膝關節(jié)骨關節(jié)炎患者脛骨平臺后傾角不同測量方法的相關性研究

寧東方 蘇偉 姚順晗 馬石庭 韋華成

臨床上無論是脛骨高位截骨[1-3]、膝關節(jié)置換[4-6]還是膝關節(jié)前交叉韌帶重建[7-9]，膝關節(jié)脛骨平臺后傾角作為一個膝關節(jié)運動力學的關鍵因素[10-12]，都要進行參照，但脛骨平臺后傾角測量參考軸的選擇，目前尚無統(tǒng)一的標準[13-15]。其中較為準確的是脛骨機械軸[13,16-17]，但機械軸臨床應用非簡便易行[17]，由于在矢狀位近端解剖軸可以代表機械軸[18-19]，臨床應用中傾向于應用脛骨解剖軸[20-22]；Utzschneider 等[20]選擇脛骨近端解剖軸 ( proximal anatomical center axis of the tibia，TPAA ) 為測量軸測量脛骨平臺后傾角，驗證了普通的短 X 線片測量結果等同于 CT 及 MRI 測量值，可作為一種測量脛骨后傾角新的簡單的方法。也有研究表明選用脛骨前皮質(zhì)線 ( tibial cortical line，ATC ) 和后皮質(zhì)線( tibial posterior cortical line，PTC ) 作為測量軸測量脛骨平臺后傾角，與以脛骨近端解剖中心軸作為參考軸測量的數(shù)據(jù)有顯著的相關性[23]。還有研究提示脛骨 ATC 和 PTC 均可作為脛骨后傾角的測量軸，且簡單方便，有可靠的臨床價值[20,24]，上述研究的對象均為無病變的尸體或正常人。膝關節(jié)骨關節(jié)炎患者的膝關節(jié)周圍有不同程度的硬化骨及骨贅形成，甚至伴有關節(jié)間隙狹窄或內(nèi)、外翻畸形及關節(jié)面的塌陷，這些因素勢必影響脛骨后傾角的測量。不同嚴重程度膝關節(jié)骨關節(jié)炎患者，能否選用脛骨 ATC 或PTC 作為測量軸，測量結果是否和以脛骨解剖中心軸有相關性，鮮有報道。本研究目的是分析不同嚴重程度的膝關節(jié)退行性骨關節(jié)炎患者的膝關節(jié) X 線片，分別以脛骨近端解剖中心軸、ATC 及 PTC 作為測量軸測量脛骨平臺后傾角，( 1 ) 研究以 ATC、PTC與脛骨近端解剖中心軸脛骨平臺后傾角測量值有無明顯相關性；( 2 ) 臨床應用中能否選用脛骨 ATC 或PTC 作為脛骨平臺后傾角測量軸；( 3 ) 嚴重程度不同的膝關節(jié)骨關節(jié)炎對脛骨后傾角測量結果的影響程度。

材料與方法

一、納入標準與排除標準

1. 納入標準：( 1 ) 2012 年 1 月至 2017 年 12 月在我院就診者；( 2 ) 在我院做膝關節(jié)正側位 X 線片( 站立位 ) 并且影像 Pacs 系統(tǒng)有記錄者；( 3 ) 年齡50 歲以上無人體鈣磷代謝障礙合并癥者；( 4 ) 確診為膝關節(jié)退行性骨關節(jié)炎者。

2. 排除標準：( 1 ) 創(chuàng)傷性及風濕性骨關節(jié)炎者；( 2 ) 伴有脫位的膝關節(jié)炎者；( 3 ) 有或伴有膝關節(jié)其它疾病者；( 4 ) X 線片不合格者 ( 明顯旋轉或模糊不清等 )；( 5 ) 骨關節(jié)炎較重，不易測量或明顯影響測量準確性者；( 6 ) X 線片為非站立位者。

本研究共搜集我院膝關節(jié)退行性病變骨關節(jié)炎患者 ( 來自中國南方地區(qū) ) 500 例，采用系統(tǒng)隨機抽樣法，將 500 例按入院時間先后排序為 1～500，用查隨機數(shù)表的方法確定入選樣本的編號；按等距原則 ( 間距為 5 ) 依次確定入選樣本 100 例，共 143 膝進行試驗 ( 表 1 )。

