腓骨近端截骨對脛骨近端骨密度影響CT值測量研究

季衛平 沈繼全 何世杰 陳金堂 李婕 王波 范秋平

[摘要] 目的 探討膝關節前內側骨關節炎患者行腓骨近端截骨對脛骨近端骨密度的變化情況。 方法 將2015年1月至2018年8月在麗水市人民醫院行腓骨近端截骨治療的54例膝關節前內側骨關節炎患者納入本研究，觀察術前、術后2年膝關節評分、視覺模擬評分、膝關節活動度、髖-膝-踝角和脛骨近端各部位CT值差異。 結果 （1）與術前相比，術后2年膝關節評分、視覺模擬評分、膝關節活動度、髖-膝-踝角均得到不同程度的改善;（2）術前及術后2年膝關節脛骨近端CT值內側>外側>髁間，脛骨近端上層>下層（P<0.05）（除上下層髁間比較）;（3）與術前相比，術后2年脛骨近端上層CT值內側下降，外側增加，然而近端下層內側、外側無明顯變化。 結論 通過對膝關節內側骨關節炎患者腓骨截骨術前、術后脛骨近端不同層面、不同部位的CT值變化，了解脛骨近端骨密度變化，同時進一步佐證“膝關節不均勻沉降”理論的合理性。

[關鍵詞] 骨關節炎;不均勻沉降;CT值;脛骨平臺;腓骨近端截骨術

[中圖分類號] R687.3? ? ? ? ? [文獻標識碼] A? ? ? ? ? [文章編號] 1673-9701（2021）09-0014-05

Research on the measurement of CT value in the impacts of proximal fibular osteotomy on bone mineral density of proximal tibia

JI Weiping1? ?SHEN Jiquan1? ?HE Shijie1? ?CHEN Jintang1? ?LI Jie1? ?WANG Bo1? ?FAN Qiuping2

1.Department of Orthopedics， Lishui City People′s Hospital in Zhejiang Province， Lishui? ?323000， China; 2.Institute of Orthopedic Research， the First Affiliated Clinical Medical College of Lishui University， Lishui 323000， China

[Abstract] Objective To investigate the changes of bone mineral density of proximal tibia after proximal fibular osteotomy in patients with anterior medial knee osteoarthritis. Methods A total of 54 patients with anterior medial knee osteoarthritis undergoing proximal fibular osteotomy in Lishui City People's Hospital from January 2015 to August 2018 were included in this research. The knee score， visual analogue score， knee range of motion， hip-knee-ankle angle and CT value difference of proximal tibia were observed before and two years after operation. Results （1）Compared with pre-operation， the knee score， visual analogue score， knee range of motion and hip-knee-ankle angle were improved in different degrees 2 years after operation. （2）Before and two years after operation， the CT value of proximal tibia of knee joint was medial>lateral>intercondylar， and proximal tibia was superior >inferior（P<0.05）（except the intercondylar comparison）. （3）Compared with preoperative， the CT value of proximal superior tibia decreased on the medial side and increased on the lateral side 2 years after operation， but there was no obvious change on the medial side and lateral side of proximal inferior tibia. Conclusion Through the changes of CT values in different layers and different parts of proximal tibia before and after fibular osteotomy in patients with medial osteoarthritis of knee joint， the changes of bone mineral density in proximal tibia were understood， and the rationality of the theory of "uneven settlement of knee joint" was further proved.

