橢圓形骨道與圓形骨道重建膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶術(shù)后移植物成熟度對比研究

張家豪 劉振龍 胡曉青 趙逢源 馬勇 王海軍 敖英芳

北京大學(xué)第三醫(yī)院運(yùn)動醫(yī)學(xué)研究所（北京100191）

北京市運(yùn)動醫(yī)學(xué)關(guān)節(jié)傷病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（北京100191）

1 前言

前交叉韌帶（anterior cruciate ligament，ACL）是對抗性運(yùn)動員最容易受傷的膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)之一，斷裂后會導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)并造成膝關(guān)節(jié)半月板、關(guān)節(jié)軟骨的繼發(fā)性損傷[1]。關(guān)節(jié)鏡下重建ACL可改善膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性，因此被廣泛作為治療ACL斷裂的最佳選擇。近年來隨著解剖研究的深入，有學(xué)者發(fā)現(xiàn)前交叉韌帶是由中心束及扇形纖維組成的完整一束[2-4]，股骨止點(diǎn)接近橢圓形，脛骨止點(diǎn)近似不規(guī)則橢圓形、“C”形或鴨掌形[2，5，6]。傳統(tǒng)單束重建前交叉韌帶術(shù)式均以圓形骨道重建，無法模擬韌帶纖維走行、止點(diǎn)形態(tài)及生物力學(xué)特性。Peterson等學(xué)者對橢圓形骨道重建ACL做了初步研究，認(rèn)為橢圓骨道重建比圓骨道重建更接近解剖形態(tài)，術(shù)后隨訪可以獲得較高的Lysholm評分[7-9]。

MRI是一種安全有效且無創(chuàng)的評估移植物塑形改建及成熟度的檢查，其矢狀位圖像并不能完整顯示骨道內(nèi)移植物形態(tài)，且關(guān)節(jié)內(nèi)移植物和骨道內(nèi)移植物的分界不明確，而MRI斜冠位圖像可以觀察移植物的完整形態(tài)并容易明確其分界[10，11]。很多研究通過斜冠位圖像來觀察ACL重建后移植物的生物愈合過程，通過計算信噪比（signal/noise quotient，SNQ）評估術(shù)后移植物的成熟度，移植物信噪比越低代表移植物含水量越低，成熟度越高[12-14]。

國內(nèi)外目前尚未見橢圓形骨道與圓形骨道的移植物成熟度的對比研究，因此，本研究通過計算兩種手術(shù)方式的患者術(shù)后MRI中移植物的SNQ值，來探索橢圓骨道重建ACL的移植物成熟度的優(yōu)勢，討論其臨床應(yīng)用價值。

2 對象與方法

2.1 研究對象

本研究為前瞻性研究，檢驗(yàn)效能設(shè)為90%、顯著水平設(shè)為0.05，兩組患者樣本量相等，經(jīng)計算兩組樣本量分別需要20例。以北京大學(xué)運(yùn)動醫(yī)學(xué)研究所2015年8月至2016年6月診斷為ACL斷裂的就診患者為研究對象，納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）年齡16～45歲；（2）膝關(guān)節(jié)單一ACL損傷；（3）既往無膝關(guān)節(jié)手術(shù)史。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）膝關(guān)節(jié)明顯退變者；（2）過度肥胖屈曲角度明顯受限患者。依上述標(biāo)準(zhǔn)共納入40例患者，男27例，女13例；年齡18～40歲，平均27.70±5.79歲；左膝19例，右膝21例；病程0.5～54個月。所有患者均為初次手術(shù)，合并半月板損傷者23例，依據(jù)損傷類型分別行半月板成形、切除和縫合術(shù)。隨訪時間為11～14個月，平均12.24±0.36個月；將患者隨機(jī)分為圓骨道組和橢圓骨道組，其中圓骨道組20例，橢圓骨道組20例，兩組患者年齡、性別、左右患膝、受傷到手術(shù)時間、隨訪時間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），見表1。所有手術(shù)均由同一高年資醫(yī)師完成。研究方案經(jīng)北京大學(xué)第三醫(yī)院倫理委員會審核通過，所有患者簽署知情同意書。

