月骨的临床解剖学及人工假体的研究进展*

赵万秋 徐永清*

月骨作为腕关节运动的桥梁分为内、外两部分，分别与头状骨、钩骨相关节，其解剖形态复杂而不规则，个体差异较大，且月骨血供主要来源于周围韧带内的滋养血管[1]。因此，当慢性反复的月骨周围韧带的机械性损伤导致月骨周围血供破坏，进而发展成月骨内部滋养血供损伤及静脉瘀滞，是造成月骨缺血性坏死的重要因素之一。目前，临床上针对Ⅱ～Ⅳ期的月骨坏死的手术方法较多，且各有优缺点，尚无一种手术方法适用于不同临床分期的月骨坏死。其中常用的手术方法有生物学及生物力学方法、月骨切除带血管蒂肌腱与骨替代术、腕骨局限融合术（STTF融合术）、近排腕骨切除术、全腕关节融合术。然而对于Ⅲ～Ⅳ期月骨坏死的患者，行腕骨局限融合术（STTF融合术）、近排腕骨切除术、全腕关节融合术对腕关节功能牺牲较大。而人工月骨假体的出现旨在保留正常腕骨间解剖结构和最大限度保留腕关节功能。人工假体置换缺血坏死的月骨对维持各个腕骨的解剖关系和稳定性，改善腕关节功能具有重要意义。本文旨在结合相关文献资料，对月骨的临床解剖学研究和人工假体的研究进展进行综述。

1 临床解剖学基础

1.1 月骨解剖形态学研究

月骨掌面为四方形，侧面为新月形，近端与桡骨相关节，远端与头状骨相关节，作为腕关节中轴线，月骨是腕骨中唯一掌侧宽而背侧窄的骨[2]。腕骨形态的背景变化在腕部疾病和特殊运动特征中的意义已经被认识到，更好地了解这些变化是必要的。Viegas[3]基于其形态最早描述月骨外形的分类，即Ⅰ型仅有一个单一的头月关节面;Ⅱ型有两个中腕关节面，一个与头状骨相关节，另一个与钩骨相关节。Galley等[4]根据头状骨到三角骨的最短距离（C-T距离）来对月骨形态进行分型，发现即C-T距离≤2 mm为Ⅰ型月骨，占15.1%;2 mm

1.2 月骨的血供

月骨的骨内动脉分布形态在骨化初期中心处分支形成球形血管丛，位于该骨的中央。随着月骨骨化的不断进行，骨内的球状血管丛消失，演变成链状或树枝状分支，直达关节软骨下。Gelberman等[9]将月骨内血管走形分为Y（59%）、Ⅰ（31%）和X（10%）3种模式并统计出其分布情况。Lamas等[10]通过乳胶灌注27具新鲜手腕标本发现，月骨的血液供应来自不同的韧带。滋养血管主要通过月骨的背极和掌极进入月骨内。背侧腕间弓和桡腕弓从位于月骨背极正上方的血管丛向月骨供血，滋养血管通过1～3个孔进入月骨背侧;掌侧则有1～5条营养血管通过桡舟月韧带、腕背韧带、尺月三叉韧带插入。月骨的掌侧供血量和孔数均大于背侧。Kulhawik等[11]的临床报道显示，月骨缺血坏死的病因中，血管韧带的急性或慢性、创伤性或非创伤性损伤，特别是由于月骨滋养动脉的结构和走形，舟月骨间韧带的位置，均在月骨坏死中具有重要作用。van Alphen等[12]通过14例上肢注射铅造影剂并使用显微计算机断层扫描仪将月骨内血管合并成三维图像显示，掌侧平均血管数和直径分别为2.3和118.1 m;背侧平均血管数和直径分别为1.4和135.8 m。月骨的长轴在轴位和侧位都显示出最高的血管，在尺侧背侧象限和尺侧掌侧象限，观察到较低的血管密度。Xiao等报道[13]采用Pb3O4注射法和显微CT三维重建对6例月骨内滋养动脉形态进行了研究，将正常月骨内动脉形态分为3种类型:掌侧为主，背侧为主，双侧吻合。而月骨的缺血坏死与其滋养动脉的损伤有密切的关系，腕关节在长期反复强力背伸的情况下月骨背侧的动脉并不容易受到损害，而月骨掌侧滋养动脉较背侧相对丰富，其掌侧血供损伤较难修复[14]。因此，月骨掌侧的动脉损害可能是月骨缺血性坏死的主要原因。了解月骨血供的分布，能更好地确定血管安全区，在不同分期的月骨缺血坏死中，保留正常血供部分的月骨，应用半人工月骨假体予以置换坏死部分的月骨，是目前临床上治疗月骨坏死的方法之一。