[Key words] Osteoarthritis; Uneven settlement; CT value; Tibial platform; Proximal fibular osteotomy

張英澤等[1]在2014年提出膝關節骨關節炎（KOA）的發病因素有可能是膝關節不均勻沉降所導致的，因此開展了近端腓骨截骨術治療KOA，結果顯示術后患者疼痛緩解及膝關節功能有很好的改善[2-4]。相關研究指出骨質疏松導致的膝關節不均勻沉降是KOA發生和發展的主要因素，骨密度和骨質量下降，骨微結構破壞，造成骨脆性增加，使得應力的傳遞與分散功能減弱，由于內側平臺沒有腓骨支撐，導致脛骨平臺內外側沉降速率不均勻[5-8]。在“不均勻沉降理論”指導下，采用腓骨截骨術治療以膝關節內側或前內側間室受累為主的KOA患者，可以明顯降低患者疼痛并顯著改善膝關節功能，然而對于癥狀嚴重者，也可有效延緩患者全膝關節置換[9-11]。本研究探討腓骨近端截骨對脛骨近端CT值變化及骨密度影響，現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

將2015年1月至2018年8月在麗水市人民醫院行腓骨近端截骨手術患者進行研究，納入標準：①確診為內側或前內側骨關節炎患者，診斷依據根據骨關節炎診治指南[12];②我院醫學影像信息系統有記錄保存術前、術后2年膝關節CT片者;③年齡40～80歲，無人體鈣磷代謝障礙合并癥者;④對研究知情同意者，經我院醫學倫理委員會批準。排除標準：①痛風或類風濕關節炎者;②三間隙均有退變性骨關節炎者;③無CT資料保存者;④隨訪資料不完整者。根據納入排除標準，54例患者納入本研究，男25例，女29例;年齡46～78歲，平均（62.1±4.7）歲;患有內側或前內側骨關節炎病程1～6年，平均（25.6±6.3）個月。

1.2 方法

1.2.1 脛骨近端CT值測量? 調取我院醫院影像信息系統納入本研究患者術前、術后2年隨訪時CT片，進行感興趣區域（Region of interest，ROI）CT值測量（Hu）;①脛骨近端前、中、后層面的定義：選取膝關節CT某一水平面圖像，做a線經過脛骨內側髁、外側髁中點為脛骨平臺軸線，以a線為基準線，向前、后畫出等距離c線和b線，將b線所在的平面定義為前層面，a線所在的平面定義為中層面（圖1）。②脛骨近端上層、下層的定義：選取膝關節CT 某一冠狀面圖像，做d線為軟骨面與骺線之間的中線，與d線相平行取相等距離e線，d線所在的平面定義為上層，e線所在的層面為下層（圖2）。③脛骨近端內側、髁間、外側的定義：選取膝關節CT 某一冠狀面圖像，做f、g、h三線將脛骨近端縱向等分為四部分，將f線所在層面為近端外側，g線所在平面為近端髁間，h線所在的平面為近端內側（圖2）。④脛骨近端 CT 值測量路線：選取膝關節CT冠狀位圖像，在b層面上，d線、e線分別與f線、g線、h線相交于 A、B、C、D、E、F 6處，測量該 6處 ROI的 CT 值，同理測量a層面、c層面的 CT 值，共18處（圖 2）。

1.2.2 手術方式? 所有患者均進行腓骨近端截骨術：給予患者局部或腰硬聯合麻醉，于腓骨中上部位距小頭4～6 cm處作切口，長度為3～4 cm，切開皮下后可見深筋膜，分開后到腓骨膜，距小頭4 cm左右用線鋸鋸除一段1.5～2.0 cm的腓骨棄之，止血后縫合切口。麻醉醒后即可下地負重。

1.3 觀察指標及評價標準

1.3.1 術前及術后2年基礎情況比較? （1）膝關節評分（HSS評分）比較：量表滿分100分，包括7個項目：疼痛（30分）、功能（22 分）、活動度（18 分）、肌力（10 分）、穩定性（10分）、屈膝畸形（10 分）和減分項;評分與膝關節功能呈正比，優秀≥85分，良好 70～84分，中等60～69分，差≤59分[13]。（2）視覺模擬評分（VAS評分）比較：0 分：無痛，無任何疼痛感覺;1～3 分：輕度疼痛，可忍受，能正常生活睡眠;4～6 分：中度疼痛，疼痛明顯并影響睡眠;7～10 分：重度疼痛，疼痛難以忍受，影響睡眠、食欲、生活等[14]。（3）膝關節活動度（ROM）比較：囑患者屈伸膝關節，采用測角器測量膝關節 ROM角度[15]。（4）髖-膝-踝角（HKA角）比較：在雙下肢全長片進行測量HKA角，角度為股骨力學軸（股骨頭中心與髁間窩中心連線）和脛骨力學軸（脛骨近端中心與踝關節中心連線）相交的內側夾角[16]。

