内翻型弓形股骨对膝骨性关节炎下肢力线的影响

石磊 王少杰 叶锋 钟华 郑欣鹏 赵洪海 覃基政 夏春

下肢力线纠正是全膝关节置换术（total knee arthroplasty, TKA）治疗严重膝骨性关节炎（knee osteoarthritis，KOA）的关键环节。研究表明，TKA 术后下肢机械轴力线位于中立位±3°范围内，膝关节假体长期生存率较高［1⁃2］。经典的TKA 原则要求股骨假体垂直于股骨机械轴放置，因此术中股骨远端截骨外翻角必需符合股骨下段外翻角，后者为股骨下段解剖轴相对股骨机械轴的夹角（distal anatomic⁃mechanic angle，dAMA）。由于dAMA 的个体差异较大，根据术前测量采用个体化的截骨外翻角可以提高股骨侧机械轴纠正的准确性［3⁃4］。弓形股骨是常见的股骨形态学变异，dAMA 在弓形股骨可由常见的4°～7°显著增大至9°以上［5］，股骨远端截骨外翻角随之增大，在使用股骨髓内定位的情况下TKA力线纠正的误差将显著增加［6⁃8］，同时也不利于内翻膝内侧软组织紧张的改善［9］。另一方面，股骨远端关节线方向在弓形股骨病例可能处于轻度内翻位，与常见直股骨病例的中立或外翻位关节线不同［10］，对TKA 术中的软组织平衡亦可能产生影响。股骨远端关节线方向与股骨弓形角是否密切相关，目前未见相关报道，有待进一步观察。本研究基于较大样本量的双下肢全长正位片影像的测量，获取我国KOA人群TKA术前下肢力线分布情况，收集相关影像学解剖参数指标并分析下肢畸形的来源，尝试探讨股骨弓形形态与关节线方向的相关性，以期指导TKA手术治疗。

资料与方法

一、纳入标准与排除标准

纳入标准：原发性膝关节OA，且拟行初次TKA手术者，原发病包括炎性膝关节病（包括类风湿性关节炎、痛风性关节炎等）、感染性关节炎、创伤性关节炎（关节内、关节外骨折并畸形愈合、韧带松弛）。

排除标准：①继发性OA；②合并膝关节各向不稳者；③重度膝关节畸形，显著的股骨内外髁发育不良、胫骨平台骨缺损超过3 cm、关节内外翻超过30°、屈曲挛缩超过30°、膝关节反屈超过10°等；④影像资料不规范，包括未能完善术前下肢全长摄片者，以及术前下肢全长片存在显著的肢体内外旋体位异常者。

二、一般资料

本研究经厦门大学附属中山医院伦理委员会批准（批准号：ky2017021）。

自2018 年1 月 至2019 年1 月 我 院行初次TKA 273 例，共126 例（187 膝）纳入本研究，其中男39 例（47膝），女87例（140膝），年龄为（68.1±3.7）岁（61～79 岁），身体质量指数（body mass index，BMI）为（31.6±3.6）kg/m2（24.3～38.8 kg/m2）。

依据股骨弓形角（femoral bowing angle，FBA）值所在区间分为显著弓形组（FBA＞4°）、轻度弓形组（4°≥FBA＞2°）、非弓形组（2°≥FBA≥0°）。各组间年龄、BMI及性别分布均基本均衡，详见表1。

表1 弓形股骨分组基本资料比较

三、影像学图像采集

病人行术前立位下肢全长正位片拍摄。体位：病人背靠片夹站立，片盒和X 线发射头之间的距离统一为200 cm，双膝关节尽可能伸直以减少残余屈膝或过伸，双足使用防旋鞋固定于趾内旋15°以减少下肢体位的内外旋偏差。拍摄：髋、膝、踝三段顺序拍摄成像，拍摄中心位于相应水平正中线上。

四、影像学测量

医学影像存储与通讯系统收集图片数据并使用专用图像处理平台拼接成下肢全长影像，使用关节外科专用术前规划软件Orthoview（Meridian Tech⁃nique公司，英国）进行术前影像形态学数据的测量，见图1。

图1 FBA 及其他术前形态学参数的测量 病人拟行左下肢TKA 手术，分别测量下肢HKA（a）、FBA（b）、dAMA（c）、mLDFA（d）、mMPTA（e）以及JLCA（f）

1. 胫股机械轴内侧角（hip⁃knee⁃ankle align⁃ment，HKA）：H点为股骨头中心，K点为股骨远端内外髁最低点连线CC’的中点，A 点为距骨关节面的中点。三点相连组成的内侧HKA角即为所测值，大于180°提示膝关节外翻，小于180°则为内翻。

2.dAMA：以上述H、K点连线HK为股骨侧机械轴，自股骨髁间切迹内侧约1 cm处K’骨缘向股骨下段髓腔作直线K’F，使直线距离股骨内侧皮质内缘最小距离达4 mm。K’F为直径8 mm的股骨髓内定位杆术中位置并代表股骨下段解剖轴，K’F与HK所形成锐角即为dAMA。髓内定位系统下，为使股骨远端截骨导板垂直于机械轴，需设置外翻角大小等于dAMA角。

