股骨遠(yuǎn)端解剖學(xué)參數(shù)在TKA假體設(shè)計(jì)中的意義

，，

(1.南華大學(xué)附屬第二醫(yī)院脊柱外科 湖南 衡陽 421001；2.南華大學(xué)附屬第二醫(yī)院疼痛科)

隨著我國人口老齡化日漸嚴(yán)重，國人嚴(yán)重膝關(guān)節(jié)疾患的發(fā)病率呈逐年上升，尤以骨性關(guān)節(jié)炎(osteoarthritis,OA)、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎(rheumatoid arthritis,RA)最常見，并嚴(yán)重影響老齡患者的生活質(zhì)量及加重經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(total knee arthroplasty,TKA)是臨床上治療晚期嚴(yán)重膝關(guān)節(jié)疾患的一種常規(guī)、安全而有效的治療方案，其術(shù)后患者優(yōu)良率已超過90%[1-2]。盡管在臨床實(shí)踐中TKA已取得良好的療效，但術(shù)后仍面臨著諸多問題，如膝關(guān)節(jié)感染、假體松動(dòng)與位置不良、髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)與髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡不良及術(shù)后膝關(guān)節(jié)疼痛、屈曲功能受限等，甚至嚴(yán)重時(shí)出現(xiàn)假體周圍骨折[3-4]。研究發(fā)現(xiàn)，合理的膝關(guān)節(jié)假體設(shè)計(jì)對手術(shù)效果、術(shù)后并發(fā)癥的預(yù)防尤為重要。因此設(shè)計(jì)符合人體生物力學(xué)、解剖學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)的TKA假體是決定手術(shù)成敗與療效的關(guān)鍵。本文通過超薄層CT掃面200例國人膝關(guān)節(jié)，并測量股骨遠(yuǎn)端相關(guān)解剖學(xué)參數(shù)，為各種嚴(yán)重膝關(guān)節(jié)疾患行TKA治療時(shí)膝關(guān)節(jié)假體的設(shè)計(jì)、選擇及放置提供解剖學(xué)參數(shù)。

1 資料與方法

1.1一般資料200例病例中，男100例，女100例；年齡25～52歲，平均34.19±3.16歲，入選標(biāo)準(zhǔn)：所有對象的身高、體重位于正常范圍，日常生活中無任何雙下肢關(guān)節(jié)明顯疼痛，既往無膝關(guān)節(jié)疾患、骨關(guān)節(jié)炎、腫瘤等疾病史，雙下肢無發(fā)育畸形、關(guān)節(jié)不穩(wěn)、創(chuàng)傷及手術(shù)史，研究對象經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。

1.2 CT掃描及三維重建方法志愿者仰臥位，下肢平放、雙膝關(guān)節(jié)伸直中立位，CT(Philips,iCT 256)斷層掃描方向與股骨遠(yuǎn)端內(nèi)、外髁關(guān)節(jié)面的水平面平行(設(shè)計(jì)掃描厚度為1 mm、層間距0.5 mm)，掃描范圍為髕骨上極以上 5 cm至脛骨平臺(tái)遠(yuǎn)端 5 cm。使用Philips Intellispace Portal系統(tǒng)重建軟件對掃描后圖像進(jìn)行三維重建及重建后股骨遠(yuǎn)端前髁角、后髁角、滑車溝角的測量與股骨面率的計(jì)算。

1.3股骨遠(yuǎn)端相關(guān)參數(shù)的定義及測量方法本研究所需要測量的相關(guān)股骨遠(yuǎn)端解剖學(xué)參數(shù)：股骨遠(yuǎn)端前髁角(anterior condylar angle,ACA)、后髁角(posterior condylar angle,PCA)、股骨遠(yuǎn)端內(nèi)外側(cè)髁最高點(diǎn)之間的滑車溝角度(AOB)、股骨遠(yuǎn)端橫徑(medial-lateral,ML)、外上髁高度(lateral anterior-posterior,LAP)及兩者之間的比值，即股骨面率(ML/LAP)，相關(guān)參數(shù)定義如下[5-6]：