二、測量方法

使用我院影像 Pacs 系統(tǒng)，在標準膝關節(jié)側位X 線片上測量脛骨平臺后傾角。測量前通過腓骨頭與脛骨的相對位置及股骨內(nèi)、外髁重疊情況評估旋轉[25]；在脛骨平臺內(nèi)側，分別選用脛骨 ATC、PTC及脛骨近端解剖中心軸為測量軸測量脛骨平臺后傾角 ( 矢狀面觀 )：以內(nèi)側脛骨平臺膝關節(jié)線脛骨遠端前皮質(zhì)、后皮質(zhì) 5 cm 處及 15 cm 處連線中點為兩點確定直線作為 TPAA；以內(nèi)側脛骨平臺膝關節(jié)線脛骨遠端前皮質(zhì) 5 cm 及 15 cm 處位兩點確定的直線作為ATC 測量軸；以內(nèi)側脛骨平臺膝關節(jié)線脛骨遠端后皮質(zhì) 5 cm 及 15 cm 處位兩點確定的直線作為 PTC 測量軸 ( 圖 1～3 )。

測量過程中，在放射科醫(yī)師和高年資骨科醫(yī)師指導下，由 2 位骨科醫(yī)師進行測量，測量結果取其平均值確定為最終結果。

三、統(tǒng)計學處理

數(shù)據(jù)使用 SPSS 19.0 版，繪制散點圖，進行雙變量回歸與相關分析，計算直線回歸方程、Spearson相關系數(shù)r值，利用F檢驗驗證直線回歸方程，t檢驗驗證回歸系數(shù)及因變量差異有無統(tǒng)計學意義，符合正態(tài)分布計量資料，數(shù)值采用±s的形式來表示，并使用t檢驗驗證不同性別、不同側 ( 左右 ) 之間三種測量方法差異有無統(tǒng)計學意義。

結 果

圖 4 K-Lgrade II 級散點圖，藍色圖案代表 ATC 與 TPAA 的散點分布與線性關系；綠色圖案代表 PTC 與 TPAA 的散點分布與線性關系Fig.4 Scatter plot of K-Lgrade II; blue pattern represented the scattered point distribution and linear relationship between ATC and TPAA; green pattern represented the scattered point distribution and linear relationship between PTC and TPAA

表 1 患者特點Tab.1 Patient characteristics

K-Lgrade II～IV 級膝關節(jié)炎，均可得到相應的直線回歸方程 ( 圖 4～6 )，散點圖以 TPAA 自變量 ( X 軸 )，ATC 及 PTC 為因變量 ( Y 軸 )；F檢驗P＜0.001，證明直線回歸方程成立，ATC 及 PTC 與TPAA 有顯著的回歸關系存在；因變量 ( ATC、PTC )及回歸系數(shù)t檢驗P＜0.001，說明 ATC、PTC 分別與 TPAA 有線性回歸關系；表 2 中 K-Lgrade II 級膝關節(jié)炎 Spearson 相關系數(shù)r值分別為 0.96、0.96；K-Lgrade III 級膝關節(jié)炎 Spearson 相關系數(shù)r值分別為 0.92、0.93；K-Lgrade IV 級膝關節(jié)炎 Spearson 相關系數(shù)r值分別為 0.94、0.94；均有極其顯著統(tǒng)計學意義 (P＜0.001 )，而不同性別、不同側別間 ( 左右 )三種測量方法差異無統(tǒng)計學意義 (P＞0.05 ) ( 表 2～4 )；說明 ATC、PTC 分別與 TPAA 有高度的線性關系，即有顯著的相關性。