1.3 月骨周围韧带及生物力学研究

从解剖学上看，月骨周围韧带复杂，且不同韧带的组织特性与力学特性差异较大，在月骨静态与动态的稳定中，主要通过舟月骨间韧带、月三角骨间韧带、桡月韧带、尺月韧带和桡舟月韧带等连接，所以月骨血液供应主要来源于腕前韧带的滋养血管。国内徐永清等[15]通过解剖研究34例成人腕关节标本，阐述了桡舟月韧带主要由疏松结缔组织组成，其间血管丰富，主要功能是供血;舟月骨间韧带掌侧有桡舟月韧带的血管束进入，而舟月骨间韧带和月三角骨间韧带的近侧部分没有血管束。韩利军[16]报道成人腕关节标本14例解剖研究显示，月骨位于腕关节负荷传导通道的中心，舟月骨间韧带、月三角骨间韧带对舟骨、月骨与三角骨及骨间关节的稳定性起重要作用。王大伟等[17]报道的8例新鲜腕关节标本研究显示，舟月骨间韧带和月三角骨间韧带的应力与力学强度都很大，其中舟月骨间韧带是维持月骨稳定的重要韧带之一，而月骨周围韧带的慢性损伤与其承受的应力负荷有较大关系。因此，月骨周围韧带的损伤是导致月骨周围与骨内滋养血管破坏关系密切，是导致月骨缺血性坏死的主要因素之一。而在应用人工月骨假体置换缺血坏死的月骨时，重建月骨周围韧带对恢复其生理力学状态和维持腕关节的稳定至关重要，所以月骨周围韧带的生物力学研究对人工月骨的假体设计有重要意义。

2 人工月骨假体的研究进展

对于晚期月骨缺血坏死伴有腕关节塌陷及舟骨旋转半脱位的患者，行腕骨局限融合术（STTF融合术）、近排腕骨切除术、全腕关节融合术对腕关节功能牺牲较大，在未发生全腕关节广泛性创伤性关节炎的患者，可以采用人工月骨假体予以置换。月骨的解剖形状及其周围韧带结构较复杂，人工假体的设计十分困难。随着目前数字医学、3D打印技术及生物材料工程的发展，各类新型人工月骨假体已开始应用于临床并逐步体现出传统手术无法具有的优势，因此人工月骨假体的应用是目前治疗月骨缺血坏死的重要研究方向。

2.1 月骨解剖学研究在人工假体方面的应用

国外较多文献证实，在不同解剖类型的月骨坏死治疗中，只要桡骨远端软骨均正常，行月骨切除后人工假体置换术具有明显的临床效果[18-19]。Marcuzzi等[20]建议对伴有尺骨正向变异的月骨坏死采用表面碳复合植入假体予以置换，能够对腕关节起到有效的支撑且消除尺骨头的撞击，但是碳纤维假体有远期退化的并发症。Szalay等[21]报道16例晚期腕关节塌陷的治疗结果，发现根据月骨内部滋养血管的分布特点，予以保留为坏死的月骨部分，切除坏死部分月骨予以碳纤维复合材料进行置换，能增强假体的稳定性和骨长入。Goubier等[22]报道月骨坏死后切除，7例患者植入一个表面整复碳纤维假体并予以假体周围韧带重建，术后30个月内获得了相似的满意结果，并且远期随访中没有发现植入物不稳定的迹象。Giacalone等[23]通过对月骨周围韧带的生物力学分析，采用人工同种异体肌腱对人工假体进行固定，术后患者疼痛和腕关节功能都得到较好的恢复，随访结果较好。因此，人工月骨假体的植入不经维持腕关节静态力学的稳定性，对腕关节动态力学也应有较高的要求，其腕骨的解剖和生物力学研究对假体的设计应用有较大的影响。

