膝關(guān)節(jié)外翻畸形股骨側(cè)形態(tài)學(xué)參數(shù)分析

楊德金 陳明學(xué) 周一新

針對膝關(guān)節(jié)外翻畸形患者行全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(total knee arthroplasty，TKA)目前對于骨科醫(yī)生來說仍充滿挑戰(zhàn)[1-3]。膝關(guān)節(jié)外翻畸形包括骨組織來源和軟組織來源，其中骨組織來源包括股骨側(cè)骨組織、脛骨側(cè)骨組織，軟組織來源包括關(guān)節(jié)內(nèi)軟組織(關(guān)節(jié)軟骨和半月板)和關(guān)節(jié)外軟組織(內(nèi)外側(cè)副韌帶、關(guān)節(jié)囊、關(guān)節(jié)周圍肌肉和肌腱等)[4-5]。充分理解膝關(guān)節(jié)外翻畸形來源和形態(tài)學(xué)改變對于TKA精確截骨和重建軟組織平衡至關(guān)重要[6-9]。本研究通過對股骨遠(yuǎn)端骨組織的形態(tài)學(xué)參數(shù)進(jìn)行測量和分析，以探討膝關(guān)節(jié)外翻畸形患者中股骨遠(yuǎn)端形態(tài)學(xué)改變的主要來源，為骨科醫(yī)生進(jìn)一步理解膝關(guān)節(jié)外翻畸形股骨遠(yuǎn)端形態(tài)學(xué)改變提供幫助。

資料與方法

一、資料

1.病例納入與排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)納入標(biāo)準(zhǔn)：年齡18～75歲；因骨關(guān)節(jié)炎、類風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎等導(dǎo)致的繼發(fā)性膝關(guān)節(jié)外翻畸形，解剖學(xué)股脛角(anatomical femur-tibia angle，aFTA)>10°；下肢全長X線片和膝關(guān)節(jié)CT容積數(shù)據(jù)資料完整。(2)排除標(biāo)準(zhǔn)：膝關(guān)節(jié)發(fā)育不良；存在骨折、腫瘤、損傷等病變；既往有膝關(guān)節(jié)手術(shù)史；存在可能影響膝關(guān)節(jié)股骨側(cè)形態(tài)結(jié)構(gòu)的全身性疾病或藥物服用史。

2.患者來源：收集2010年1月至2012年12月北京積水潭醫(yī)院收治的68例(68膝)膝關(guān)節(jié)外翻畸形患者的影像學(xué)資料。其中，男7例，女61例；年齡(63.13±8.90)歲；右側(cè)46例，左側(cè)22例。男性與女性的年齡比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.793)。

二、方法

1.參數(shù)測量：收集患者負(fù)重位患側(cè)下肢全長X線片，在X線片上分別測量aFTA和解剖學(xué)股骨遠(yuǎn)端外側(cè)角(anatomical lateral distal femoral angle，aLDFA)。aFTA為股骨解剖軸和脛骨解剖軸兩條軸線的夾角，正常范圍為5°～10°，>10°則認(rèn)為存在膝關(guān)節(jié)外翻畸形(圖1)。該角度反應(yīng)的是膝關(guān)節(jié)外翻畸形的嚴(yán)重程度，aFTA越大外翻畸形越嚴(yán)重。aLDFA為股骨解剖軸與股骨遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)面的外側(cè)夾角，正常范圍為79°～83°，不在此范圍內(nèi)則認(rèn)為aLDFA異常(圖1)。當(dāng)股骨干骺端畸形或股骨外側(cè)髁遠(yuǎn)端骨質(zhì)缺損時，該角度會減小。aLDFA越小說明膝關(guān)節(jié)伸直位外翻畸形越明顯。將膝關(guān)節(jié)CT容積性數(shù)據(jù)以DICOM格式保存并導(dǎo)入MIMICS 17.0(Materialize公司，比利時)圖像分析軟件。在股骨外上髁的骨性凸起和股骨內(nèi)上髁的骨性凹陷確定通髁軸(transepicondylaraxis，TEA)，以TEA所在直線為X軸，TEA中心為原點(diǎn)，重新分割CT圖像。保證所有測量的數(shù)據(jù)都是在標(biāo)準(zhǔn)體位下獲得的。分別在冠狀面和橫斷面上測量股骨遠(yuǎn)髁角(distal condylar angle，DCA)和股骨后髁角(posterior condylar angle，PCA)(圖2)。DCA為冠狀面上TEA和股骨髁遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)面切線之間的夾角，正常值為4°，>4°則為DCA增大(異常)。該角度反應(yīng)的是膝關(guān)節(jié)在伸直位時，股骨髁遠(yuǎn)端相對于TEA的傾斜程度。當(dāng)股骨外側(cè)髁遠(yuǎn)端發(fā)育不良或骨質(zhì)缺損時，該角度會增大。DCA越大說明膝關(guān)節(jié)伸直位外翻畸形越明顯。PCA為橫斷面上TEA和股骨髁后關(guān)節(jié)面切線之間的夾角，正常值為3°，>3°則為PCA增大(異常)。該角度反應(yīng)的是膝關(guān)節(jié)在屈曲位時股骨髁后方相對于TEA的傾斜程度。當(dāng)股骨外側(cè)髁后方發(fā)育不良或骨質(zhì)缺損時，該角度就會增大。PCA越大說明膝關(guān)節(jié)屈曲位外翻畸形越明顯。

