新疆多民族膝骨关节炎病人股骨后髁角的测量及其临床意义

徐福稳 曹力 阿斯哈尔江·买买提依明 陈熙尧 王博 田居杰 郭晓斌 张晓岗

全膝关节置换术（total knee arthroplasty，TKA）是目前治疗膝关节终末期骨关节炎最成功的手术方式之一［1］。在TKA 术中，股骨旋转对线不良导致髌骨轨迹不良、膝前痛、屈曲不稳等并发症是TKA术后疗效不佳和膝关节活动受限的主要原因之一［2-3］。既往研究表明，避免上述并发症的关键因素在于准确实现股骨旋转对线，这在一定程度上可以降低关节翻修的风险［4-5］。

20世纪末，Berger等［6］最早提出外科经股骨上髁轴（surgical transepicondylar axis，STEA）和股骨后髁线（posterior condylar line，PCL）的概念，此后近30年，大量国内外学者对股骨远端旋转对线方面的研究从未间断。国外研究者通过CT 及MRI 测量分析大样本量的膝骨关节炎病人和不同种族正常人群的股骨后髁角（posterior condylar angle，PCA）数据［7-10］；我国也有华北、南方、个别少数民族地区等多个地区PCA测量的相关研究［4，11-13］。正常胫骨平台存在3°内倾，TKA 术中把胫骨平台切成90°之后，股骨后髁相应地需要3°外旋来实现屈曲间隙的平衡，另外欧美人群的PCA 值为3°～4°，因此临床上多采用外旋3°进行股骨远端旋转截骨。国内外的研究显示国人与高加索人的股骨远端有差异，人们逐渐认识到，不同种族之间的膝关节解剖形态存在差异［14］，我国不同地区人群的PCA也各有不同，但对于新疆地区不同民族的PCA却没有数据可供参考。

本研究选择因膝骨关节炎于我院行TKA 的新疆地区汉族、维吾尔族、哈萨克族人群，应用CT 及MRI 分别对病人PCA 进行测量及研究。研究目的：①分析新疆地区多个民族人群膝骨关节炎病人的PCA数据；②比较基于CT和MRI测量PCA是否存在差异；③比较不同民族人群之间PCA是否存在差异。

资料与方法

一、纳入标准与排除标准

纳入标准：①因膝骨关节炎于我院行TKA的汉族、维吾尔族和哈萨克族病人；②符合美国风湿病协会的膝骨关节炎诊断标准；③MRI 图像上股骨后髁软骨能清晰显示者；④对治疗及手术方案知情同意者。

排除标准：①股骨远端发育异常或关节外畸形者；②3个月内膝关节感染史者；③膝关节外伤手术史者；④＞15°膝内外翻畸形者；⑤CT及MRI图像股骨内上髁凹陷显示不清晰和MRI 图像上股骨后髁显示不佳者。

二、一般资料

根据纳入和排除标准，选取2020年1月至2020年12 月我科收治的膝骨关节炎病人381 例，年龄为（68.5±7.3）岁（46～89 岁）。全部完善膝关节CT，左膝363个，右膝366个；男103例，女278例；汉族223例，维吾尔族108 例，哈萨克族50 例。其中259 例（458 膝）同时完善膝关节MRI 检查，左膝233 个，右膝225 个；男68 例，女191 例；汉族152 例，维吾尔族78例，哈萨克族29例。身体质量指数（body mass index，BMI）为（27.1±4.4）kg/m2（16～46 kg/m2）。

三、主要仪器设备、测量方法和分析步骤

（一）CT及MRI扫描

采用Siemens 128 排双源螺旋CT 及Siemens 3.0T 磁 共 振 仪 分 别 行CT 及MRI 扫 描。CT 扫 描 参数：管电压120 kV，管电流100 mA，自胫骨近端5 cm处至股骨远端20 cm，层间距和层厚均为0.6 mm，螺距0.5。MRI扫描参数：重复时间3500 ms，回波时间63 ms；视野180 mm×180 mm；层厚3.5 mm；层间距0.4 mm；激励次数2。

（二）数据采集及处理

病人平卧于CT/MRI检查台上，双下肢处于旋转中立位，膝关节完全伸展，使扫描平面与下肢机械轴线垂直。每例病人的CT/MRI 扫描图像数据以DICOM 格式储存，将病人的扫描图像数据逐一导入RadiAnt DICOM Viewer 软件进行测量。在与下肢机械轴垂直的多个连续层面进行观察，找到股骨外上髁最突点和股骨内上髁最凹点，两点的连线即为STEA，股骨后髁最低点的连线即为PCL，STEA 和PCL的夹角即为PCA（图1）。PCA角度取锐角数值，精确度取小数点后两位。由两位骨科医师分别测量PCA值，所测结果的平均值为最终PCA。

