內翻型弓形股骨對膝骨性關節炎下肢力線的影響

石磊 王少杰 葉鋒 鐘華 鄭欣鵬 趙洪海 覃基政 夏春

下肢力線糾正是全膝關節置換術（total knee arthroplasty, TKA）治療嚴重膝骨性關節炎（knee osteoarthritis，KOA）的關鍵環節。研究表明，TKA 術后下肢機械軸力線位于中立位±3°范圍內，膝關節假體長期生存率較高［1?2］。經典的TKA 原則要求股骨假體垂直于股骨機械軸放置，因此術中股骨遠端截骨外翻角必需符合股骨下段外翻角，后者為股骨下段解剖軸相對股骨機械軸的夾角（distal anatomic?mechanic angle，dAMA）。由于dAMA 的個體差異較大，根據術前測量采用個體化的截骨外翻角可以提高股骨側機械軸糾正的準確性［3?4］。弓形股骨是常見的股骨形態學變異，dAMA 在弓形股骨可由常見的4°～7°顯著增大至9°以上［5］，股骨遠端截骨外翻角隨之增大，在使用股骨髓內定位的情況下TKA力線糾正的誤差將顯著增加［6?8］，同時也不利于內翻膝內側軟組織緊張的改善［9］。另一方面，股骨遠端關節線方向在弓形股骨病例可能處于輕度內翻位，與常見直股骨病例的中立或外翻位關節線不同［10］，對TKA 術中的軟組織平衡亦可能產生影響。股骨遠端關節線方向與股骨弓形角是否密切相關，目前未見相關報道，有待進一步觀察。本研究基于較大樣本量的雙下肢全長正位片影像的測量，獲取我國KOA人群TKA術前下肢力線分布情況，收集相關影像學解剖參數指標并分析下肢畸形的來源，嘗試探討股骨弓形形態與關節線方向的相關性，以期指導TKA手術治療。

資料與方法

一、納入標準與排除標準

納入標準：原發性膝關節OA，且擬行初次TKA手術者，原發病包括炎性膝關節病（包括類風濕性關節炎、痛風性關節炎等）、感染性關節炎、創傷性關節炎（關節內、關節外骨折并畸形愈合、韌帶松弛）。

排除標準：①繼發性OA；②合并膝關節各向不穩者；③重度膝關節畸形，顯著的股骨內外髁發育不良、脛骨平臺骨缺損超過3 cm、關節內外翻超過30°、屈曲攣縮超過30°、膝關節反屈超過10°等；④影像資料不規范，包括未能完善術前下肢全長攝片者，以及術前下肢全長片存在顯著的肢體內外旋體位異常者。

二、一般資料

本研究經廈門大學附屬中山醫院倫理委員會批準（批準號：ky2017021）。

自2018 年1 月 至2019 年1 月 我 院行初次TKA 273 例，共126 例（187 膝）納入本研究，其中男39 例（47膝），女87例（140膝），年齡為（68.1±3.7）歲（61～79 歲），身體質量指數（body mass index，BMI）為（31.6±3.6）kg/m2（24.3～38.8 kg/m2）。

依據股骨弓形角（femoral bowing angle，FBA）值所在區間分為顯著弓形組（FBA＞4°）、輕度弓形組（4°≥FBA＞2°）、非弓形組（2°≥FBA≥0°）。各組間年齡、BMI及性別分布均基本均衡，詳見表1。

表1 弓形股骨分組基本資料比較

三、影像學圖像采集

病人行術前立位下肢全長正位片拍攝。體位：病人背靠片夾站立，片盒和X 線發射頭之間的距離統一為200 cm，雙膝關節盡可能伸直以減少殘余屈膝或過伸，雙足使用防旋鞋固定于趾內旋15°以減少下肢體位的內外旋偏差。拍攝：髖、膝、踝三段順序拍攝成像，拍攝中心位于相應水平正中線上。

四、影像學測量

醫學影像存儲與通訊系統收集圖片數據并使用專用圖像處理平臺拼接成下肢全長影像，使用關節外科專用術前規劃軟件Orthoview（Meridian Tech?nique公司，英國）進行術前影像形態學數據的測量，見圖1。

圖1 FBA 及其他術前形態學參數的測量 病人擬行左下肢TKA 手術，分別測量下肢HKA（a）、FBA（b）、dAMA（c）、mLDFA（d）、mMPTA（e）以及JLCA（f）

1. 脛股機械軸內側角（hip?knee?ankle align?ment，HKA）：H點為股骨頭中心，K點為股骨遠端內外髁最低點連線CC’的中點，A 點為距骨關節面的中點。三點相連組成的內側HKA角即為所測值，大于180°提示膝關節外翻，小于180°則為內翻。

2.dAMA：以上述H、K點連線HK為股骨側機械軸，自股骨髁間切跡內側約1 cm處K’骨緣向股骨下段髓腔作直線K’F，使直線距離股骨內側皮質內緣最小距離達4 mm。K’F為直徑8 mm的股骨髓內定位桿術中位置并代表股骨下段解剖軸，K’F與HK所形成銳角即為dAMA。髓內定位系統下，為使股骨遠端截骨導板垂直于機械軸，需設置外翻角大小等于dAMA角。

