膝关节解剖研究在全膝关节置换术中的应用

张传燚 林登峰 李晓涛

(佳木斯大学附属第一医院骨外二科，黑龙江 佳木斯 154000)

骨关节炎最终的结果可导致难以忍受的疼痛和严重的残疾〔1〕。老年人群体是全膝关节置换术(TKA)的高发人群，在 20 世纪 70 年代末TKA开始广泛应用，目前已成为中晚期膝关节骨性关节炎治疗的有效手段〔2〕。在TKA取得良好的治疗效果的同时，其相关并发症越来越受到人们重视，在术中发生的重要神经损伤和术后膝关节的疼痛等仍然是非常棘手的问题，且血管损伤相关并发症虽然相对比较少见，但一旦发生，危险性大，后果极为严重，严重者致手术失败可导致截肢，甚至死亡〔2,3〕。本文对膝关节的解剖结构研究在TKA中的应用进行综述。

1 膝关节的解剖结构

1.1骨性结构的相关解剖 膝关节由股骨远端、胫骨近端和髌骨构成，是人体最大、最复杂的关节，也是功能最重要、最容易受到外力损害的关节之一〔4〕。王国栋等〔5〕对胫骨近端骨性解剖结构进行了测量，通过建立三维数字化解剖模型的方式进行，分别测量了胫骨平台的宽度、胫骨平台前侧的宽度、胫骨平台后侧的宽度、胫骨内侧前后径和胫骨外侧前后径，结果男性为(79.66±2.81)mm、(69.18±3.07)mm、(69.70±3.12)mm、(81.73±2.84)mm和(68.79 ± 3.00)mm，女性为(51.02±2.10)mm 、(44.45±2.17)mm、(53.07±2.02)mm、(48.75±2.12)mm和(40.46±2.37)mm。张若茜等〔1〕通过测量教学课后具备完整关节囊、关节无明显异常变化的尸体下肢标本共24具，测得了股骨髁上轴的宽度(19.26±2.86)mm，股骨后髁轴距(47.47±5.63)mm，股骨髁间窝的宽度(14.16±2.82)mm，股骨内侧髁前后径(59.26±5.67)mm，股骨外侧髁前后径(61.07±5.64)mm，股骨内侧髁上下径46.41(40.72，47.51)mm，股骨外侧髁上下径(44.53±4.98)mm，胫骨内侧平台的宽度35.12(34.11，35.81)mm，胫骨外侧平台宽度(35.95±4.63)mm，胫骨内侧平台前后径(46.38±5.82)mm，胫骨外侧平台前后径(39.84±5.77)mm，胫骨内侧平台至腓骨头尖端的高度差(10.77±3.23)mm，髌骨的高度(39.02±4.02)mm，胫骨平台的宽度(70.64±7.26)mm，髌骨的宽度(40.76±3.52)mm，髌骨的厚度23.60(19.90，24.30)mm，研究发现股骨髁上轴宽度与胫骨平台宽度有一定的相关性，胫骨平台的宽度与髌骨宽度及股骨内外侧髁的前后径正相关。薛瑞琪等〔6〕测量了股骨远端内侧髁高度为(5.72±0.73)cm，外侧髁高度为(5.91±0.75)cm，股骨远端横径结果为(7.62±0.61)cm。陈彤等〔7〕测得股骨外上髁的凸点的中心到关节线的距离为(26.31±2.66)mm，股骨内上髁的凹点中心到关节线的距离是(25.71±2.51)mm，胫骨结节最高点至关节线的距离为(21.50±3.56)mm，股骨内收肌结节到关节线的距离为(44.62±4.33)mm，其所得数据结果均为男性显著大于女性(P<0.05)。