3.FBA：股骨自小转子下缘至内上髁上缘分为四等分，其中近、远侧四分之一髓腔的中轴线（各段髓腔两端轴心连线）所形成锐角大小为FBA。当股骨弓形形态凸向外侧时增加了下肢整体的内翻角度，故称为内翻型弓形股骨；反之凸向内侧称为外翻型。

4. 股骨远端关节面外侧角（mechanical lateral distal femoral angle，mLDFA）：股骨远端内外髁最低点连线CC与股骨机械轴HK之间的外侧夹角，mLD⁃FA大于90°提示股骨远端关节线内翻，反之小于90°则为关节线外翻。

5. 胫骨平台关节面内侧角（mechanical medial proximal tibial angle，mMPTA）：胫骨平台关节线（内外侧平台最低点切线）PP’与胫骨机械轴TA之间的内侧夹角，P、P’分别为胫骨平台关节线与胫骨内、外侧骨皮质交点，T 为PP’的中点，A 为距骨顶的中点。

6. 胫股关节面夹角（joint line convergence an⁃gle，JLCA）：股骨关节线CC’与胫骨平台关节线PP’延长线相交并形成的锐角，开口向外时为负数，表示关节间隙内翻，反之开口向内时为正值表示关节间隙外翻。

五、质量控制

由2名中级以上职称的影像专科医师分别对所有影像学形态参数独立进行测量，影像医师对所有病人的基础资料和病史、症状、体征均不知情，每人间隔2 周完成一遍参数测量，共测量2 遍，得到4 套完整的数据资料。再对4 套数据资料进行观察者间、观察者内数据信度评估，组间相关系数（inter⁃class correlation coefficient，ICC）分析得到上述四项形态学参数的观察者内ICC值在0.86～0.92之间，而观察者间ICC值在0.78～0.88之间，均提示良好的可重复性和可靠性。相关数据均取四次测值的均值供下一步统计分析。

六、统计学分析

数据分析使用SPSS 21.0 版（IBM 公司，美国）。连续计量资料包括年龄、BMI、HKA、FBA、dAMA、mLDFA、mMPTA、JLCA，符合正态分布的计量资料均采用均数±标准差（）进行表述。组间计量资料比较采用单因素方差分析，女性占比的组间比较采用χ2检验。各参数两两相关性分析使用Pearson相关性分析。各统计分析显著性水平为P＜0.05。

结 果

一、FBA的组间比较

显著弓形组占比最大，为47.6%，所有弓形股骨病例（显著弓形组+轻度弓形组）合并占比达77.5%，三组间FBA值比较，差异有统计学意义（F=836.141，P＜0.001），见表2。

二、其他股骨形态学参数的组间比较

HKA 提示，多数病例的膝关节处于内翻位（172.8°±4.5°，小于180.0°者占92.5%），显著弓形组下肢整体内翻显著增加（P＜0.05），而在轻度弓形组与非弓形组之间的差异无统计学意义（P＞0.05）。

mLDFA 可见多数病例股骨远端关节线处于内翻位（92.5°±2.6°，大于90.0°者占78.1%，大于94.0°者占34.2%），组间两两比较，差异均有统计学意义（P均＜0.05）。mLDFA显示显著弓形组和轻度弓形组内绝大多数病例的股骨远端关节线均处于内翻位，其中显著弓形组为92.5°～96.8°；轻度弓形组为90.0°～94.7°，仅2例（3.6%）处于中立位（90.0°），无关节线外翻位病例；而非弓形组内绝大多数mLDFA处于外翻位（85.8°～90.1°），中立位者（mLDFA=90.0°～90.1°）6例（14.3%），无显著内翻位者。

mMPTA 可见多数病例胫骨近端关节线亦处于内翻位（87.1°±1.7°，小于90.0°者占94.1%，小于87.0°者占47.1%），轻度弓形组胫骨侧关节线内翻最少，且只在轻度弓形组与非弓形组间存在微弱差异（P＜0.05）。显著弓形组与轻度弓形组间dAMA 的差异无统计学意义（P＞0.05）。非弓形组JLCA内翻最大，在显著弓形组、轻度弓形组均较小且差异无统计学意义（P＞0.05）。见表2。

表2 FBA与下肢各形态学参数的组间比较

三、相关性分析

显著弓形组内6个形态学参数的两两相关性分析可见，FBA 与mLDFA（r=0.607，P＜0.01）、dAMA（r=0.570，P＜0.01）都存在较强统计学相关性，但与HKA（r=-0.233，P＜0.05）相关性较弱，与mMPTA（r=-0.102，P＞0.05）相关性不显著。而HKA 与mMPTA（r=0.928，P＜0.01）、JLCA（r=0.960，P＜0.01）都存在强相关性，见表3。

