全膝关节置换术后下肢位置变化的影像学研究

贺强，卿忠，姚舒馨，赵光辉，孙相祥(西安交通大学医学院附属红会医院膝关节外科，陕西西安　710054)



全膝关节置换术后下肢位置变化的影像学研究

贺强，卿忠，姚舒馨，赵光辉，孙相祥
(西安交通大学医学院附属红会医院膝关节外科，陕西西安710054)

摘要:目的全膝关节置换术后的影像学参数对手术技术的判断和假体松动的早期发现都是十分重要的，但全膝关节置换术后的影像学参数会受到下肢位置变化的影响，本研究的目的在于探讨下肢位置变化与膝关节置换术后影像学参数的关系。方法对2014年9月到2015年5月我科收治的行全膝关节置换术的12名患者进行测量分析，从患者胫骨外旋20°到内旋25°每内旋5°摄一次前后位全长X线片，测量X线片中下肢力学轴线角度、下肢解剖轴线角度和胫骨解剖轴的角度的数据，获得下肢位置变化与膝关节置换术后影像学参数的关系。结果在内旋下肢的过程中，下肢力学轴线角度从胫骨外旋20°的内翻3°变成胫骨内旋20°的外翻2°，下肢解剖外翻角从胫骨外旋20°的外翻7．57°减小为胫骨内旋20°的外翻3．71°，胫骨解剖轴的角度从胫骨外旋20°的内翻1．6°减小到胫骨内旋20°的外翻1．4°。结论拍摄前后位X线平片时应该明确下肢的解剖标志的旋转位置，以避免下肢旋转而导致的测量误差。

关键词:全膝关节置换术;下肢力学轴线;下肢解剖轴线;影像学参数

全膝关节置换术后假体的长期生存率部分取决于下肢的轴线对位和假体的安装角度。全膝关节置换术后X线平片的评价对手术技术的判断、原发症状的病因以及假体松动的早期细微改变的发现都是十分重要的。尽管假体的安装位置、假体对线和韧带平衡都有一个可以接受的范围，但术后采用X线平片的方法来评价这些重要参数会受到膝关节的屈曲和下肢旋转的影响。

在髋关节手术后，已经明确了髋关节假体的股骨假体会随着下肢旋转发生显著的内翻外翻对线改变［1］。但在全膝关节置换术后，膝关节的屈曲和下肢的旋转对膝关节假体影像学参数的影响还没有研究报道。本文的研究目的为探讨下肢旋转对于全膝关节置换术后下肢力学轴线角度、下肢解剖轴线角度和胫骨解剖轴角度的影响。

1资料与方法

1．1一般资料研究入选的标准为从2014年9月到2015 年5月我科收治的行全膝关节置换术的12名患者，植入的假体均为Zimmer后稳定型人工全膝关节。这些患者的假体安装时，股骨髓内定位的外翻角均为外翻6°，胫骨假体前缘中点正对胫骨结节内1/3处，下肢机械力线为中立位0°。研究共入选了12名患者，10名女性，2名男性。

1．2测量方法患者拍前后位全长平片的中立位的标准为患者双足内侧之间距离为30 cm，双足平行站立，髌骨正对前方。拍片过程中始终保持拍片探头的位置离膝关节保持60 cm的距离，然后从患者胫骨外旋20°到内旋20°每内旋5°摄一次前后位全长平片。然后让患者膝关节屈曲10°，从胫骨外旋20°到内旋20°每内旋5°再拍一次前后位全长平片。在前后位全长平片上测量下肢力学轴线角度、下肢解剖轴线角度以和胫骨假体对线角度。下肢力学轴线角度为髋关节中心到膝关节中心，再由膝关节中心到踝关节中心的连线的角度，即髋膝踝角。下肢解剖轴线角度为股骨解剖轴和胫骨解剖轴的角度。胫骨假体对线角度为胫骨假体基座与胫骨解剖轴垂线的角度。

