三维CT重建观察膝骨关节炎患者股骨远端旋转解剖标志的变化

窦 勇，田 伟，柳 剑，杨德金，尹星华

(北京大学第四临床医学院北京积水潭医院，北京100035)

膝骨关节炎是指由于膝关节软骨变性、磨损，骨质增生而引起的一种慢性骨关节疾患，又称为膝退行性关节炎。膝骨关节炎晚期往往伴随着膝关节的屈曲或内外翻畸形，当患者有较严重的疼痛及明显的关节活动障碍且保守治疗无效时，往往需要行全膝关节置换术。膝关节置换术后股骨假体旋转不良将导致髌骨处于脱位或者半脱位状态，髌骨假体磨损加剧，增加髌骨骨折的风险;屈伸间隙不平衡或股胫对位不良，是影响临床疗效的重要因素［1～4］。因此，如何在术中准确确定股骨旋转力线至关重要。2011年12月～2012年12月，本研究采用三维CT重建的方法来测量膝骨关节炎患者关节置换术前各解剖标志，以期指导关节置换术中股骨旋转力线的确定。

1 资料与方法

1.1 临床资料 选择因膝骨关节炎而行全膝关节置换术的患者75例(112膝)，排除既往膝关节骨折、感染、截骨术病史者。其中，左侧54膝，右侧58膝。回顾性分析患者术前患侧膝关节CT扫描资料，根据股骨与胫骨机械轴夹角(mFTA)角度分为内翻型(mFTA＞2°)92膝(内翻组)、外翻型(mFTA＜－2°)20膝(外翻组)。排除既往膝关节骨折、感染、截骨术病史者。其中，内翻组男14例、女45例，年龄(67.0±7.1)岁，左侧46 膝、右侧46 膝;外翻组男4例、女12 例，年龄(60.1±8.6)岁，左侧8 膝、右侧12膝。选择同期Ⅲ期股骨头坏死的患者34例(68膝)作为正常组，其中男18例、女16例，年龄(49.2±12.0)岁。内、外翻组性别、年龄与正常组比较，P 均 ＜0.05。

1.2 方法

1.2.1 膝关节扫描方法 采用 Aquilion 64排 CT进行膝关节扫描，层距2 mm，扫面范围包括膝关节近端20 cm即整个股骨远端，扫描后获取容积性数据。同时在患者负重位站立位全长片上测量mFTA(内翻为正值，外翻为负值)、解剖股骨远端外翻角(aLDFA)、解剖胫骨近端内翻角(aMPTA)。

应用计算机图像处理软件Mimics10.01进行三维重建，测量所采取的解剖标志点由三位医生共同确定，之后由同一位医生进行测量，测量3次后取平均值。测量步骤如下:①矫正不良体位后进行二次扫描，得到矫正后的扫描数据。以股骨内外髁连线作为参考标志，调整后使得再次扫描的方向在矢状面垂直于股骨干前皮质，冠状面及横断面平行于股骨内外上髁连线。②行三维CT重建，得到联动的二维及三维图像。在二维图像上选取内外侧股骨髁最突出的点、内侧中央凹的中点及股骨内外后髁最突出的点，并在三维重建图像上验证解剖标志点的准确性。③去除髌骨及胫骨后，按照步骤①调整后的方向建立平面，该平面通过股骨滑车的最低点及髁间窝的中点并垂直于临床髁上轴(CEA)，见插页Ⅱ图2。

图2 三维重建模型上去除髌骨及胫骨后建立的平面

图3 三维重建后各角度的测量

确定Whiteside线［5］，并经过此线构建平面投影于二维图像上。参照Berger等［1］的方法，将股骨后髁连线(PCL)平移，与外科髁上轴(SEA)的夹角为股骨后髁角(PCA)，与临床上髁轴的夹角为股骨髁扭转角(CTA);测量 Whiteside线与 PCL的夹角(WPCL)、与SEA的夹角(WSEA)及与CEA的夹角(WCEA)，见插页Ⅱ图3。

1.2.2 统计学方法 采用SPSS18.0统计软件。计量资料以±s表示，组间比较采用ANOVA检验，PCA、CTA与临床资料、冠状面力线角度之间的相关性采用Pearson相关分析。P≤0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 各组股骨远端旋转解剖标志比较 见表1。

表1 各组股骨远端旋转解剖标志比较(°，±s)

表1 各组股骨远端旋转解剖标志比较(°，±s)

注:与内翻组比较，*P ＜0.05;与外翻组比较，#P ＜0.05

组别 n mFTA aLDFA aMPTA PCA CTA WPCL WSEA WCEA内翻组 92 9.7 ±5.9 81.1 ±1.2 83.7 ±3.9 2.5 ±1.7 7.1 ±1.796.4 ±2.9 94.0 ±2.8 89.4 ±2.4外翻组 20 －14.8 ±6.9* 74.9 ±3.8* 93.0 ±1.9* 5.1 ±1.3* 10.7 ±1.5* 96.4 ±2.8 92.2 ±2.7* 88.2 ±2.8*正常组 68 0.7 ±1.0*# 80.8 ±1.2# 87.5 ±1.4*# 4.1 ±1.0*# 8.2 ±1.5*# 94.4 ±2.8*# 90.5 ±1.5*# 86.5 ±1.7*#

2.2 相关性分析结果 内翻组PCA与mFTA呈负相关(r= －0.555)，与 aMPTA 呈正相关(r=0.450)，P均＜0.05。外翻组PCA与mFTA、aLDFA均呈负相关(r= －0.614、－0.719)，P 均 ＜0.05。两组 PCA、CTA均与性别、年龄无关，P均＞0.05。