討 論

本研究結果顯示，不同嚴重程度膝關節(jié)炎患者分別以脛骨 ATC、PTC 為測量軸時，脛骨平臺后傾角測量值與以脛骨近端解剖中心軸為測量軸，有極其顯著的相關性，提示臨床膝關節(jié)炎患者和正常人同樣可以選擇脛骨 ATC 及 PTC 為測量軸，來測量脛骨后傾角；膝關節(jié)骨關節(jié)炎 K-Lgrade分級，主要根據(jù)膝關節(jié)關節(jié)間隙及骨贅的嚴重程度分為 0～IV級[26]，由于 K-Lgrade I 級患者，膝關節(jié)炎影像學表現(xiàn)不明顯，且無明顯的臨床癥狀，接近于正常人，影響測量的因素微乎其微，研究意義不大，因此本研究對象為 II～IV 級膝關節(jié)炎患者；在實際臨床應用中，有醫(yī)師在普通的膝關節(jié) X 線片上選擇脛骨ATC 或 PTC 為參考軸，進行關于脛骨平臺后傾角的臨床試驗研究或應用[27-28]；與選擇脛骨解剖軸相比，以脛骨 ATC 及 PTC 為測量軸，臨床應用更加方便[18]；在健康人膝關節(jié)實驗研究中，驗證了脛骨ATC 或 PTC 可以作為脛骨平臺后傾角測量軸，臨床意義基本等同于 TPAA[20,23-24]；本研究進一步驗證了膝關節(jié)退行性關節(jié)炎患者，在普通的膝關節(jié) X 線片上仍然可以選用脛骨 ATC 或 PTC 為測量軸。

圖 6 為 K-Lgrade IV 級散點圖；藍色代表 ATC 與 TPAA 的散點分布與線性關系；綠色代表 PTC 與 TPAA 的散點分布與線性關系Fig.6 Scatter plot of K-L grade IV; blue pattern represented the scattered point distribution and linear relationship between ATC and TPAA; green pattern represented the scattered point distribution and linear relationship between PTC and TPAA

表 2 不同嚴重程度膝關節(jié)炎 Spearson 相關系數(shù)Tab.2 Spearson correlation coefficient of the knee arthritis of different severity

表 3 不同性別間三種測量方法的比較Tab.3 Comparison of three measurement methods between different genders

表 4 不同側間 ( 左右 ) 三種測量方法的比較Tab.4 Comparison of three measurement methods between different sides ( left and right )

臨床應用中，術中評估脛骨平臺后傾角，通常選用髓內(nèi)定位法和髓外定位法：髓內(nèi)定位法實際是以脛骨解剖軸作測量軸評估脛骨平臺后傾角大小，髓外定位法實際是以脛骨 ATC 作為測量軸評估脛骨平臺后傾角大小。兩種方法各有優(yōu)劣，髓內(nèi)定位法準確性高，但髓內(nèi)定位法相對于髓外定位法較復雜，髓內(nèi)定位裝置易破壞脛骨髓腔內(nèi)結構，導致過多失血、脂肪栓塞、繼發(fā)性骨折等并發(fā)癥，而且脛骨干變異也影響最終測量結果；髓外定位在體外進行，操作簡單，無明顯并發(fā)癥，臨床較常用，特別適用于脛骨有畸形、陳舊性骨折及髓腔狹窄的患者，但定位桿不易定位，精確度較低[28-31]；為此，有學者提出將髓外定位桿放置在與脛骨前緣骨皮質(zhì)成 3° 夾角的位置可以獲得精確的脛骨平臺后傾角[32]；以脛骨 PTC 作為測量軸的術中髓外定位法，由于脛骨后方有較多軟組織覆蓋，體表不易觸及，且易受膝關節(jié)活動影響，術中實用價值較小，多用于術前及術后脛骨平臺后傾角評估[27]。雖然不同測量軸的脛骨平臺后傾角數(shù)值有顯著的相關性，但是并非數(shù)學邏輯中的一一對應關系，之間存在有數(shù)學差值。本研究表明前皮質(zhì)及后皮質(zhì)脛骨平臺后傾角分別與解剖軸脛骨平臺后傾角測量值相差大約3°～4°。此結果基本和 Utzschneider 等學者研究一致[20,24]，因此筆者在評估脛骨平臺后傾角時，首先要確定統(tǒng)一的測量軸，不同的測量軸，脛骨平臺后傾角數(shù)值也不同，比如全膝關節(jié)置換術中，如果使用髓內(nèi)定位法 0 度脛骨截骨，那么髓外定位法就要選擇 3～4 度的脛骨截骨。不同人群脛骨平臺后傾角的統(tǒng)計學研究也是如此，只有先確定統(tǒng)一的測量軸，才能保證結果的準確性。有文獻報道脛骨截骨髓內(nèi)定位和髓外定位，都可以得到滿意的脛股角和脛骨力線，二者沒有統(tǒng)計學差異[30]，進一步肯定了髓外定位在臨床應用的重要意義。因此評估脛骨平臺后傾角，選擇脛骨 ATC 及 PTC 為測量軸在臨床工作中具有實用意義。