圖1 aFTA和aLDFA的測量示意圖

圖2 DCA和PCA的測量示意圖

結(jié) 果

一、形態(tài)學(xué)參數(shù)測量結(jié)果

aFTA、DCA、PCA及aLDFA分別為(18.42±6.42)°、(6.64±1.36)°、(4.51±1.82)°及(74.71±4.63)°。按照年齡和性別進(jìn)行分組，結(jié)果顯示女性患者的aFTA明顯大于男性患者，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001)，而DCA、PCA及aLDFA在性別間比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(均P>0.05)；aFTA、DCA、PCA及aLDFA在側(cè)別間比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(均P>0.05)。見表1。

表1 68例(68膝)膝關(guān)節(jié)外翻畸形患者的各參數(shù)測量結(jié)果

二、各參數(shù)正常或異常分布情況

DCA異常的人數(shù)占比最高(95.59%，65例)，其次為aLDFA(80.88%，55例)，PCA所占比例最低(64.70%，44例)，見表2。進(jìn)一步分析結(jié)果顯示，PCA和DCA同時存在異常的患者占比為61.76%(42例)，其中PCA、DCA和aLDFA均異常的患者占比為51.47%(35例)；DCA增大，PCA正常的患者占比為33.83%(23例)，其中合并aLDFA減小的比例為26.47%(18例)；DCA正常，aLDFA異常的患者占比為2.94%(2例)；DCA、PCA和aLDFA均正常的患者占比為1.47%(1例)；DCA、aLDFA正常，PCA異常和PCA、DCA正常，aLDFA異常的患者占比均為0%。

三、各參數(shù)線性相關(guān)性分析

PCA、DCA和aLFDA與aFTA均無明顯線性相關(guān)(均P>0.05)。見圖3。PCA和DCA之間呈正相關(guān)性(P<0.05)，為弱相關(guān)(r=0.293)；DCA和aLFDA之間呈負(fù)相關(guān)性(P<0.01)，為中等相關(guān)(r=0.515)；PCA和aLFDA無線性相關(guān)性(P=0.524)。見圖4。

討 論

本研究中女性膝關(guān)節(jié)外翻畸形的比例遠(yuǎn)高于男性，與文獻(xiàn)報道的膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)病率數(shù)據(jù)相一致[10-11]?？紤]主要的原因可能為女性絕經(jīng)后，雌激素水平顯著下降，一方面導(dǎo)致關(guān)節(jié)周圍肌肉強(qiáng)度降低，關(guān)節(jié)穩(wěn)定性下降；另一方面增加骨質(zhì)疏松的風(fēng)險，降低骨骼力學(xué)強(qiáng)度。上述兩方面的因素共同作用進(jìn)而誘發(fā)膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎的發(fā)生。既往研究很少對股骨側(cè)各參數(shù)的分布情況以及參數(shù)間的相關(guān)性進(jìn)行描述分析。

本研究中患者的aFTA均>10°，且女性高于男性，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。這一數(shù)據(jù)與重度骨關(guān)節(jié)炎在女性人群中的發(fā)病率遠(yuǎn)高于男性的數(shù)據(jù)相一致[12]。而DCA、PCA和aLDFA在性別間比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(均P>0.05)。這說明，造成膝關(guān)節(jié)外翻畸形的來源除了股骨側(cè)骨組織形態(tài)變異之外，還包括其他影響因素，如脛骨側(cè)形態(tài)結(jié)構(gòu)異常和軟組織不平衡等。袁景等[13]對41例(53膝)膝外翻畸形患者進(jìn)行三維形態(tài)學(xué)測量，結(jié)果顯示aFTA為(15.4±5.1)°，aLDFA為(76.6±1.2)°，DCA為(6.5±1.3)°，PCA為(5.2±1.2)°。這與本研究中相關(guān)參數(shù)測量結(jié)果基本一致。