表1 患者一般資料

2.2 橢圓骨道理論值計算

假設(shè)圓骨道和調(diào)整后的橢圓骨道與移植物完全匹配，則兩骨道截面積相等。π代表圓周率，用D代表圓骨道直徑，a和b分別代表橢圓骨道長短徑，根據(jù)面積公式得出圓骨道直徑與橢圓骨道長短徑的關(guān)系D2=a×b，依次計算出臨床四股移植物常見直徑（6～8 mm）所對應(yīng)的調(diào)整數(shù)值，見表2。

2.3 手術(shù)方法

常規(guī)連續(xù)硬膜外麻醉，取仰臥位，患肢大腿根部扎氣囊式止血帶。取脛骨結(jié)節(jié)內(nèi)側(cè)斜形切口，長約3 cm，逐層分離暴露鵝掌，分離副腱，用取腱器取出半腱肌腱、股薄肌腱，對折后用2號滌綸編織線編織兩端預(yù)備牽張用。編織完成后測量移植物直徑。

表2 橢圓骨道調(diào)整理論值

2.3.1 脛骨骨道制備

脛骨骨道用點(diǎn)對肘瞄準(zhǔn)定位器定位于ACL殘端中心，參照脛骨內(nèi)側(cè)髁間嵴與外側(cè)半月板前角游離緣的關(guān)系，盡量避免損傷外側(cè)半月板前角，膝關(guān)節(jié)屈曲90°，定位器角度為40°。沿定位器穿入導(dǎo)針。傳統(tǒng)圓骨道組依據(jù)移植物直徑選取相同直徑空心鉆，沿導(dǎo)針鉆透骨道。橢圓骨道組依據(jù)患者ACL脛骨止點(diǎn)范圍及移植物直徑選取對應(yīng)直徑空心鉆，鉆透骨道，再用骨道銼依據(jù)橢圓骨道調(diào)整理論值（表2）調(diào)整骨隧道口為橢圓形，深度為10 mm，術(shù)中利用鏡下比例尺測量輔助達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化，見圖1。

圖1 脛骨骨道制備

2.3.2 股骨骨道制備

通過經(jīng)脛骨骨道技術(shù)鉆取股骨骨道。經(jīng)脛骨骨道定位股骨止點(diǎn)，定位點(diǎn)結(jié)合外側(cè)髁間棘及ACL股骨止點(diǎn)殘端與外髁后緣距離，射頻標(biāo)記定位點(diǎn)，穿透導(dǎo)針，4.5 mm空心鉆鉆透股骨外側(cè)皮質(zhì)，測量細(xì)股骨骨道長度。同脛骨骨道制備，傳統(tǒng)圓骨道組依據(jù)移植物直徑選取相同直徑空心鉆鉆取粗股骨骨道，橢圓骨道組依據(jù)患者ACL股骨止點(diǎn)范圍及移植物直徑選取對應(yīng)直徑空心鉆，鉆取粗骨道，再用骨道銼依據(jù)橢圓骨道調(diào)整理論值（表2）調(diào)整骨隧道口為橢圓形，深度為10 mm，術(shù)中利用鏡下比例尺測量輔助達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化，見圖2。依據(jù)粗細(xì)骨道長度及寬度選取對應(yīng)長度的固定裝置，保證移植物在骨道內(nèi)長度為20～25 cm。用導(dǎo)引線將連接Endobutton的肌腱沿脛骨骨道引入關(guān)節(jié)內(nèi)，股骨端待Endobutton出骨道后翻轉(zhuǎn)固定，脛骨端屈膝20°拉緊移植物，后推應(yīng)力下利用Intrafix固定。伸屈膝關(guān)節(jié)確認(rèn)移植物張力，檢查與髁間窩是否撞擊。

圖2 股骨骨道制備

2.4 術(shù)后康復(fù)

兩組患者均以北京大學(xué)運(yùn)動醫(yī)學(xué)研究所制定的標(biāo)準(zhǔn)康復(fù)計劃進(jìn)行康復(fù)，術(shù)后均佩戴可調(diào)節(jié)式膝關(guān)節(jié)支具，4周后可去除支具。術(shù)后當(dāng)日待麻醉恢復(fù)后臥床狀態(tài)下即可開始踝泵和股四頭肌主動收縮練習(xí)，術(shù)后第2天可于支具保護(hù)下拄拐行走，1周后屈膝達(dá)90°，1月后達(dá)120°，2個月后屈膝達(dá)正常角度，6個月可開始慢跑，8個月可參加體育活動。