髁上軸(transepicondylar axis,TEA)：股骨遠(yuǎn)端內(nèi)髁最凹點(diǎn)與外髁最凸點(diǎn)的連線，臨床上將其作為股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)對線的標(biāo)志。有學(xué)者將其進(jìn)一步細(xì)分為外科髁上軸(Surgical transepicondylar axis,STEA)及臨床髁上軸(Clinical transepicondylar axis,CTEA)，STEA 即本文上述 TEA 的定義，CTEA 的定義為：股骨遠(yuǎn)端內(nèi)、外上髁突起的連線。后髁線(posterior condylar line,PCL)：股骨遠(yuǎn)端內(nèi)、外后髁最低點(diǎn)之間的連線；前髁線(anterior condylar line,ACL)：股骨遠(yuǎn)端內(nèi)、外前髁最高點(diǎn)之間的連線；股骨遠(yuǎn)端橫徑(medial-lateral,ML)：股骨遠(yuǎn)端內(nèi)髁最凹點(diǎn)與外髁最凸點(diǎn)之間的連線，該連線在PCL垂直投影后的距離。LAP：股骨外上髁最高點(diǎn)至PCL的垂直距離；股骨面率： ML/LAP；PCA：PCL與TEA的夾角；ACA：ACL與TEA的夾角；滑車溝角(AOB)：定義并標(biāo)記股骨遠(yuǎn)端外上髁的最高點(diǎn)為 A、內(nèi)上髁最高點(diǎn)為 B、兩個(gè)橫斷面中的髁間凹最低點(diǎn)為 O，它們之間所形成的夾角即為AOB。各參數(shù)定義具體見圖1。

圖1 股骨遠(yuǎn)端相關(guān)參數(shù)的測量

2 結(jié) 果

國人股骨遠(yuǎn)端前髁角(ACA)的測量平均值為8.9°±1.3°，具有性別差異性(P<0.05)，男性大于女性；股骨遠(yuǎn)端PCA的測量平均值為5.5°±1.2°，具有性別差異性(P<0.05)，男性小于女性；股骨遠(yuǎn)端滑車溝角(AOB)的測量平均值為129.6°±9.3°，男女之間AOB差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1)。國人ML為(78.3±5.9)mm，具有性別差異性(P<0.05)，男性大于女性；國人股骨遠(yuǎn)端LAP的為(63.4± 3.9)mm，性別間差異有顯著性意義(P<0.05)，男性大于女性。國人ML/LAP的為1.26± 0.11 ， ML/LAP的大小在性別間差異有顯著性意義(P<0.05)，男性大于女性(表2)。

表1 股骨遠(yuǎn)端解剖學(xué)參數(shù)

表2 股骨遠(yuǎn)端ML、LAP及ML/LAP

3 討 論

近年來隨著國人嚴(yán)重膝關(guān)節(jié)疾患的發(fā)病率在老年人群中逐漸增加，TKA已成為嚴(yán)重膝關(guān)節(jié)疾患晚期唯一有效的主流手術(shù)治療方案，并已獲得令人滿意的療效及遠(yuǎn)期隨訪[7]。盡管諸多臨床實(shí)踐已證實(shí)TKA治療嚴(yán)重膝關(guān)節(jié)疾患療效明顯，但其術(shù)后各種手術(shù)并發(fā)癥已受到術(shù)者廣泛關(guān)注。TKA手術(shù)遠(yuǎn)期療效、手術(shù)并發(fā)癥與TKA假體設(shè)計(jì)、假體植入手術(shù)水平、截骨范圍設(shè)計(jì)及術(shù)后功能鍛煉密切相關(guān)[8-9]。而TKA假體選擇與設(shè)計(jì)符合患者生物力學(xué)、解剖學(xué)參數(shù)及運(yùn)動(dòng)學(xué)是決定TKA手術(shù)成功及療效確切的基石。股骨假體選擇、設(shè)計(jì)不合理或放置偏差均可導(dǎo)致術(shù)后髕骨軌跡、膝關(guān)節(jié)力線及軟組織張的力異常等，最終導(dǎo)致手術(shù)失敗。

目前臨床TKA中人工膝關(guān)節(jié)假體參照歐美人的股骨遠(yuǎn)端及脛骨近端解剖參數(shù)而設(shè)計(jì)制造；由于人種差異性，TKA手術(shù)術(shù)后假體旋轉(zhuǎn)對線不良或假體不匹配等導(dǎo)致TKA術(shù)后療效欠佳問題日益突出，越發(fā)受到術(shù)者的重視。西方學(xué)者的假體設(shè)計(jì)、截骨參數(shù)、力線重建及軟組織平衡等標(biāo)準(zhǔn)和經(jīng)驗(yàn)都需通過基礎(chǔ)研究與臨床實(shí)踐修正。因此，系統(tǒng)而全面地收集國人膝關(guān)節(jié)解剖學(xué)參數(shù)，尤其是股骨遠(yuǎn)端相關(guān)解剖學(xué)參數(shù)相關(guān)數(shù)據(jù)，為設(shè)計(jì)及修正符合國人生物力學(xué)、解剖學(xué)及運(yùn)動(dòng)學(xué)的提供理論數(shù)據(jù)支持。

