèi)定位桿的進(jìn)針點(diǎn)位于股骨解剖軸上，此點(diǎn)與滑車中心的距離平均為7 mm。

上述研究多以二維圖片為基礎(chǔ)進(jìn)行觀察和測(cè)量，數(shù)據(jù)的客觀性、真實(shí)性可能會(huì)因操作技巧、攝片角度、股骨的前弓、股骨頭的旋轉(zhuǎn)、放大比率、測(cè)量方法及骨性疾病等出現(xiàn)偏差［10-12］。除此之外，在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中，國(guó)內(nèi)普遍采用的假體尺寸、手術(shù)操作方案等多以西方人的骨性結(jié)構(gòu)為參考標(biāo)準(zhǔn)，但眾所周知，就解剖學(xué)特點(diǎn)而言，東、西方人種之間存在顯著差異，這可能會(huì)導(dǎo)致入髓點(diǎn)的位置在二者之間略有不同。對(duì)于手術(shù)的精細(xì)化而言，差之毫厘，謬以千里，幾毫米的誤差也可能會(huì)對(duì)術(shù)后效果產(chǎn)生巨大的影響。若入髓點(diǎn)的位置不慎選擇在股骨解剖軸之外，則股骨髓內(nèi)定位桿尖端的內(nèi)移會(huì)增大外翻誤差；反之，若入髓點(diǎn)的位置在股骨解剖軸之內(nèi)，則會(huì)增大內(nèi)翻誤差［13-15］。

本實(shí)驗(yàn)嘗試在三維立體模型上進(jìn)行測(cè)量，以期最大限度避免二維攝片時(shí)所出現(xiàn)的角度誤差和測(cè)量誤差，使所得數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度及精確度均高于X線平片。本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果與國(guó)內(nèi)外學(xué)者的相關(guān)研究不盡相同，這可能與實(shí)驗(yàn)材料、對(duì)象、方法等不同有關(guān)。本實(shí)驗(yàn)以活體CT圖像為基礎(chǔ)，利用三維重建技術(shù)進(jìn)行測(cè)量，而有些研究會(huì)選擇尸體標(biāo)本或活體、尸體標(biāo)本的X線平片作為實(shí)驗(yàn)材料；不同的實(shí)驗(yàn)方法會(huì)以不同的角度對(duì)股骨遠(yuǎn)端的解剖學(xué)構(gòu)象進(jìn)行展示，并選擇不同的參照物對(duì)股骨遠(yuǎn)端的髓腔進(jìn)行標(biāo)記，而測(cè)量方法又有人工和機(jī)械之分；另外，人種間的解剖學(xué)差異也是重要的影響因素。

本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，無(wú)論在冠狀位還是矢狀位上，股骨髓內(nèi)定位桿進(jìn)針點(diǎn)與髁間窩最高點(diǎn)之間的距離均有較大波動(dòng)，這提示：入髓點(diǎn)的位置可能存在較大的個(gè)體差異。在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)前，通過(guò)應(yīng)用本實(shí)驗(yàn)所提供的方法，在股骨遠(yuǎn)端三維重建模型上測(cè)量并標(biāo)記股骨髓內(nèi)定位桿入針點(diǎn)的位置，對(duì)確保后續(xù)術(shù)中的精確截骨和假體的適宜安置有重要的現(xiàn)實(shí)意義，真正實(shí)現(xiàn)個(gè)體化治療。本研究的局限：未對(duì)術(shù)前實(shí)施入髓點(diǎn)三維定位的病人進(jìn)行5年隨訪，沒(méi)有在關(guān)節(jié)功能與放射學(xué)檢查等方面與實(shí)施傳統(tǒng)手術(shù)的病人進(jìn)行對(duì)比評(píng)估。但術(shù)前三維重建及測(cè)量對(duì)術(shù)中精細(xì)化操作的重要性是毋庸置疑的。

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臨床經(jīng)驗(yàn)薈萃

通訊作者：裴曉東，Email：peiming18@163.com

【中圖分類號(hào)】R68

【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】1672-7185（2016）04-0063-03 doi﹕10.3969/j.issn.1672-7185.2016.04.030

收稿日期：（2016-01-11）