測量脛骨后傾角，標準的膝關節(jié) X 線片尤為重要[33]，因為脛骨的旋轉會直接影響到脛骨平臺后傾角的測量結果[34]；通常認為脛骨內(nèi)旋或外旋轉在 15° 以內(nèi)，對于脛骨后傾角的測量結果無明顯影響[20]。而膝關節(jié)炎患者，膝關節(jié)周圍也存在有骨贅、關節(jié)間隙狹窄、關節(jié)畸形、硬化骨等影響測量準確性的因素。本研究結果 K-Lgrade II 級膝關節(jié)炎患者相關系數(shù)r明顯高于 III～IV 級。提示嚴重膝關節(jié)炎患者影像學表現(xiàn)會影響到脛骨后傾角測量的準確性，降低以脛骨 ATC 或 PTC 為測量軸的準確性及可靠性，但不能主觀地認為膝關節(jié)炎越嚴重，選用脛骨 ATC 或 PTC 為測量軸的準確性及可靠性越低。本研究中骨關節(jié)炎 K-Lgrade III 級相關系數(shù)r低于 IV 級，證明了這一點。雖然 K-Lgrade 被廣泛應用，但是分級并不是非常具體、精確，比如有些膝關節(jié)炎患者，關節(jié)間隙嚴重狹窄，但是骨贅確實很少，有些患者則相反。研究中發(fā)現(xiàn)選用脛骨 ATC 及PTC 作為測量軸，關節(jié)間隙狹窄對脛骨后傾角測量的影響較骨贅小，只要關節(jié)狹窄及畸形沒有造成關節(jié)面塌陷、變形、關節(jié)脫位等影響，通常不會影響脛骨后傾角的測量準確性。而骨贅并非如此，比如K-Lgrade III～IV 級的膝關節(jié)炎患者，都可能出現(xiàn)大量的骨贅，特別是靠近關節(jié)面的骨贅，會嚴重影響關節(jié)線的準確定位。而脛骨前后邊緣的骨贅，會影響到脛骨前后皮質(zhì)線測量軸的準確定位。如果這樣的患者仍然選用脛骨 ATC 或 PTC 為測量軸，就會造成很大的測量誤差，降低測量值的準確性。

總之，本研究結果提示：以脛骨 ATC、PTC 為測量軸，脛骨平臺后傾角測量值均與 TPAA 有顯著的相關性，其相關程度受膝關節(jié)骨關節(jié)炎嚴重程度的影響，但并非隨著膝關節(jié)骨關節(jié)炎的逐漸加重而依次降低。退行性膝關節(jié)骨關節(jié)炎患者仍然可以在普通的膝關節(jié) X 線片上，選用脛骨前皮質(zhì)或后皮質(zhì)作為測量軸，進行脛骨平臺后傾角測量，方便經(jīng)濟、輻射少。對存在大量骨贅、關節(jié)面塌陷及關節(jié)脫位、癥狀較重等膝關節(jié)炎較嚴重的患者，不建議選用脛骨 ATC 或 PTC 作為測量軸測量脛骨后傾角。

本研究存在下列局限性：( 1 ) 研究對象是臨床上的膝關節(jié)骨關節(jié)炎患者，受多種因素的影響，難以完全保證普通 X 線片的標準性，比如嚴重膝關節(jié)內(nèi)翻、外翻畸形和疼痛癥狀較重、膝關節(jié)活動受限的患者，不能按照放射科醫(yī)師要求的以站立位進行拍片；( 2 ) 不同種族的人有不同的脛骨解剖學特征，本研究僅研究來自中國南方地區(qū)的患者，具有片面性，難以說明所有人的脛骨平臺后傾角特點；( 3 ) 雖然本研究驗證了退行性膝關節(jié)炎患者脛骨ATC 和 PTC 作為測量軸的可行性和準確性，但是主要通過二維的膝關節(jié) X 線片，有必要使用準確性較高的三維 CT 或 MRI 進一步研究驗證。