1.2膝关节周围重要的血管神经 膝关节周围重要的神经血管有腘动脉、腘静脉、胫神经及腓总神经。余正红等〔3〕对成人下肢标本膝关节神经分布进行解剖观测，认为共有深、浅两层神经共同支配膝关节。深层可以分为4组，髌上区组由伸膝肌支膝关节支组成,腘区组由腘丛神经组成,后外侧区组由腓总神经关节支组成,隐神经分支组成内侧及髌下区组；浅层为皮神经,部分干比较粗大,此处容易形成皮神经瘤。虽然4组神经在关节囊外分布特点既有重叠又有交叉,但是区域相对比较明确。其位于腓总神经膝关节支与深层的隐神经膝关节支等神经支直径约1 mm,位置相对表浅并固定。卢兴浩等〔8〕使用经甲醛固定后的遗体标本，解剖分离膝关节的动脉并进行了研究，发现在通过收肌腱裂孔时股动脉延续为腘动脉，在腘窝处腘动脉处于最深的位置，在腘窝处主要分为膝上内侧动脉、膝上外侧动脉、膝下内侧动脉和膝下外侧动脉来为膝关节提供血供，参与膝周动脉网的构成。黄钢勇等〔4〕回顾性分析了1 291例膝关节磁共振(MR)数据，测量膝关节附近最重要的动脉腘动脉在股骨髁上水平分别和股骨外侧后髁、关节线水平后关节囊之间的距离、关节线以下1 cm腘动脉和胫骨后方皮质之间的距离，同时也测量了矢状面上腘动脉和胫骨后方皮质的最短距离，测得的值分别为(4.89±1.80)mm、(4.05±1.43)mm、(3.61±1.39)mm和(3.58±1.04)mm，发现了腘窝处血管神经束最前方为腘动脉，其次依次为腘静脉与胫神经，腘动脉在通髁线水平位于后髁连线中点的外侧，腘动脉在关节线水平均位于后交叉韧带内缘的外侧。在腘肌腱近缘和膝关节线之间，腘动脉非常容易被研究人员解剖观察到，在这个区域腘动脉前方紧贴关节囊或者骨膜，缺乏其他软组织保护。Yang等〔9〕使用50个膝关节的MR成像数据测量了胫骨皮质和神经血管结构之间的距离，最靠近胫骨后皮质的神经血管结构是腘动脉及其终支，腘动脉在女性膝关节线以下平均(5.5±0.6)cm处分为主要分支，而男性则为(6.0±0.7)cm处。研究〔9～11〕发现，神经血管结构位于胫骨后中线的正外侧，离胫骨足够近，值得临床谨慎，尤其是女性，而胫骨内侧半部的后方没有主要的神经血管结构。虽然胫骨宽度从近端到远端有所减少，但后内侧安全区宽度的比率保持在大约50%。近端胫骨干骺端的外侧部分没有腘血管或胫神经向后通过，但实际上，将手术器械引导至该区域的安全性受到腓总神经的通过以及腘动脉的高度分支的影响。因此，不建议将手术器械指向胫骨近端干骺端的外侧。

2 膝关节解剖在TKA中的应用

2.1减少神经血管损伤风险 膝关节周围重要的神经血管有腘动脉、腘静脉、胫神经及腓总神经，其中研究最多的是腘动脉损伤与腓总神经损伤〔12〕。随着TKA相关并发症越来越受到人们重视，神经血管损伤潜在的风险需引起所有关节外科医生的注意〔2，13〕。因此需要进一步了解重要神经血管在膝关节附近的分布，找寻TKA相关神经血管损伤的相对安全区域和高危区域，以求减少TKA直接神经血管损伤的风险〔4〕。

神经血管结构仅在胫骨后中线外侧通过，主要分支在关节线下5.5～6.0 cm处外侧通过。在胫骨内侧后半部有一个安全区，可以穿透后皮质。整个胫骨近端神经血管结构和胫骨后皮质之间的距离平均为10.0 mm，最小距离位于关节线处(男性为1.1～9.3 mm，女性为0.7～7.7 mm)，此处仅有的间隔组织是后关节囊。该距离在胫骨结节上缘以下2 cm处增加到最大，然后逐渐向远端变小，胫骨后肌充当胫骨和神经血管束之间的间隔组织。在整个胫骨近端，神经血管结构正好位于胫骨后皮质中线的外侧。后内侧安全区宽度与胫骨宽度的比值约为50%(范围为48.8%～53.3%)。然而，后外侧安全区仅限于胫骨近端干骺端外侧部分后面的三角形区域，其中腓总神经和腘动脉的高分支处于高风险中〔9，11，14〕。总结腘动脉及其分支的分布，发现可以得到一个近似于三角形的区域，它是在TKA术中造成直接腘窝血管损伤的高度危险区域，该区域中血管分布密集并且血管和膝关节后方皮质和关节囊之间距离非常接近，该区域包括了腘动脉、膝外下动脉、膝正中动脉和几个无名小动脉，该区域的后方存在缺乏足够周围软组织保护的重要的血管〔4〕。