1．3统计学方法测量角度的结果用SPSS 15．1软件的方差分析来比较多组数据之间的统计学差异。

2结　　果

2．1下肢的旋转对下肢力学轴线角度有显著的影响在内旋下肢的过程中，下肢力学轴线角度从胫骨外旋20°的内翻3°，变成胫骨内旋20°的外翻2°，两组之间有统计学差异(P ＜0．05)(见表1，见图1)。

2．2下肢的旋转对下肢解剖轴线角度有显著影响在内旋下肢的过程中，下肢完全伸直时下肢解剖外翻角从胫骨外旋20°的外翻7．57°减小为胫骨内旋20°的外翻3．71°，两组之间有统计学差异(P＜0．05)(见表1，见图1)。

2．3胫骨解剖轴角度同样随着下肢的旋转明显发生变化胫骨解剖轴的角度从胫骨外旋20°的内翻1．6°变为胫骨内旋20°的外翻1．4°，两组之间有统计学差异(P＜0．05)(见表1，见图1)。

表1　下肢旋转和膝关节屈曲10°对下肢力学轴线角度、下肢解剖轴线角度和胫骨解剖轴的角度的影响(n=12，±s)

表1　下肢旋转和膝关节屈曲10°对下肢力学轴线角度、下肢解剖轴线角度和胫骨解剖轴的角度的影响(n=12，±s)

下肢旋转　　下肢力学轴线角度　　下肢解剖外翻角　　下肢解剖外翻角(膝关节屈曲10°)胫骨解剖轴的角度(膝关节屈曲10°)外旋20°　　内翻(3±0．2)°　　外翻(7．57±0．3)°　　外翻(2．29±0．2)°　　内翻(1．6±0．2)°外旋15°　　内翻(2．8±0．3)°　　外翻(6．55±0．2)°　　外翻(2．95±0．3)°　　内翻(1．4±0．3)°外旋10°　　内翻(2±0．1)°　　外翻(5．05±0．1)°　　外翻(3．30±0．2)°　　内翻(1．2±0．2)°外旋5°　　内翻(1±0．2)°　　外翻(4．95±0．2)°　　外翻(3．45±0．2)°　　内翻(1．0±0．1)° 0°　0°　　外翻(4．90±0．1)°　　外翻(3．75±0．3)°　　内翻(0．8±0．3)°内旋5°　　外翻(0．8±0．1)°　　外翻(4．45±0．3)°　　外翻(3．90±0．3)°　　内翻(0．5±0．2)°内旋10°　　外翻(1±0．1)°　　外翻(4．6±0．4)°　　外翻(4．5±0．3)°　　外翻(0．4±0．2)°内旋15°　　外翻(1．6±0．2)°　　外翻(4．1±0．4)°　　外翻(5．1±0．4)°　　外翻(1．0±0．1)°内旋20°　　外翻(2±0．1)°　　外翻(3．71±0．2)°　　外翻(5．73±0．2)°　　外翻(1．4±0．2)°

3讨　　论

全膝关节置换术后准确的下肢力线恢复和合适的假体对线对于降低异常的磨损和假体的长期生存率是十分重要的［2-3］。但在临床实践中，术后的下肢全长片测量时经常会遇到由于患者拍片时下肢摆放的位置不正确，导致术者对手术结果的错误判断。以往的研究主要关注术前X线片的测量和术中生理力学轴线的恢复的重要性［4-5］，但对于TKA术后X线的测量的研究较少。本研究针对临床中遇到的问题，对于下肢的旋转对于全膝关节置换术后下肢对线轴和胫骨假体对线的影响进行了详细的研究。本研究发现:a)下肢的旋转对下肢力学轴线角度有显著的影响，在下肢内旋的过程中，下肢力学轴线角度从胫骨外旋20°的内翻3°，变成胫骨内旋20°的外翻2°;b)下肢的旋转对下肢解剖轴线角度有显著影响;c)胫骨解剖轴的角度同样随着下肢的旋转明显减小;d)股骨前弓随着下肢内旋显著变小。