2.5 MRIMRI評價

兩組患者均隨訪獲得術(shù)后1年的膝關(guān)節(jié)MRI，所有患者均在同一臺核磁共振機(jī)器（超導(dǎo)磁共振Optima MR360 1.5T四肢骨關(guān)節(jié)檢查專用成像系統(tǒng)，GE公司，美國）完成檢查。從PACs終端調(diào)出PD-FSE斜冠狀位圖像進(jìn)行分析，在關(guān)節(jié)內(nèi)韌帶部分選取三個關(guān)注區(qū)域（圖3A），即ROI（region of interest），每個ROI面積為0.1 cm2，記錄每個ROI像素值，背景ROI選取在內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)隙內(nèi)側(cè)1 cm，遠(yuǎn)端2 cm。核磁數(shù)據(jù)由2名具有5年以上從業(yè)經(jīng)驗(yàn)的臨床醫(yī)師每隔2周分別測量1次，總共測量3次取平均值。利用信噪比計算公式：信噪比=（關(guān)注區(qū)域信號－后交叉韌帶信號）/背景信號[13]，得出相應(yīng)ROI信噪比。

圖3 冠狀位核磁ROI

2.6 統(tǒng)計學(xué)方法

評價觀察者自身和觀察者之間的可靠性用相關(guān)系數(shù)（intraclass correlation coefficient，ICC）度量?；颊咭话阗Y料利用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)或卡方檢驗(yàn)，對術(shù)后移植物SNQ采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。結(jié)果均以均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示。統(tǒng)計學(xué)分析采用SPSS20.0，采用雙側(cè)檢驗(yàn)（P＜0.05）。

3 結(jié)果

兩組患者術(shù)中未出現(xiàn)股骨骨道后壁破裂、移植物通過困難、血管神經(jīng)損傷等并發(fā)癥，術(shù)后MRI測量觀察者自身一致性為高度一致0.994（95%置信區(qū)間0.993～0.995），觀察者之間一致性為中度一致0.868（95%置信區(qū)間0.816～0.916）。最終計算得出圓骨道組移植物SNQ為3.72±2.29，橢圓骨道組移植物SNQ為2.33±1.58，具有顯著統(tǒng)計學(xué)差異（P＜0.001），見圖4A。由圖4B的SNQ散點(diǎn)分布圖可見，圓骨道組SNQ多分布于2～4之間，橢圓骨道組SNQ多分布于0～2之間。圓骨道組近端ROI的SNQ為3.53±2.11，中間ROI的SNQ為3.17±2.39，遠(yuǎn)端ROI的SNQ為4.46±2.28；橢圓骨道組近端ROI的SNQ為1.97±1.30，中間ROI的SNQ為2.25±1.63，遠(yuǎn)端ROI的SNQ為2.76±1.75，見表3。橢圓骨道組三個關(guān)注區(qū)域的SNQ均小于圓骨道組，其中近端ROI（P=0.008）和遠(yuǎn)端ROI（P=0.012）差異具有統(tǒng)計學(xué)意義，見圖4C。