Yoo等〔15〕通过MR成像测量伸膝和90°屈膝时腘动脉的位置，在3个水平的轴位图像和1个矢状位图像上测量从膝关节后侧到腘动脉(PA)的距离。在关节线水平，PA位于后交叉韧带(PCL)外侧，延伸2.4 mm，弯曲3.2 mm，从后囊延伸3.9 mm，弯曲7.6 mm。在距关节线1 cm处，其延伸长度为2.7 mm，弯曲长度为7.2 mm，在距关节线2 cm处，其延伸长度为4.9 mm，弯曲长度为9.7 mm。在矢状面上，PA与胫骨后皮质的最近距离为1.8 mm，6.2 mm。PA位于PCL外侧约3 mm处，在膝关节后膝关节伸展5 mm和90°弯曲10 mm范围内。它在90度屈曲时比伸膝时向后移动得更远。

2.2对假体选择的应用 随着TKA在临床上广泛应用，影响TKA效果的因素引起了众多外科医生的探讨，TKA的远期疗效及手术并发症与假体设计、假体植入手术水平等密切相关〔16〕。而不同地区、民族人群中膝关节的解剖形态存在一定的差异，在关节置换过程中需要个体化处理〔6,17〕。数字化三维重建技术可以对胫骨近端及股骨远端进行非常精确的模拟截骨和形态学测量，能够为 TKA 及假体设计提供数据参考〔5〕。现在3D打印技术已经较为成熟的应用于骨科相关领域，医生可以在计算机的辅助下将X线、CT、MR成像等影像学资料转化为三维模型，再应用3D打印技术打印出针对每个不同个体的骨骼模型，并制造出相应的假体，从而保障了假体放置的精确程度，力求达到更加完美〔18〕。

有研究指出，充分认识髌股关节与膝前痛的关系，并以此指导手术及个性化假体设计，是减少TKA术后膝前痛的关键〔19〕。 然而目前关于TKA及术后康复的研究颇多，但对于膝关节本身的解剖研究尚存在不足与缺陷，且已有的研究多集中于对膝关节解剖参数的测量，对于这些结构之间的相关性研究尚少〔20〕。部分研究表明，股骨外侧髁前后径/股骨髁横径的比值与髌骨高度呈正相关，TKA术中可通过调整这一比值，保留股骨后髁的骨量及维持髌骨位置。股骨髁上轴宽度对胫骨平台宽度有影响，股骨内侧髁前后径、股骨外侧髁前后径、胫骨内侧平台宽度、胫骨外侧平台宽度、胫骨内侧平台前后径、胫骨外侧平台前后径、髌骨宽度 7 个指标与胫骨平台宽度具有相关性。利用这些数据之间的相关性，有助于在结合我国人膝关节解剖学特点的基础上对手术的制定做出指导，制造出更适合中国人群膝关节解剖学特点的假体，为中国人群膝关节假体的研究和膝关节手术等方面提供更为有益的参考〔1〕。

综上，通过解剖学研究不仅可以了解膝关节周围相关重要血管神经的空间位置及走行，描绘出手术的安全区域及危险区域，在TKA中最大程度避免膝关节周围重要神经血管的损伤，又可通过对膝关节的相关解剖结构的测量为假体的选择提供一定的理论数据支持。术者须充分掌握膝关节的解剖结构特征，每次手术前都应进行详细的查体，仔细进行分析影像学资料，术中准确了解各个解剖结构大概位置，结合患者具体情况选择适宜的假体，最大限度减少严重的并发症并延长假体的使用寿命。