图1 基于CT测量PCA示意图（a）与基于MRI测量PCA示意图（b）

（三）分析步骤

①根据不同的影像学资料，将基于CT测量数据和基于MRI测量数据进行比较分析；②基于CT测量数据，分析不同性别、侧别和民族的PCA；③分别比较各民族膝骨关节炎病人中，不同性别、侧别间的PCA。

四、统计学处理

采用IBM SPSS Statistics 25.0（IBM 公司，美国）对数据进行统计学分析。计量资料经正态性检验且符合正态分布，以均数±标准差（±s）表示，数据比较采用独立样本t检验，检验水准α值取双侧0.05。

结 果

一、CT与MRI测量数据的比较

根据CT测量的PCA为3.01°±1.49°，分布于0.5°～7.7°。基于MRI 测量的PCA 为2.97°±1.47°，分布于0.5°～6.9°。CT测量数据与MRI测量数据比较，差异无统计学意义（t=0.342，P=0.732）。

二、不同性别、侧别、民族的PCA比较

男 性 的PCA 为2.88°±1.54°，女 性 为3.05°±1.47°，差异无统计学意义（t=-1.397，P=0.168）；左侧的PCA 为3.16°±1.53°，右侧为2.85°±1.44°，不同侧别比较，差异有统计学意义（t=2.841，P=0.005）；汉族病人的PCA 为3.13°±1.51°，维吾尔族为2.81°±1.48°，哈萨克族为2.85°±1.39°，汉族和维吾尔族比较，差异有统计学意义（t=2.535；P=0.011），汉族和哈萨克族及维吾尔族和哈萨克族比较，差异均无统计学意义（P=0.095、P=0.814）。

三、各民族中不同性别、侧别的PCA比较

维吾尔族男性的PCA 为2.03°±0.90°，女性为3.02°±1.54°，维吾尔族男性的PCA小于女性，差异有统计学意义（P＜0.001）；汉族和哈萨克族不同性别比较，差异均无统计学意义（P＞0.05，表1）。

表1 各民族膝骨关节炎病人中男性与女性的PCA值

汉族病人左侧的PCA 为3.34°±1.53°，右侧为2.93°±1.47°，左侧PCA大于右侧，差异有统计学意义（P=0.005），维吾尔族和哈萨克族不同侧别比较，差异均无统计学意义（P＞0.05，表2）。

表2 各民族膝骨关节炎病人中左侧与右侧的PCA值

讨 论

一、PCA的测量方法

考虑到影像学扫描时病人体位变化影响数据的准确性，我们要求完善影像学检查时，病人双下肢完全伸直、双脚并拢，与下肢机械轴垂直进行扫描，减少由于体位因素造成的测量误差。测量时，股骨外上髁最突点、股骨内上髁最凹点及股骨内、外后髁最突点有的时候不能全部显示在同一张横断面图像上，这与潘江等［11］阐述的问题一样，为了测量各标志点连成的STEA 和PCL 这两条线在同一平面上的角度，我们也测量这两条线与水平线的夹角，两个夹角的差值即为PCA，从而减少测量误差。同样，在三维图像上测量会出现各解剖标志点不易确定，我们也采取在二维断层图像上测量PCA。

二、CT与MRI对于测量PCA的临床意义

近年来，术前通过影像学资料估计术中的股骨旋转对线，髌股并发症的发生率有所降低。国外多位学者［15-17］的研究成果认为采用CT 和MRI 估计股骨旋转对线时会得到不一致的PCA，他们认为MRI可以清楚地显示股骨后髁的关节软骨，但CT不能显示关节软骨，在内外侧髁软骨厚度不同的情况下，确定股骨假体旋转的准确性可能会下降，尤其是仅一侧后髁软骨磨损的膝骨关节炎病人。在大多数膝内翻的关节炎病人中，后内侧髁的关节软骨都会有不同程度的磨损，而外侧髁的软骨则完全保存或仅轻微退化。因此在确定合适的旋转对齐方式时，使用CT测量的PCA会偏大，使得股骨假体过于外旋。但是在本研究中，我们发现CT 和MRI 测量PCA 的结果一致，这与国外的研究结果不同。我们分析主要有以下两点原因：①3D重建模型本身固有的不确定性，可能与真实的解剖结构不一致；②MRI扫描时脉冲序列和成像参数不统一。基于现有结论，我们认为不论利用CT还是MRI作术前规划，都可以客观评估股骨假体的旋转对线，确定股骨假体旋转对线时，根据临床情况选择CT或MRI均可。