3.FBA：股骨自小轉子下緣至內上髁上緣分為四等分，其中近、遠側四分之一髓腔的中軸線（各段髓腔兩端軸心連線）所形成銳角大小為FBA。當股骨弓形形態凸向外側時增加了下肢整體的內翻角度，故稱為內翻型弓形股骨；反之凸向內側稱為外翻型。

4. 股骨遠端關節面外側角（mechanical lateral distal femoral angle，mLDFA）：股骨遠端內外髁最低點連線CC與股骨機械軸HK之間的外側夾角，mLD?FA大于90°提示股骨遠端關節線內翻，反之小于90°則為關節線外翻。

5. 脛骨平臺關節面內側角（mechanical medial proximal tibial angle，mMPTA）：脛骨平臺關節線（內外側平臺最低點切線）PP’與脛骨機械軸TA之間的內側夾角，P、P’分別為脛骨平臺關節線與脛骨內、外側骨皮質交點，T 為PP’的中點，A 為距骨頂的中點。

6. 脛股關節面夾角（joint line convergence an?gle，JLCA）：股骨關節線CC’與脛骨平臺關節線PP’延長線相交并形成的銳角，開口向外時為負數，表示關節間隙內翻，反之開口向內時為正值表示關節間隙外翻。

五、質量控制

由2名中級以上職稱的影像專科醫師分別對所有影像學形態參數獨立進行測量，影像醫師對所有病人的基礎資料和病史、癥狀、體征均不知情，每人間隔2 周完成一遍參數測量，共測量2 遍，得到4 套完整的數據資料。再對4 套數據資料進行觀察者間、觀察者內數據信度評估，組間相關系數（inter?class correlation coefficient，ICC）分析得到上述四項形態學參數的觀察者內ICC值在0.86～0.92之間，而觀察者間ICC值在0.78～0.88之間，均提示良好的可重復性和可靠性。相關數據均取四次測值的均值供下一步統計分析。

六、統計學分析

數據分析使用SPSS 21.0 版（IBM 公司，美國）。連續計量資料包括年齡、BMI、HKA、FBA、dAMA、mLDFA、mMPTA、JLCA，符合正態分布的計量資料均采用均數±標準差（）進行表述。組間計量資料比較采用單因素方差分析，女性占比的組間比較采用χ2檢驗。各參數兩兩相關性分析使用Pearson相關性分析。各統計分析顯著性水平為P＜0.05。

結 果

一、FBA的組間比較

顯著弓形組占比最大，為47.6%，所有弓形股骨病例（顯著弓形組+輕度弓形組）合并占比達77.5%，三組間FBA值比較，差異有統計學意義（F=836.141，P＜0.001），見表2。

二、其他股骨形態學參數的組間比較

HKA 提示，多數病例的膝關節處于內翻位（172.8°±4.5°，小于180.0°者占92.5%），顯著弓形組下肢整體內翻顯著增加（P＜0.05），而在輕度弓形組與非弓形組之間的差異無統計學意義（P＞0.05）。

mLDFA 可見多數病例股骨遠端關節線處于內翻位（92.5°±2.6°，大于90.0°者占78.1%，大于94.0°者占34.2%），組間兩兩比較，差異均有統計學意義（P均＜0.05）。mLDFA顯示顯著弓形組和輕度弓形組內絕大多數病例的股骨遠端關節線均處于內翻位，其中顯著弓形組為92.5°～96.8°；輕度弓形組為90.0°～94.7°，僅2例（3.6%）處于中立位（90.0°），無關節線外翻位病例；而非弓形組內絕大多數mLDFA處于外翻位（85.8°～90.1°），中立位者（mLDFA=90.0°～90.1°）6例（14.3%），無顯著內翻位者。

mMPTA 可見多數病例脛骨近端關節線亦處于內翻位（87.1°±1.7°，小于90.0°者占94.1%，小于87.0°者占47.1%），輕度弓形組脛骨側關節線內翻最少，且只在輕度弓形組與非弓形組間存在微弱差異（P＜0.05）。顯著弓形組與輕度弓形組間dAMA 的差異無統計學意義（P＞0.05）。非弓形組JLCA內翻最大，在顯著弓形組、輕度弓形組均較小且差異無統計學意義（P＞0.05）。見表2。

表2 FBA與下肢各形態學參數的組間比較

三、相關性分析

顯著弓形組內6個形態學參數的兩兩相關性分析可見，FBA 與mLDFA（r=0.607，P＜0.01）、dAMA（r=0.570，P＜0.01）都存在較強統計學相關性，但與HKA（r=-0.233，P＜0.05）相關性較弱，與mMPTA（r=-0.102，P＞0.05）相關性不顯著。而HKA 與mMPTA（r=0.928，P＜0.01）、JLCA（r=0.960，P＜0.01）都存在強相關性，見表3。