表3 显著弓形组6个下肢形态学参数的两两相关性分析

讨 论

本研究通过对下肢影像形态参数的分析，证实了股骨弓形形态与股骨远端关节线的方向密切相关，弓形角越大则股骨远端关节线越倾向于内翻。

一、弓形股骨与下肢内翻关系密切

弓形股骨在亚洲各国人群中的占比均高于欧美人种［5，10⁃12］。Lasam 等［10］的研究纳入367 例韩国病人，发现88%的TKA病例存在弓形股骨，44.2%的病例FBA 大于5°。考虑到FBA 大于4°以上即可对TKA股骨假体角度的精确性产生显著的影响［7，8，13］，本研究以FBA＞4°为界划分显著弓形股骨组，该组在样本总体的占比为47.6%，而所有弓形股骨病例（FBA＞2°）占比为77.5%，与文献报道基本一致。组间比较显示，虽然显著弓形组下肢力线HKA的内翻较其他两组显著增加（P＜0.001），但是胫骨侧关节线mMPTA 内翻并无显著增加（P均＞0.05），关节内JLCA 内翻小于非弓形组（P＜0.001）。可见股骨侧关节线mLDFA 内翻的增加才是弓形股骨病例下肢内翻增加的主要因素，本研究数据也证实显著弓形股骨组的mLDFA 内翻显著大于其他两组（P＜0.001）。

TKA术前股骨远端关节线的方向在多数文献［14⁃18］显示处于轻度外翻位（0.5°～3.0°），但弓形股骨在纳入样本中并不多见，亦未单独针对弓形股骨病例分析股骨远端情况。Bellemans 等［19］对年轻健康人群的研究也显示股骨远端关节线相对于机械轴轻度外翻（mLDFA=87.9°±0.4°），但纳入人群的股骨弓形形态普遍不明显（FBA=0.20°±1.77°）。弓形股骨较大的dAMA 使股骨内外髁相应内翻，股骨远端关节线相对于股骨机械轴存在内翻倾向。Mullaji等［5］曾报道印度TKA 病人相比健康人群存在更大的FBA 和更内翻的股骨远端关节线，股骨远端关节线在TKA组平均内翻2.6°，而在非手术组平均外翻1.1°。La⁃sam等［10］报道的韩国病例中，TKA组80.3%的股骨远端关节线处于内翻位，31.3%的关节线内翻超过3°。本研究显示92.5%的TKA 病例存在膝内翻（HKA＜180°），78.1%的病例存在关节线内翻（mLD⁃FA＞90°），而34.2%的关节线内翻超过4°（mLD⁃FA＞94°），与文献结果相似。同时，股骨侧关节线的内翻在显著弓形组显著大于轻度弓形组（mLD⁃FA=94.5°±1.0°vs.92.3°±1.1°，P＜0.05），在非弓形组则轻度外翻（mLDFA=88.5°±1.1°），支持弓形股骨是股骨关节线内翻重要因素的观点。

二、弓形股骨对TKA发展与改良的影响

股骨弓形形态属于膝关节外的内翻因素，而传统TKA严格垂直于机械轴截骨，试图通过关节内截骨来纠正关节外的内翻不利于关节软组织的平衡［20］。由于弓形股骨下段的外翻角dAMA较直股骨显著增大［5］，股骨假体垂直于股骨机械轴放置使远端截骨外翻角相应增大［5，9］，不仅增加手术误差的风险［7⁃8，13］，也不利于缓解偏高的膝关节内侧软组织张力，使软组织松解的需求增加［12，21］。在弓形股骨病例的TKA改良倾向于轻度内翻股骨侧截骨并接受术后残留轻度的膝关节内翻。Lee等［22］报道了弓形股骨TKA病例在导航下主动选择股骨假体轻度内翻位放置、胫骨假体中立位放置，术后相对于机械轴，股骨假体和肢体力线均残留轻度内翻（股骨假体内翻2.8°±1.3°，下肢整体内翻2.8°±1.5°），而功能评分、病人满意度以及假体生存率均有良好表现。股骨侧残留轻度内翻对术后下肢整体力线的影响并不大。

本研究亦存在一定局限性。首先研究对象的选取可能存在偏倚，病人的年龄、性别、种族等特征的偏倚需要更大样本量和多中心的研究方能进一步消除；其次，虽已采取严格的标准化摄片操作，对冠状面二维影像的研究仍无法完全消除肢体旋转体位的不一致性所带来的误差，三维影像分析有助于进一步消除系统误差。再次，股骨髁发育不良和软骨下骨塌陷可能一定程度上影响股骨远端关节线的方向。消除软骨下骨塌陷所致误差需使用三维影像分析，估算病变前关节面形态；股骨髁发育不良多发生在股骨外髁，一般认为同一肢体正常股骨内外髁的半径大致相等，差异不超过0.2 mm［23］，借助三维CT影像参考同侧股骨内髁最大径有助于股骨外髁发育不良的判定和形态学修正［24］。

综上所述，弓形股骨存在KOA的远端关节线内翻状态，冠状面上FBA与关节线内翻角存在显著的相关性。