表3 信噪比（SNQ）

圖4 信噪比結(jié)果

4 討論

傳統(tǒng)單束ACL重建手術(shù)中圓形骨道與ACL解剖止點(diǎn)的形態(tài)相差較大，為了更大程度恢復(fù)ACL止點(diǎn)形態(tài)進(jìn)而恢復(fù)纖維走向，一些學(xué)者對橢圓骨道重建技術(shù)進(jìn)行了初步探索。Peterson[8]等學(xué)者利用橢圓形擴(kuò)孔器制備股骨隧道，脛骨隧道形態(tài)不調(diào)整，通過術(shù)后三維CT證實(shí)橢圓骨道比圓形骨道更貼近ACL解剖形態(tài)，但擴(kuò)孔器制備骨道仍存在造成骨道破裂的風(fēng)險且骨道位置不易調(diào)節(jié)。Noh[7]等學(xué)者通過雙圓骨道模擬類橢圓骨道的方法重建ACL，發(fā)現(xiàn)橢圓骨道組患者術(shù)后2年Lysholm評分顯著高于圓骨道組，但并未對其方法下骨道定位是否更貼近解剖進(jìn)行相關(guān)研究。本研究在前期研究[15，16]基礎(chǔ)上更詳細(xì)地闡述了橢圓形骨道重建ACL的手術(shù)技術(shù)，加入鏡下比例尺測量，使骨道鏡下測量及調(diào)整過程更加精確。我們提出的橢圓形骨道重建技術(shù)對股骨骨道和脛骨骨道均做出改良，利用骨道銼可以更方便地調(diào)整骨道位置并減少對骨道壁的熱損傷，術(shù)后三維CT測量骨道定位在ACL解剖止點(diǎn)范圍內(nèi)，移植物與骨道良好匹配，移植物更貼近解剖形態(tài)[15]，相比圓形骨道技術(shù)減少了移植物在冠狀位的體積，增加了矢狀位的體積，降低了對于髁間窩寬度的要求。

ACL重建術(shù)后移植物生物愈合成熟過程包括移植物塑形改建和腱骨愈合，MRI尚不能對腱骨愈合過程做出很好的評價，但可以通過對比移植物的信號強(qiáng)度來判斷塑形改建的成熟度[14]。MRI斜冠狀位圖像可以觀察到關(guān)節(jié)腔內(nèi)移植物的完整形態(tài)[12]，因此利用MRI研究膝關(guān)節(jié)腔內(nèi)韌帶部分更加準(zhǔn)確。本研究最重要的結(jié)果是通過測量關(guān)節(jié)腔內(nèi)韌帶部分三個關(guān)注區(qū)域的信號強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)橢圓骨道組術(shù)后MRI中移植物的信噪比（2.33±1.58）低于圓骨道組（3.72±2.29），具有顯著統(tǒng)計學(xué)差異，而信號強(qiáng)度越低代表移植物含水量越低，成熟度越高。其原因可能為：首先，橢圓骨道技術(shù)相比圓形骨道技術(shù)使移植物在止點(diǎn)位置形態(tài)更貼近于解剖形態(tài)，而良好的骨道位置及止點(diǎn)形態(tài)是移植物塑形改建的基礎(chǔ)；其次，通過改變骨道形態(tài)可以直接改變整個移植物形態(tài)及纖維走行，理論上扁圓柱狀韌帶比圓柱狀韌帶在旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性上更具優(yōu)勢，而良好的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性也會為移植物塑形改建提供良好生物力學(xué)基礎(chǔ)；最后，移植物塑形改建過程離不開關(guān)節(jié)液營養(yǎng)物質(zhì)，而同等截面積下的扁圓柱韌帶物質(zhì)交換面積大于圓柱狀韌帶，因此可能更有利于移植物塑形改建。另一研究結(jié)果是橢圓骨道組近端ROI和遠(yuǎn)端ROI的信噪比低于圓骨道組相應(yīng)ROI信噪比，我們考慮這可能與骨道形態(tài)改變后兩端移植物形態(tài)更接近ACL原始形態(tài)，因此移植物成熟度相對較好。本研究不足之處為僅隨訪了患者術(shù)后1年核磁移植物信號強(qiáng)度，而多節(jié)點(diǎn)長時間的隨訪能更好地反映移植物塑形改建的動態(tài)過程。

綜上而言，橢圓形骨道重建比圓形骨道重建ACL對移植物塑形改建過程更好，移植物成熟度更高。既往研究已經(jīng)證實(shí)術(shù)后MRI中移植物信號強(qiáng)度可反映移植物的成熟程度，并且與患者術(shù)后臨床效果緊密相關(guān)[17-19]。這為橢圓骨道重建技術(shù)的研究提供了很好的指導(dǎo)意義，關(guān)于運(yùn)動水平、功能評分及臨床效果的長期隨訪將是進(jìn)一步研究的主要方向。

5 結(jié)論

本研究通過對比橢圓骨道與圓骨道重建前交叉韌帶手術(shù)后1年膝關(guān)節(jié)MRI的移植物信噪比，發(fā)現(xiàn)橢圓骨道技術(shù)比圓骨道技術(shù)移植物信噪比低，移植物成熟度好，具有較好的臨床指導(dǎo)意義。