三、新疆地区膝骨关节炎病人中不同性别、侧别和民族的PCA值

目前已证实STEA 是最可靠的股骨旋转定位轴线［18-19］。Meric等［8］测量13 546例行TKA病人的股骨旋转角为3.3°±1.5°，并认为常规参考PCL 外旋3°截骨可能不会导致股骨假体旋转不良。Koh等［20］测量1 522例晚期膝骨关节炎病人PCA为2.2°±1.0°，且女性大于男性。在国内的研究中，汉族人群的PCA为3.29°±1.24°，不存在性别及侧别差异［11］；蒙古族人的PCA 为4°，不存在侧别差异［13］；Fan 等［4］测得我国东南部人群平均PCA 约为5°，性别之间无差异；我国南方人群男性PCA 约5°，女性约6°，男女之间有差异［21］。上述研究结果表明，地区、种族、民族、性别等都可能影响PCA，甚至可能与研究对象、样本数量及测量工具等都有关系。值得一提的是，蒙古族人群的PCA接近于4°，并不适用于常规参考PCL外旋3°截骨，因为会增加出现股骨假体外旋不足甚至内旋的风险；国内针对汉族人群的PCA 研究最多，而汉族人群PCA 均值跨度较大，甚至南方地区女性PCA均值达到6°，如果同样采用PCL 外旋3°旋转截骨，股骨假体旋转不良率将会大大增加。同上述提到的蒙古族、汉族人群相比，本研究中汉族、维吾尔族和哈萨克族的PCA均小于上述研究，提示新疆地区病人行TKA时，常规参考PCL外旋3°截骨相比于上述人群更合适。

本地区病人参考PCL外旋3°截骨相对合理。如果仅考虑PCA均值，我们的测量结果基本与西方人的数据一致，似乎提示我们在TKA术中可以按照欧美国家参考的PCL 外旋3°完成股骨旋转截骨。Nedopil等［22］研究认为股骨内-外旋转不良程度在-3°～2°范围内不影响TKA的效果，此范围内的旋转不良仍可以获得良好的膝关节功能。我们计算数据的频数分布发现，大多数PCA 值集中在3°左右，按照上述观点，约90%的膝关节（650 个）能够达到比较准确的股骨旋转截骨，有少部分数据偏离平均值，这部分约10%的膝关节（79 个）可能不会获得良好的膝关节功能。目前临床常用的股骨测量板大多提供2°的最小可调节刻度，近18%的膝关节（128个）出现偏离STEA 超过2°（PCA＜1°，PCA＞5°）的股骨旋转截骨，我们认为可能会出现因屈曲间隙不平衡导致的膝关节屈曲位不稳定，进而出现髌骨轨迹不良。Colwell 等［23］认为使用旋转平台可能会减少股骨假体旋转不良带来的不利影响，但是目前缺乏长期的随访结果。我们认为TKA 的基本原则仍然是将假体放置在准确的旋转角度，新疆地区病人行TKA时按照PCL 外旋3°进行股骨旋转截骨的同时，还可参考STEA 进一步校正，尤其是对于两侧股骨后髁软骨不对称磨损的病人。

四、各民族膝骨关节炎病人中不同性别、侧别的PCA值

新疆作为我国多民族聚居地之一，本研究测量数据可以帮助新疆地区行TKA 时实现更精确的股骨旋转对线。不论初次TKA还是膝关节翻修手术，我们始终认为STEA 都是可以信赖的股骨旋转轴线，当术中STEA不便显露或者难以定位时，亦可以参照PCL 外旋3°进行旋转截骨，术中同样可以互相参照，这与潘江等［11］的观点一致。汉族、维吾尔族和哈萨克族的PCA整体趋向于3°，汉族病人PCA均值稍大于3°，维吾尔族和哈萨克族PCA 均值稍小于3°，整体差异不大，小于TKA 常用测量板的最小可调节刻度，其手术应用意义不大。汉族病人左侧PCA整体稍大于右侧，似乎提示我们TKA手术时应该给予左膝关节常规参考PCL稍＞3°进行截骨。维吾尔族男性病人PCA趋于2°，与维吾尔族女性病人相比，小了约1°，这提示我们在对维吾尔族男性病人行TKA 手术时常规参考PCL 外旋3°进行股骨旋转截骨时，可能会发生股骨假体过于外旋的情况，需要考虑是否有必要参考PCL外旋小于3°进行股骨旋转截骨。

研究的局限性：本研究为回顾性单中心研究，不能避免选择偏移，样本数量有限，不同民族的样本数量不相近，可能对研究结果造成影响；我们对STEA和PCL 等的定位并非完全准确可靠，这将可能引起系统误差。

综上所述，该研究通过对新疆人群的股骨远端进行影像学测量，分析多个民族PCA 数据，新疆地区病人行TKA 时，术前采用CT 或MRI 测量PCA 估计股骨旋转对线均可，常规参考PCL 外旋3°旋转截骨，绝大部分病人能够实现相对匹配的股骨旋转对线，总体上无需考虑性别因素的差异，但需要考虑侧别、民族因素，其中汉族病人左膝关节需常规参考PCL 外旋稍＞3°截骨，维吾尔族男性病人需参考PCL 外旋＜3°；同时应联合多种方法校准股骨旋转对线。