1.3.2 術前、術后2年脛骨近端CT值比較? （1）術前脛骨近端上、下層各部位CT測量值比較;（2）術后脛骨近端上、下層各部位CT測量值比較;（3）術前與術后2年脛骨近端上層各部位CT測量值比較;（4）術前與術后2年脛骨近端下層各部位CT測量值比較。

1.4 統計學方法

采用SPSS 20.0統計學軟件進行分析。脛骨近端內側、外側及髁間比較采用方差分析，脛骨近端上、下層比較采用獨立樣本t檢驗;術前、術后HSS、VAS評分、ROM角及HKA角均采用獨立樣本t檢驗，結果均以均數±標準差（x±s）表示;計數資料以率表示，采用χ2檢驗;P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 術前及術后2年基礎情況比較

與術前相比，患者術后2年HSS、VAS、ROM以及HKA均明顯改善，差異有統計學意義（P<0.05）。

2.2 脛骨近端上、下層各部位CT測量值（Hu）

術前脛骨近端 CT 值脛骨近端內側>外側>髁間，脛骨近端上層>下層（除上下層髁間比較），差異有統計學意義（P<0.05）。

術后2年脛骨近端 CT 值脛骨近端內側>外側> 髁間，脛骨近端上層>下層（除上下層髁間比較），差異有統計學意義（P<0.05）。

與術前近端上層相比，患者術后2年近端上層內側下降，外側增加，而髁間無明顯變化。

與術前近端下層相比，患者術后2年近端下層內側、外側以及髁間比較，差異均無統計學意義（P>0.05）。

3討論

3.1 脛骨近端各興趣點骨量CT值測量的臨床意義

膝原發退變性骨關節炎大多數缺乏明確的病因。傳統上認為某些生物因素（如遺傳、年齡、炎癥等）及機械性因素等先造成關節軟骨的損傷，繼而造成結構上的破壞，進一步引起生物力學方面的紊亂以致病情漸加重，即傳統觀點關節軟骨的破壞是主因。從膝關節解剖學及生物力學角度來分析，當膝關節處于站立位時，重力由髖關節中軸轉移至膝關節，最后到達踝關節。當膝關節在負重作用下彎曲和伸展時，脛骨平臺分別向內及向外旋轉，在整個過程中內側脛骨平臺旋轉較少，從而壓力大部分負荷在膝關節內側。根據該壓力傳導原理，White等[17]在1991年首先提出了膝原發退變性骨關節炎的發病機制并提出了“膝關節前內側骨關節炎”的概念，其認為在該病中，首先引起受壓力較大內側平臺病變，在不斷的受壓過程中，進一步導致膝關節內翻畸形，導致承受壓力更大，加重了骨關節炎的病理進展，最終導致惡性循環。本文作者也在1997年對膝關節前內側骨關節炎患者行“脛骨近端截骨加鍥形骨墊植骨”治療取得滿意療效[18]。目前相關文獻[19]的研究結果對傳統的KOA理念提出了挑戰，其在研究中發現KOA的癥狀改變與膝關節軟骨下骨質量改變相關，而并非是傳統觀念中的關節軟骨磨損程度。骨質疏松程度在KOA疾病的發展中尤其重要，其中該病和疏松與單位面積承受的壓強存在正相關性。張英澤等[1]也曾對脛骨平臺內側、外側軟骨下骨、髁部等處的 CT 值進行比較，研究發現不同部位CT值之間有所差異，并且提出“膝關節不均勻沉降”理論，從而推動腓骨截骨術在膝關節前內側骨關節炎中的治療研究進展。但其研究仍存在一些不足，本文運用張氏測量方法，對54例行腓骨近端截骨治療術前及術后2年左右隨訪時分別測量患者的脛骨近端上、下層的內、外側平臺及髁間隆起部，共18處的ROI點進行 CT 值測量，能更全面地了解腓骨近端截骨術前后脛骨近端不同部位骨密度變化情況，明確其變化的趨勢、分布區域和特點，進一步驗證“膝關節不均勻沉降”理論的客觀基礎，為腓骨近端截骨治療膝關節前內側退變性骨關節炎提供一定的客觀證據支持。