2.3 内翻组不同mFTA角度的PCA、CTA比较 随着mFTA逐渐增大至15°，内翻组PCA、CTA逐渐减小，P 均 ＜0.05。见表2。

表2 内翻组不同m FTA角度的PCA、CTA比较(°，±s)

表2 内翻组不同m FTA角度的PCA、CTA比较(°，±s)

mFTA(°)PCA CTA 2 ～5 3.9 ±1.1 8.4 ±1.3 5 ～10 2.7 ±1.3 7.1 ±1.6 10 ～15 1.4 ±1.8 6.2 ±1.7 15 ～20 1.6 ±1.6 6.2 ±1.1＞20 0.6 ±1.0 6.0 ±1.3

3 讨论

股骨假体的旋转力线是影响膝关节置换疗效的重要因素之一，临床上多采用PCA、CTA及Whiteside线来辅助确定股骨假体旋转力线。既往国内对股骨远端旋转解剖标志的研究方法主要为手工、二维CT或MRI测量，手工测量误差较大;而行二维CT扫描时，很难在一张CT扫描层面上同时显示内外上髁及中央凹。本研究通过三维CT重建膝关节，调整扫描角度后进行二次扫描，既可以提高股骨内上髁中央凹位置的辨别率，又可以在最大程度上减少误差，准确性高。

国外文献报道，正常人群 PCA 为 3.1°～3.7°，CTA为4.9°～6.8°，PCA 与 CTA 之间的夹角约为3°［6～8］。其中，Mantas等［7］认为左右侧 CTA 无差别;Berger等［1］发现，PCA和CTA在不同性别之间存在差异;Yoshioka等［9］发现，PCA和CTA在性别之间有着少量差别，男性平均为5°，女性平均为6°;其他文献均未发现性别差异。国内文献报道的正常人群PCA 为3.6°～5.8°，CTA 为 6.3°～7.1°［10～12］。本研究中，正常组 PCA、CTA 分别为 4.1°±1.0°、8.2°±1.5°，与国内报道相符，而稍大于欧美人，提示 PCA、CTA可能存在种族差异;3组的年龄、性别分布有所差异，但相关性分析并未发现PCA、CTA与年龄、性别等相关。Griffin等［13］发现，膝骨关节炎内翻患者膝PCA小于外翻膝，但各组标准差均大于2°，因此认为PCL并不可靠。Matsuda等［14］发现，膝骨关节炎患者内翻膝与正常膝CTA无显著性差异，而外翻膝CTA则明显增大;认为外翻膝存在后外侧髁的发育问题，而内翻膝不存在。Aglietti等［15］发现，下肢机械轴夹角外翻每增加10°，PCA则相应增加1°。而本研究中，内翻组PCA、CTA均显著低于正常组，而外翻组PCA、CTA均显著高于正常组。

本研究结果显示，内翻组mFTA均高于正常组，aMPTA、PCA、CTA均低于正常组;外翻组 aMPTA、PCA、CTA均高于正常组，mFTA、aLDFA均低于正常组(P均＜0.05)。这表明内翻膝的畸形主要来自于胫骨侧，而外翻膝畸形则来自于股骨侧及胫骨侧。相关分析发现，内翻组PCA与mFTA、aMPTA相关，而外翻膝PCA与mFTA及aLDFA相关。对内翻组mFTA进一步研究发现，随着mFTA逐渐增大至15°，内翻组 PCA、CTA 逐渐减小，P 均 ＜0.05;外翻组病例较少，且变异较大，并未进行mFTA的亚组分析。以上结果证实，内翻组PCA、CTA偏小并非是由于股骨发育不良，而是与磨损程度有关。这可能与膝关节过多从事高屈曲蹲起动作的生活方式相关，内侧髁的后髁磨损较重造成软骨磨损殆尽，进一步磨损软骨下骨，从而导致PCA及CTA减小。

股骨前后轴虽然易于显露，但是由于滑车磨损或髁间窝增生，定位误差较大。对于严重滑车发育不良的患者，单独依靠股骨滑车定位，可能会导致过度外旋。Poilvache等［16］认为，可以把Whiteside线作为股骨后髁截骨的参考线，但是也指出Whiteside前后轴不是很稳定，不能单独作为股骨假体旋转力线定位的参照轴。Amia等［5］认为，股骨髁上轴变异范围较大，并不可靠，而Whiteside线则可作为确定股骨旋转的可靠标志。本研究中，内、外翻组WPCL、WSEA、WCEA均明显大于正常组，内翻组WSEA、WCEA均明显大于外翻组。内、外翻组均存在Whiteside线外移，膝内翻患者可能大多早期即存在髌骨向外侧半脱位使得滑车沟外侧磨损增加，而膝外翻患者可能是由于股骨外髁、滑车发育不良所致。膝内翻患者同时存在滑车最低点外移及股骨内后髁的磨损，因此内、外翻组WPCL并无差异。本研究发现，Whiteside相关夹角的标准差明显大于PCA，因此并不能作为判断股骨旋转的首选标志。

综上所述，膝骨关节炎患者均存在Whiteside线外移，内翻型患者PCA、CTA均降低，PCA与mFTA和aMPTA相关;外翻型患者PCA、CTA均升高，PCA与mFTA和aLDFA相关。上述解剖标志不能作为惟一确定股骨旋转的参考手段，全膝关节置换术中应当参考多条轴线来综合确定股骨旋转力线。同时本研究存在以下局限性:①病例较少，尤其是外翻组，无法进行mFTA亚组比较;②纳入病例非随机对照研究，性别比例不均衡、年龄跨度较大，正常组年龄偏小;③内翻组mFTA亚组的划分并无明确的理论依据，只能大致反映内翻程度的变化。

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