表3 顯著弓形組6個下肢形態學參數的兩兩相關性分析

討 論

本研究通過對下肢影像形態參數的分析，證實了股骨弓形形態與股骨遠端關節線的方向密切相關，弓形角越大則股骨遠端關節線越傾向于內翻。

一、弓形股骨與下肢內翻關系密切

弓形股骨在亞洲各國人群中的占比均高于歐美人種［5，10?12］。Lasam 等［10］的研究納入367 例韓國病人，發現88%的TKA病例存在弓形股骨，44.2%的病例FBA 大于5°。考慮到FBA 大于4°以上即可對TKA股骨假體角度的精確性產生顯著的影響［7，8，13］，本研究以FBA＞4°為界劃分顯著弓形股骨組，該組在樣本總體的占比為47.6%，而所有弓形股骨病例（FBA＞2°）占比為77.5%，與文獻報道基本一致。組間比較顯示，雖然顯著弓形組下肢力線HKA的內翻較其他兩組顯著增加（P＜0.001），但是脛骨側關節線mMPTA 內翻并無顯著增加（P均＞0.05），關節內JLCA 內翻小于非弓形組（P＜0.001）。可見股骨側關節線mLDFA 內翻的增加才是弓形股骨病例下肢內翻增加的主要因素，本研究數據也證實顯著弓形股骨組的mLDFA 內翻顯著大于其他兩組（P＜0.001）。

TKA術前股骨遠端關節線的方向在多數文獻［14?18］顯示處于輕度外翻位（0.5°～3.0°），但弓形股骨在納入樣本中并不多見，亦未單獨針對弓形股骨病例分析股骨遠端情況。Bellemans 等［19］對年輕健康人群的研究也顯示股骨遠端關節線相對于機械軸輕度外翻（mLDFA=87.9°±0.4°），但納入人群的股骨弓形形態普遍不明顯（FBA=0.20°±1.77°）。弓形股骨較大的dAMA 使股骨內外髁相應內翻，股骨遠端關節線相對于股骨機械軸存在內翻傾向。Mullaji等［5］曾報道印度TKA 病人相比健康人群存在更大的FBA 和更內翻的股骨遠端關節線，股骨遠端關節線在TKA組平均內翻2.6°，而在非手術組平均外翻1.1°。La?sam等［10］報道的韓國病例中，TKA組80.3%的股骨遠端關節線處于內翻位，31.3%的關節線內翻超過3°。本研究顯示92.5%的TKA 病例存在膝內翻（HKA＜180°），78.1%的病例存在關節線內翻（mLD?FA＞90°），而34.2%的關節線內翻超過4°（mLD?FA＞94°），與文獻結果相似。同時，股骨側關節線的內翻在顯著弓形組顯著大于輕度弓形組（mLD?FA=94.5°±1.0°vs.92.3°±1.1°，P＜0.05），在非弓形組則輕度外翻（mLDFA=88.5°±1.1°），支持弓形股骨是股骨關節線內翻重要因素的觀點。

二、弓形股骨對TKA發展與改良的影響

股骨弓形形態屬于膝關節外的內翻因素，而傳統TKA嚴格垂直于機械軸截骨，試圖通過關節內截骨來糾正關節外的內翻不利于關節軟組織的平衡［20］。由于弓形股骨下段的外翻角dAMA較直股骨顯著增大［5］，股骨假體垂直于股骨機械軸放置使遠端截骨外翻角相應增大［5，9］，不僅增加手術誤差的風險［7?8，13］，也不利于緩解偏高的膝關節內側軟組織張力，使軟組織松解的需求增加［12，21］。在弓形股骨病例的TKA改良傾向于輕度內翻股骨側截骨并接受術后殘留輕度的膝關節內翻。Lee等［22］報道了弓形股骨TKA病例在導航下主動選擇股骨假體輕度內翻位放置、脛骨假體中立位放置，術后相對于機械軸，股骨假體和肢體力線均殘留輕度內翻（股骨假體內翻2.8°±1.3°，下肢整體內翻2.8°±1.5°），而功能評分、病人滿意度以及假體生存率均有良好表現。股骨側殘留輕度內翻對術后下肢整體力線的影響并不大。

本研究亦存在一定局限性。首先研究對象的選取可能存在偏倚，病人的年齡、性別、種族等特征的偏倚需要更大樣本量和多中心的研究方能進一步消除；其次，雖已采取嚴格的標準化攝片操作，對冠狀面二維影像的研究仍無法完全消除肢體旋轉體位的不一致性所帶來的誤差，三維影像分析有助于進一步消除系統誤差。再次，股骨髁發育不良和軟骨下骨塌陷可能一定程度上影響股骨遠端關節線的方向。消除軟骨下骨塌陷所致誤差需使用三維影像分析，估算病變前關節面形態；股骨髁發育不良多發生在股骨外髁，一般認為同一肢體正常股骨內外髁的半徑大致相等，差異不超過0.2 mm［23］，借助三維CT影像參考同側股骨內髁最大徑有助于股骨外髁發育不良的判定和形態學修正［24］。

綜上所述，弓形股骨存在KOA的遠端關節線內翻狀態，冠狀面上FBA與關節線內翻角存在顯著的相關性。