全膝关节置换术后标准的影像学资料必须包括三个轴面的X线片:站立位的前后全长片、膝关节侧位片和髌骨轴位片［6］。术后的下肢全长片测量时需要有规范的要求，以保证拍出的X线片能够准确地反应人工关节假体位置信息。标准的下肢全长片测量有两个基本要求:a)X线的球管需对准膝关节，与胫骨假体基座的后倾形成合适的角度，这样才能清楚的显示胫骨假体固定的界面，反应胫骨假体的位置和透亮带;b)要求髌骨对准X线球管，以减少下肢的旋转变化，更准确的反应膝关节冠状面的对线［6］。

站立位的前后全长片中，需要注意如下的角度。a)下肢的力学轴线角，为髋关节中心到膝关节中心，再由膝关节中心到踝关节中心的连线，两个连线的角度即髋膝踝角［7］。公认的TKA术后要求髋膝踝角为内外翻3°。如果髋膝踝角超过3°，文献报道认为会影响假体长期生存率［8］。b)下肢解剖外翻角即股骨外翻角，由于生理股骨外翻角存在一定的变异，范围从内翻1°至外翻16°不等，平均(5．7±2．3)°。因此，如果使用股骨力线定位装置时仅仅取股骨外翻角的平均值，可能相当多患者的术后下肢力线出现较大误差［9］。c)胫骨解剖轴角度:胫骨解剖轴线的垂直线与胫骨假体基座所形成的角，正常为90°，对于判断胫骨假体安装的内外翻角度有指导意义。

图1　下肢旋转对下肢力学轴线角度的影响

在正位X线片中，要注意以下的下肢骨性解剖标志，以确定下肢的旋转。a)股骨小转子:是股骨近端重要的解剖标志，关节置换手术中对于判断股骨旋转方位起到决定性作用。股骨小转子的大小与股骨的旋转有直接关系，中立位时，股骨小转子高度占小转子水平股骨横径男性左侧占16%左右，右侧占17%，女性左侧占16%，右侧占14%左右，内旋以后小转子投影减小，外旋后增大。b)腓骨头:小头内上面有关节面与胫骨上端外面的关节面相关节，标准的正位片中腓骨头与胫骨仅有少量重叠，对于判断胫骨旋转方位起到决定性作用［10-11］。

目前对于评价手术技术的术后影像学参数还存在一些争议。在Lotke的一项早期研究强调下肢解剖轴线恢复到3°～7°之内对于保证假体的长期生存是十分重要的［12］。其他一些研究认为，下肢解剖对线为内翻和胫骨解剖轴的过度内翻都会导致假体的早期失败。对于胫骨解剖轴的角度还存在争议。一些学者认为，胫骨假体应该安装到垂直于胫骨长轴的位置，在行走时胫骨假体垂直于胫骨长轴的位置可以减小界面之间的剪切力［13］。但另外一些学者认为，将胫骨假体安装到垂直于胫骨长轴内翻2°到3°可以在站立时使关节面平行于地面［14］。

总之，为了减小误差，术前和术后的X线片拍片位置应该是一致的，同时应注意以下几点:第一，拍摄前后位X线片时应该明确下肢的解剖标志的旋转位置，以控制下肢旋转而导致的误差;第二，股骨或胫骨的异常弯曲使得定位下肢解剖轴线困难增加，这种情况下建议在全长片中测量下肢解剖轴线角度，而不是在膝关节正位片中;第三，如果只用膝关节正位片，在所有的病例中下肢解剖轴线测量的解剖参考点都应该一致。

参考文献:

［1］Albert TJ，Sharkey PF，Chao W，et al．Rotation affects apparent radiographic positioning of femoral components in total hip arthroplasty［J］．J Arthroplasty，1991，6 (2):67-71．

［2］Woolson ST，Harris AHS，Wagner DW，etal．Component alignment during total knee arthroplasty with use of standard or custom instrumentation a randomized clinical trial using computed tomography for postoperative alignmentmeasurement［J］．J Bone Joint Surg(Am)，2014，96(5):366-372．

［3］Kawahara S，Okazaki K，Matsuda S，et al．Internal rotation of femoral component affects functional activities after TKA-survey with the 2011 Knee society score［J］．JArthroplasty，2014，29(12):2319-2323．