2.2 人工假体材料的选择

早期人工月骨假体置换的材料有人工硅橡胶、肌腱球、人工陶瓷、牙托粉等，因其稳定性差，远期易出现软骨磨损和反应性炎症，已不再应用于临床。Kanatani等[24]报道的两例人工硅橡胶置换坏死月骨的病例里，患者均出现腕关节退变和腕管综合征。Viljakka等[25]报道的53例应用人工硅橡胶置换坏死月骨的长期随访证实，硅橡胶月骨假体并不适用于基恩伯克氏病。目前人工月骨假体的制作多采用骨水泥，其优点在于骨水泥价格相对低廉，组织相容性好，且惰性程度高，少见有毒副反应，强度与骨骼相近。但骨水泥假体不容易对应关节面和原月骨形状进行制定，其术后常出现慢性退变表现，其远期疗效以及相对其他假体替代疗法在预后和并发症上的优劣，仍有待发展。李睿夫等[26]报道骨水泥假体置换治疗晚期月骨坏死的患者10例中，5例出现X线片上可见的腕关节退变，其中有2例具有显著的症状，因此骨水泥月骨假体存在远期退变的缺陷。钛合金材料制备的钛合金假体，利用金属/聚乙烯开发的复合假体材料，临床研究表明，这些假体置换后能有效缓解疼痛，效果满意，但术后远期随访发现金属假体容易发生松动和应力遮挡等远期并发症[27]。另外，陶瓷和高温碳假体还存在不能成骨融合的风险，其中最严重的是假体稳定性问题。四代纳米复合陶瓷、新型纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合材料、碳化硅-碳复合材料等新型材料的出现，让人工月骨假体的制作有更多的选择。杨永超等[28]报道新型碳化硅-碳复合材料用于人工小关节假体的实验研究显示，C/C-SiC复合材料无细胞毒性及细胞遗传毒性，无致敏反应及溶血反应，组织相容性较好，是新型的小关节人工假体的理想材料之一。陈广辉等[29]报道新型纳米羟基磷灰石/聚酰胺66复合材料作为人工关节假体材料具有良好的组织相容性和骨整合能力，被广泛地应用于临床骨科修复重建领域。该材料弹性模量与人类皮质骨类似，植入后不易产生应力遮挡效应，因而可以作为一种理想的假体制作材料。随着生物材料学和组织工程的发展，越来越多的新型人工假体材料开始用于临床，不同的假体材料各有优势，考虑到人工假体的翻修仍然是目前临床上面临的困难之一，因此选择复合月骨生物力学和组织特性的假体材料制作人工月骨仍然是一项巨大的挑战。

3 人工假体的设计

月骨的大体形状复杂，设计符合腕部生理解剖和力学结构的人工月骨假体十分困难。逆向工程（reverse engineering，RE）和快速成型（rapid prototyping，RP）技术是个体化人工月骨假体设计的重要方法。人工月骨假体个性化快速设计中，将健侧月骨的CT数据导入3D-Doctor、Mimics等软件进行三维重建，建立数字化可视的月骨模型，并用快速成型机设计制造人工月骨假体。随着数字医学和三维有限元技术在人工假体设计方面的应用，能够设计出更加符合腕关节生理解剖和力学功能的人工月骨假体。计算机导航辅助个体化定制人工月骨假体重建也是目前临床研究的重要思路，术前利用医学数字技术建立月骨的三维模型，实现MRI-CT三维图像显示假体的形态，运用逆向工程、医学数字化设计制造等技术，制备个体化、精准化的人工月骨假体;术中利用导航辅助技术，实现假体的精准安装。国外Gittard等报道[30]，使用快速成型技术成功制作出固化树脂的舟状骨和半月骨假体的原型，并对假体进行生物力学和组织相容性测试，验证其用于坏死舟月骨置换具有临床可行性。人工月骨假体的设计对头月（月骨凹面）、桡月关节（月骨凸面）的设计很重要，月骨假体的置换术以后，凹面的设计对维持假体的稳定起重要作用。故人工月骨假体的设计既要考虑头月关节面、桡月关节面的生物力学结构的设计，还要兼顾月骨周围韧带的重建，以期恢复其生理力学状态，并达到稳定腕间诸骨、改善术后腕关节功能。