表2 各參數(shù)正?；虍惓Ｈ藬?shù)分布[例(%)]

圖3相關(guān)性分析APCA與aFTA散點(diǎn)圖BDCA與aFTA散點(diǎn)圖CaLFDA與aFTA散點(diǎn)圖

本研究結(jié)果顯示，有65例(95.59%)患者存在DCA增大，表明多數(shù)的膝關(guān)節(jié)外翻畸形都存在股骨外側(cè)髁遠(yuǎn)端的形態(tài)變異；有55例(80.88%)患者存在aLDFA減小，表明膝關(guān)節(jié)外翻畸形人群中有80%

圖4相關(guān)性分析APCA與DCA散點(diǎn)圖BaLFDA與DCA散點(diǎn)圖CPCA與aLFDA散點(diǎn)圖

左右的患者可能存在股骨干骺端畸形或股骨外側(cè)髁遠(yuǎn)端骨質(zhì)缺損；有44例(64.70%)患者存在PCA增大，表明超過1/2的膝關(guān)節(jié)外翻畸形存在股骨外側(cè)髁后方形態(tài)結(jié)構(gòu)異常。進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)有42例(61.76%)患者存在DCA和PCA同時增大，這表明膝關(guān)節(jié)外翻畸形人群中有超過1/2的患者同時存在股骨外側(cè)髁遠(yuǎn)端和后方形態(tài)異常，進(jìn)而導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)同時存在伸直位和屈曲位外翻畸形；其中有35例合并aLDFA減小，這表明股骨外側(cè)髁遠(yuǎn)端和后方形態(tài)異常的膝關(guān)節(jié)外翻畸形患者中有83.3%(35/42)可能合并股骨干骺端結(jié)構(gòu)異常。另外，DCA增大和PCA正常的患者有23例(33.83%)，提示約1/3的患者存在股骨外側(cè)髁遠(yuǎn)端形態(tài)結(jié)構(gòu)異常，膝關(guān)節(jié)伸直位外翻畸形，而屈曲位沒有外翻畸形。其中有18例患者合并aLDFA減小，表明有78.3%(18/23)的患者可能合并股骨干骺端結(jié)構(gòu)異常。而存在DCA正常，aLDFA異常的患者僅有2例，說明膝關(guān)節(jié)外翻畸形人群中單純股骨干骺端形態(tài)結(jié)構(gòu)異常來源的僅占3%左右；另外DCA、PCA和aLDFA三者均正常的患者僅有1例，表明膝關(guān)節(jié)外翻畸形患者中，不存在股骨側(cè)骨組織形態(tài)異常的概率僅為1.47%；而PCA異常，DCA和aLDFA正常以及PCA、DCA正常，aLDFA異常的患者占比均為0%，說明膝關(guān)節(jié)外翻畸形患者中，單純由股骨外側(cè)髁后方關(guān)節(jié)面或股骨干骺端形態(tài)結(jié)構(gòu)異常導(dǎo)致的畸形較為罕見。

PCA、DCA和aLDFA各參數(shù)與aFTA均無線性相關(guān)，提示影響膝關(guān)節(jié)外翻畸形的嚴(yán)重程度可能是股骨側(cè)、脛骨側(cè)和軟組織多因素共同作用的結(jié)果，而非單一因素起主導(dǎo)作用的。而DCA和PCA之間存在線性相關(guān)性，表明當(dāng)股骨外側(cè)髁遠(yuǎn)端存在變異時，可能會同時合并股骨外側(cè)髁后方關(guān)節(jié)面的形態(tài)結(jié)構(gòu)異常，但是相關(guān)性較弱。DCA和aLDFA存在線性相關(guān)，為中等相關(guān)，表明DCA異常與aLDFA的異常存在關(guān)聯(lián)，因為aLDFA是異常是由股骨外側(cè)髁遠(yuǎn)端和股骨干骺端畸形共同決定的。

綜述所述，股骨外側(cè)髁遠(yuǎn)端形態(tài)結(jié)構(gòu)變異是膝關(guān)節(jié)外翻畸形股骨側(cè)骨組織異常的主要來源。約1/2的患者同時存在股骨外側(cè)髁遠(yuǎn)端、后方和股骨干骺端形態(tài)結(jié)構(gòu)異常。DCA與PCA和aLDFA之間均存在線性相關(guān)。因此，當(dāng)股骨外側(cè)髁遠(yuǎn)端存在變異時，應(yīng)注意是否合并股骨外側(cè)髁后方和股骨干骺端的形態(tài)結(jié)構(gòu)異常。