3.2 CT值測量骨量與骨密度的關系

CT 值[19]是測定人體某一局部組織或器官密度大小的一種計量單位，其用亨氏單位（Hounsfield unit，Hu）來表達，亨氏單位將線性衰減系數劃分為2000個單位，以水為0 值，最上界為骨CT 值為+1000，最下界為空氣CT 值為-1000。實際上CT值是CT圖像中各組織與X線衰減系數相當的對應值。無論是矩陣圖像或矩陣數字都是CT 值的代表，而CT 值又是從人體組織、器官的μ值換算而來的。CT值不是絕對不變的數值，它不僅與人體內在因素如呼吸、血流等有關，而且與X 線管電壓、CT 裝置、室內溫度等外界因素有關，實際使用中需經常校正，否則將導致誤診。骨密度（BMD）是臨床上通常用來反映骨質量的重要標志，雙能X線骨密度儀（DEXA）是評估骨密度的金標準，然而，DEXA 可能導致在神經退行性疾病、壓縮骨折和（或）血管鈣化患者骨密度測量中出現假性升高。目前，用CT測量骨量已被作為評估骨密度和骨質量的替代方法。國外Zaidi等[20]報道指出：非退行性疾病患者的Hu值和BMD值，與退行性疾病患者的Hu值和BMD值相比，相關系數分別為2140.52和2140.18。CT的Hu值測量是一種簡單、快速地評估骨質量的技術，對于所有已有CT掃描的患者都應該進行。相關文獻[19]報道，通過診斷性CT掃描直接測量Hu有可能被用于骨質疏松癥篩查。國內李博[21]也報道了腰椎不同部位CT值與骨密度的相關性。我院用的是320排高分辨率CT掃描機，高分辨力掃描是指用較薄的掃描層厚（一般為1～2 mm）、較小的掃描視野（FOV）、高空間分辨力算法（即骨組織重建算法）重建的一種掃描方式，能方便地對某個區域進行薄層掃描和CT值的讀取。在脛骨近端測量的研究中，可以測定脛骨近端上某一點的CT值來反映該部位的骨量變化，從而間接了解骨密度的變化。Burnett WD等[22]認為，KOA的特征是軟骨下骨的特性變化，包括骨密度、厚度以及骨體積分數等，而局部骨密度的變化可能破壞神經支配功能，導致膝關節力學改變引起關節疼痛。疼痛程度與骨密度下降程度有一定關聯，隨著KOA的不斷進展，局部骨密度逐漸下降，引起膝關節劇烈疼痛[23]。