3.1 3D打印人工月骨假体的临床应用

近些年，3D打印技术在人工假体置换领域的应用有了显著发展。3D打印模型能够制造出个性化、精细化的人工假体，并在模型上模拟手术，进行风险评估;个性化内置物和假体能够更好满足患者的个体差异。Xie等[31]报道通过计算机逆向修复技术重建患者正常月骨形态，并用3D打印个体化聚乙烯人工月骨假体置换月骨坏死Ⅲc期的病例，患者术后12个月随访中，腕关节疼痛、手腕无力、麻木消失，腕部功能几乎全方位的运动和握力得到恢复，平片上未见退行性关节炎和假体脱位。国外Kanagasuntheram等[32]报道利用3D打印钛合金近排腕骨模型来研究腕间关节假体的生物力学研究显示，3D打印模型可以用来演示复杂的中腕骨关节运动，从而更好地设计个性化人工假体。此外，杨振环等[33]报道3D打印生物骨小梁技术在临床人工髋关节局部置换上效果较好，因此可以通过3D打印技术制备具有生物活性的月骨骨小梁支架来置换缺血性坏死的月骨还有待研究。国内王碧菠等[34]报道的3D打印多孔钛合金的半距骨假体及其截骨导航模版的研究显示，局部缺血坏死的距骨病灶切除后，予以3D打印距骨缺损孙进行精确修复，提示其是否能在月骨缺血坏死中应用，比如通过3D打印技术打印出半月骨人工假体和截骨导航模版，在不破坏月骨内正常滋养血管的情况下，予以置换坏死部分月骨，此方法是否可行还有待研究。3D打印技术与骨组织工程技术正相互结合用于人工假体的设计与制造，利用3D打印技术制造具有生物活性的骨软骨一体化生物月骨支架，并运用组织工程技术填充骨髓间充质干细胞，诱导其骨内血管的再生，制造具有生物活性的人工月骨假体是目前临床上研究的新方向。

3.2 3D打印人工月骨假体的优缺点

随着3D打印技术在生物骨科材料中的发展，各种通过3D打印技术设计和制造的复杂骨结构人工假体被广泛应用于临床。如果Lichtman术后桡骨和头状软骨完好无损的情况下，应用3D打印的人工月骨假体置换坏死的月骨部分，是较为理想的手术方式之一。3D打印的月骨假体不仅能恢复原来头月关节、桡月关节位置，还实现了近排腕骨间的紧密联合，最大限度保留了腕关节的功能和稳定性。然而对于3D打印的人工月骨假体，由于月骨周围韧带的重建是手术中的难点，目前临床上多采用钻孔和同种异体肌腱捆绑的方式进行稳固，其远期稳定性尚不明确，还需要不断探索新的手术方式。

4 展望

目前，随着对腕骨解剖和生物力学的研究，人工月骨假体的材料和设计获得了不断发展、创新，但仍无法与人工大关节假体一样稳定，而且目前尚无成熟产品大规模应用于临床。随着生物材料研究、组织工程学的发展和不同设计假体的出现，以及患者对生活质量的期望值提升，临床对腕骨等小关节假体的需求增加，因此需要一种符合腕间关节生理解剖和力学功能的新型人工假体。随着数字化3D打印、组织工程与生物支架、大数据分析等技术的发展，进一步多元化拓展，使个性化、精确化人工月骨假体的设计进入新阶段。