TKA術(shù)后髕骨關(guān)節(jié)相關(guān)并發(fā)癥是置換術(shù)后常見的并發(fā)癥，其與TKA手術(shù)成功率及術(shù)后關(guān)節(jié)活動(dòng)功能恢復(fù)密切相關(guān)，而股骨假體旋轉(zhuǎn)對線不良導(dǎo)致的術(shù)后髕骨軌跡異常是主要原因。研究證實(shí)TKA術(shù)中經(jīng)PCL確定股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)對線最為廣泛、準(zhǔn)確，西方人種的股骨遠(yuǎn)端PCA的外旋角度為3°左右[10]。測量結(jié)果顯示國人股骨遠(yuǎn)端PCA的測量平均值為5.5°±1.2°，其中男性PCA為5.1°±1.4°，女性PCA為6.5°±1.3°，具有性別差異性(P<0.05)，所以國人TKA假體設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)予以增大PCA，女性患者可適當(dāng)增大3°。然而膝關(guān)節(jié)病變終末期常合并骨質(zhì)破壞或畸形，單以PCL外旋角度定位易導(dǎo)致術(shù)后股骨假體旋轉(zhuǎn)對線不良，若術(shù)前通過膝關(guān)節(jié)CT確定患者PCA，術(shù)中綜合PCL與PCA定位可獲得更好的髕骨運(yùn)動(dòng)軌跡。因此，膝關(guān)節(jié)假體可將外旋5°(女性6°)后髁截骨方式或直接通過調(diào)整假體厚度到達(dá)外旋5°(女性6°)的標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)而達(dá)到股骨遠(yuǎn)端前后截骨膝關(guān)節(jié)矩形間隙恢復(fù)及髕骨軌跡優(yōu)化。

髕股關(guān)節(jié)是膝關(guān)節(jié)的重要組成部分，其是伸膝裝置的力臂，且發(fā)揮股四頭肌功能導(dǎo)向作用，在膝關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)中發(fā)揮著不可替代的作用。股骨前髁角及滑車溝角是間接反應(yīng)股骨滑車形態(tài)的精確標(biāo)準(zhǔn)。國人滑車溝角平均為129.6°±9.3°，其中男性為127.1°±8.5°，女性為132.2°±9.4°，在性別間無明顯差異(P>0.05)，提示國人TKA假體設(shè)計(jì)無需在傳統(tǒng)假體滑車的角度上進(jìn)行過多的修正。國人股骨遠(yuǎn)端ACA的測量平均值為8.9°±1.3°，其中男性ACA為9.3°±1.1°，女性ACA 為8.6°±1.3°，具有性別差異性(P<0.05)，男性大于女性；這提示男性股骨前髁形態(tài)較女性的更為陡直，間接提示男性LAP大于女性，ACA的性別差異性提示選擇橫徑大小相同的TKA假體，女性患者髕股關(guān)節(jié)的過度充填發(fā)生率高，導(dǎo)致髕股關(guān)節(jié)間壓力增大，出現(xiàn)術(shù)后膝前疼痛、膝關(guān)節(jié)的屈曲功能受限，最終導(dǎo)致TKA失敗。

全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(TKA)療效與假體匹配程度呈正相關(guān)，TKA術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率與截骨面匹配程度呈負(fù)相關(guān)[11-12]。女性罹患骨關(guān)節(jié)炎、骨質(zhì)疏松、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎等疾病的風(fēng)險(xiǎn)明顯高于男性，遂接受TKA手術(shù)治療患者絕大部分為女性患者[13]。目前臨床所用TKA假體，絕大部分為男女通用型。測量結(jié)果提示國人ML/LAP的為1.26± 0.11 ，男性為1.27±0.07 ，女性為1.25±0.09，ML/LAP的比值性別間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，男性大于女性；這提示通用TKA假體在女性患者中出現(xiàn)假體外懸的概率更大。TKA假體外懸及過度填充，導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)假體內(nèi)外側(cè)軟組織長期擠壓和碰撞出現(xiàn)應(yīng)力損傷，甚至出現(xiàn)髕股關(guān)節(jié)壓力異常，加速超高分子量聚乙烯的磨損，最終影響術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)、手術(shù)失敗。測量目前5種常用TKA假體相關(guān)參數(shù)發(fā)現(xiàn)男性ML/LAP大于女性，而且形態(tài)上較女性更為寬大[14-15]。實(shí)驗(yàn)所測的國人ML/LAP比值進(jìn)一步證實(shí)股骨遠(yuǎn)端形態(tài)具有性別差異，因此國人TKA假體設(shè)計(jì)時(shí)ML/LAP在男女間的差異應(yīng)予以體現(xiàn)，男性略大于女性。