3.3 腓骨近端截骨對脛骨近端骨密度的影響

楊偉銘等[24]在KOA的絕經女性患者中脛骨近端骨密度的對比研究，結果發現隨著OA的不斷進展，膝關節發生內外翻畸形及脛骨平臺受力的改變，脛骨平臺內側受壓增加導致骨質增生硬化，使脛骨平臺內、外側骨密度有所差異，內側明顯高于外側。此外，張美娟[25]綜述了膝關節結構改變對膝關節生物力學的影響，從膝關節正常解剖層面上看，脛骨平臺內側要比外側大，所承受的力量也較大，膝關節局部結構發生明顯改變時，如關節軟骨損傷、韌帶斷裂、半月板磨損等，均能導致膝關節周圍力學環境改變，從而使生物力學改變，使局部結構損傷加重，推動了KOA的形成。然而在正常的情況下，骨具有自適應性或自優化功能，骨可以根據周圍力學環境的改變做出適合自身結構和形狀改變：如當膝關節屈曲時，脛骨平臺內旋，伸展時外旋，脛骨平臺內側移動度較小且內側面積較大，從而壓力大部分負荷在膝關節內側[7，9]。本研究發現KOA 患者術前脛骨近端骨密度分布呈現“內側>外側>髁間”的特點，差異均具有統計學意義，造成這種骨密度分布不均的結果是由于脛骨平臺內、外側及髁部承受力量不均引起脛骨近端軟骨下骨做出的相應適應性改變;當進行腓骨近端截骨后2年，再次測量相應感興趣點的CT值，術后2年外側上層CT值升高，內側上層CT值較術前降低，但內側上層仍然高于外側上層，術后下層變化不明顯，引起這種結果可能是脛骨近端多為松質骨，國人較多有輕度 “O”型腿改變，在膝關節處于站立位負重時，由于內側平臺沒有腓骨等外力支撐及負重時內側受壓較大，導致脛骨平臺內側較外側更容易、更早出現軟骨下骨塌陷及輕微骨折，從而脛骨內側軟骨下骨的骨密度才會顯著增高，這種骨密度變化特點隨著腓骨近端截骨，外側平臺失去支撐條件的作用下，脛骨平臺軟骨下骨也漸漸發生適應性改變，外側上層先出現骨質量的增加，而下層在術后2年左右改變不明顯[26-28]。由此得知，腓骨近端截骨可間接影響平臺骨密度，主要表現在內外側上層感興趣區，內側平臺骨量CT值下降外側則升高，提示脛骨平臺內外側骨密度的差異在改變，正是由于外側失去腓骨支撐后出現了沉降，導致疏松的骨小梁受力學作用變的緊實，呈現出高密度的“假象”，說明局部感興趣區受力的改變是朝著預期發展的，這種現象部分原因是生物力學作用的結果，但用內外側平臺不均勻沉降更易解釋，這也從一定程度上佐證了“膝關節不均勻沉降”理論的客觀存在。

3.4 腓骨近端截骨手術適應證的思考

通過本研究，發現腓骨近端截骨對膝前內側骨關節炎患者脛骨近端骨密度確實產生向正態發展的作用，對于關節軟骨尚有部分保留的退變性骨關節炎患者效果是明顯的，本組隨訪1年內的HSS評分平均達83.2;但在2年左右時下降到78.1。分析原因：在初次腓骨截骨同時行關節鏡治療的16例中，當時有內側脛骨平臺或股骨髁部軟骨磨損較重的12例效果不好，HSS評分平均僅63分。這提醒作者選擇手術適應證時需更加嚴格，這12例如果當時選擇單髁置換或HTO效果或滿意度可能會更好。因此，根據我們的經驗，適應證為膝關節前內側部疼痛，病史較長，對藥物及其他保守治療已失去信心者（單間隙退變性骨關節炎，影像證據確切）;患者依從性良好;年齡55歲以上;排除重要器官疾病。截骨距腓骨小頭頂端6～8 cm以內。為防止截骨端再愈合，需截除1.5～2.0 cm棄之為宜。

通過本研究，膝關節前內側骨關節炎通過腓骨近端截骨治療早期可明顯緩解疼痛癥狀，同時隨著時間推移，術后2年左右脛骨內側平臺骨密度會發生適應性改變，外側上層CT值升高，內側上層CT值較術前降低，但內側上層仍然高于外側，內側下層CT值與外側下層變化不大，差異無顯著意義，截骨術后輕度“O”型腿也會得到部分改變，內側平臺軟骨下骨得到重塑，內外側平臺受力趨于接近，減緩了內側間隙的退變進程，對中老年人是有益的，且該手術微創，具有基層醫院推廣運用的價值。

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（收稿日期：2020-10-22）