［4］Lad DG，Thilak J，Thadi M．Component alignment and functional outcome following computer assisted and jig based total knee arthroplasty［J］．Indian J Orthop，2013，47(1):77-82．

［5］Longstaff LM，Sloan K，Stamp N，et al．Good alignment after total knee arthroplasty leads to faster rehabilitation and better function［J］．J Arthroplasty，2009，24(4): 570-578．

［6］Meneghini RM，MontMA，Backstein DB，etal．Development of a modern knee society radiographic evaluation system and methodology for total knee arthroplasty［J］．JArthroplasty，2015，30(12):2311-2314．

［7］Choong PF，Dowsey MM，Stoney JD．Does accurate anatomical alignment result in better function and quality of life Comparing conventional and computer-assisted total knee arthroplasty［J］．J Arthroplasty，2009，24(4): 560-569．

［8］Babazadeh S，Dowsey MM，Stoney JD，et al．Gap balancing sacrifices joint-line maintenance to improve gap symmetry:a randomized controlled trial comparing gap balancing and measured resection［J］．J Arthroplasty，2014，29(5):950-954．

［9］Kim D，Seong SC，Lee MC，et al．Comparison of the tibiofemoral rotational alignment after mobile and fixed bearing total knee arthroplasty［J］．Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc，2012，20(2):337-345．

［10］Balakrishnan V，De Steiger R，Lowe A．Radiographic assessment of alignment following TKA:outline of a standardized protocol and assessment of a newly devised trigonometric method of analysis［J］．ANZ J Surg，2010，80(5):344-349．

［11］Pietsch M，Hofmann S．Value of radiographic examination of the knee joint for the orthopedic surgeon［J］．Radiologe，2006，46(1):55-64．

［12］Lotke PA，Ecker ML．Influence of positioning of prosthesis in total knee replacement［J］．JBone Joint Surg (Am)，1977，59(1):77-79．

［13］Tew M，Waugh W．Tibiofemoral alignment and the results of knee replacement［J］．JBone Joint Surg(Br)，1985，67(4):551-556．

［14］Lonner JH，Laird MT，Stuchin SA．Effect of rotation and knee flexion on radiographic alignment in total knee arthroplasties［J］．Clin Orthop Relat Res，1996，33(1): 102-106．

Radiographic Analysis of the Alignment of Lower Extrem ity after Total Knee Arthroplusty

He qiang，Qing Zhong，Yao Shuxin，et al
(Department of knee surgery，Hong-Hui Hospital，Medical College of Xi'an Jiaotong University，Xi'an 710054，China)

Abstract:Objective The radiologic parameter after total knee replacement is very important to estimate surgical techniques and to find early prosthetic loosening．However，the radiologic parameter will be influenced by lower limb position change．The aim of the study is to investigate the relationship of lower limb position and the radiologic parameter after total knee replacement．Methods There was retrospectively study of twelve patients after total knee replacement in our hospital from September 2014 to May 2015．The full-length radiographswere taken from external rotation 20°to internal rotation 25°．The lower limbmechanical axis angle，lower limb anatomical axis and tibia anatomical axis angle weremeasured to define the relationship of lower limb position and the radiologic parameter after total knee replacement．Resu lts The lower limbmechanical axis angle varied from varus3°to valgus 2°when tibia position changes from external rotation 20°to internal rotation 20°．The lower limb anatomical axis varied from valgus7．57°to valgus3．71°when tibia position changes from external rotation 20° to internal rotation 20°with leg full extended．Tibia anatomical axis angle varied from varus1．6°to valgus1．4°when tibia position changes from external rotation 20°to internal rotation 20°．ConclusionThe rotation of anatomical landmarks on full length film should be carefully evaluated to avoid themistakes caused by rotation of the lower extremities．

Key words:total knee replacement;lower limb mechanical axis;axis of the lower limb anatomy;radiological parameter

作者简介:贺强(1983－)，男，主治医师，西安交通大学医学院附属红会医院膝关节外科，710054。

收稿日期:2015-12-21

文章编号:1008－5572(2016)03－0212－04

中图分类号:R687．4+2

文献标识码:B