綜上所述，國人股骨遠(yuǎn)端ACA、PCA及ML/LAP解剖學(xué)參數(shù)具有明顯的性別差異性，在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中假體的設(shè)計(jì)與選擇應(yīng)予以體現(xiàn)；本文為國人TKA假體設(shè)計(jì)、改進(jìn)與修正所需的解剖學(xué)參數(shù)提供初步理論數(shù)據(jù)支持，使其與膝關(guān)節(jié)形態(tài)匹配度更高而獲得更好的治療效果。

[1] RONN K,REISCHl N,GAUTIER E,et al.Current surgical treatment of knee osteoarthritis[J].Arthritis,2011,2011:454873.

[2] COBB JP.Patient safety after partial and total knee replacement[J].Lancet,2014,384(9952):1405-7.

[3] 孫振輝,孫云波,曹建剛,等.人工全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后傷口并發(fā)癥的原因分析和臨床處理[J].中國修復(fù)重建外科雜志,2009,23(6):644-7.

[4] EBRAHEIM NA,RAY JR,WANDTKE ME,et al.Systematic review of periprosthetic tibia fracture after total knee arthroplasties[J].World J Orthop,2015,6(8):649-54.

[5] 張建雷.全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)股骨遠(yuǎn)端相關(guān)解剖的研究進(jìn)展[J].中國矯形外科雜志,2013,21(7):680-3.

[6] 薛瑞琪,許杰,翁健豪,等.股骨遠(yuǎn)端解剖數(shù)據(jù)測量及其與膝關(guān)節(jié)假體徑線的匹配性探討[J].中國臨床解剖學(xué)雜志,2015,33(6):631-6.

[7] DUSAD A,PEDRO S,MIKULS TR,et al.Impact of total knee arthroplasty as assessed using patient-reported pain and health-related quality of life indices:rheumatoid arthritis versus osteoarthritis[J].Arthritis Rheumatol,2015,67(9):2503-11.

[8] 田孟強(qiáng),劉軍,張宇,等.全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)相關(guān)并發(fā)癥探討[J].中國修復(fù)重建外科雜志,2009,23(1):55-9.

[9] KHAN M,OSMAN K,GREEN G,et al.The epidemiology of failure in total knee arthroplasty:avoiding your next revision[J].Bone Joint J,2016,98-B(1 Suppl A):105-12.

[10] BEHERA P,CHOUHAN DK,PRAKASH M,et al.Proposed methods for real-time measurement of posterior condylar angle during TKA[J].Knee Surg Relat Res,2014,26(4):230-5.

[11] D’APUZZO MR,NOVICOFF WM,BROWNE JA.The john insall award:morbid obesity independently impacts complications,mortality,and resource use after TKA[J].Clin Orthop Relat Res,2015,473(1):57-63.

[12] EBRAHEIM NA,LIU J,HASHMI SZ,et al.High complication rate in locking plate fixation of lower periprosthetic distal femur fractures in patients with total knee arthroplasties[J].J Arthroplasty,2012,27(5):809-13.

[13] GERYK LL,CARPENTER DM,BLALOCK SJ,et al.The impact of co-morbidity on health-related quality of life in rheumatoid arthritis and osteoarthritis patients[J].Clin Exp Rheumatol,2015,33(3):366-74.

[14] LONNER JH,JASKO JG,THOMAS BS.Anthropomorphic differences between the distal femora of men and women[J].Clin Orthop Relat Res,2008,466(11):2724-9.

[15] 張健,董紀(jì)元,付忠田.國人膝關(guān)節(jié)尺寸與5種人工膝關(guān)節(jié)假體尺寸的對照[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù),2009,13(4):635-8.