髁间凹成形术对髁间凹容积影响的临床研究

张程远, 蒋仕林, 陆 叶, 邱勇嘉, 袁 锋

(上海交通大学医学院附属第六人民医院骨科,上海 200233)

前交叉韧带(anterior cruciate ligament, ACL)是膝关节重要的稳定结构,其起源于股骨外髁的内侧壁,向前方延伸,止于胫骨髁间棘前内侧[1]。ACL损伤常见,占膝关节韧带损伤的半数以上,往往导致患者无法进行体育活动,影响日常生活,严重者行走困难,生活质量低下[2-3]。治疗上,进行ACL重建已成为共识[4-5],在进行重建时,为规避狭小的股骨髁间凹或髁间凹/移植物不匹配所导致的移植物再损伤风险,往往辅助实行髁间凹成形术[6-7]。对髁间凹大小进行评估,有助于分析ACL及移植物损伤的风险,为手术方案提供参考[8]。目前,常用的髁间凹评估参数有髁间凹宽度(notch width, NW),髁间凹宽度指数(notch width index, NWI),髁间凹容积(notch volume, NV)等[9-11],其中髁间凹容积可以反映出髁间凹的三维大小,具有更高的准确性。本研究对ACL损伤病例的临床随访及影像学回顾性研究,分析髁间凹成形术后NV的改变情况,评估髁间凹成形的效果并明确手术指征,现报告如下。

1 资料与方法

1.1 病例纳入及排除标准

纳入标准: (1) 年龄1845周岁,骨骺已完全闭合;(2) ACL损伤时间小于1年,MRI显示ACL完全断裂;(3) 查体Lackman试验阳性,关节镜下证实ACL完全断裂,进行ACL解剖双束重建;(4) 拥有本院术前术后MRI的DICOM格式影像,术后随访至少1年。排除标准: (1) 年龄<18岁或>45岁,(2) 膝关节多发韧带损伤或ACL损伤行非解剖双束重建或膝关节骨关节炎表现者;(3) 既往患侧膝关节手术史;(4) 无本院MRI影像资料或影像资料模糊不清者;(5) 研究者认为不宜入选本研究的实验者。本研究经上海交通大学医学院附属第六人民医院伦理委员会批准。

1.2 一般资料

选取上海交通大学医学院附属第六人民医院2018年12月—2021年4月就诊患者,从ACL损伤患者库中随机选取符合入组标准的患者200名(男女各100名)为ACL损伤组;从其他非韧带损伤患者群组中随机选取符合条件的患者200名(男女各100名)为对照组,见图1。

图1 入组患者概况Fig.1 Profile of enrolled patients

其中ACL损伤组患者均具有清晰的术前膝关节MRI(图2),术中关节镜探查均明确ACL完全断裂,均进行了ACL解剖双束重建,其中150名进行了髁间凹成形,为成形组,50名未进行髁间凹成形,为未成形组。根据随访资料显示,随访MRI均未发现ACL移植物再次断裂,ACL损伤组患者均未进行再次翻修手术。

图2 ACL损伤患者的术前MRIFig.2 Preoperative MRI of a patient with an ACL injuryMRI提示: 膝关节ACL连续性中断,信号紊乱,考虑ACL完全断裂

1.3 影像学摄片及NV测量方法

1.3.1 影像学摄片方法 所有入组患者的MRI影像均采用德国西门子3.0 T高清MRI机拍摄(I=20 mA,U=120 kV)。

1.3.2 影像学测量软件与方法 所有影像学测量由一名高年资骨科医师与一名放射科医师独立测量,应用TView(上海金士顿卫宁公司)对MRI的DICOM图像的横断面(层厚: 3 mm)进行测量,其中ACL损伤组的影像包括术前、术后即刻(1周内)和术后1年的影像。ACL损伤组与对照组影像随机分布,隐藏患者及疾病诊断相关信息,同一名测量者对所有患者的MRI影像进行2次测量,测量结果取均值,每次间隔为2周,若差异<5%,则取平均值计算,若差异>5%,则重新测量。

1.3.3 NV的测量方法 NV的测量技术由Cha-rlton等[12]最早提出,可进行髁间凹容积和ACL体积的测量。首先,确定膝关节MRI的2D图像横断面的测量起始层面与终止层面。其中,起始层面是股骨远端近侧第一个可清晰显示股骨内外髁及其软骨的层面,终止层面是股骨远端远侧的最后一个股骨内外髁前方仍连续的层面。然后依据髁间凹的解剖标志点,于计算机辅助下手动圈画出每个测量层面股骨髁间凹的边界(图3),TView可自动计算其面积。最后系统可通过计算得出NV(将所有测量的横断面面积乘以层面厚度)。

图3 髁间凹容积(NV)计算方法示例Fig.3 Example of the calculation method for the intercondylar notch volume(NV)

1.4 手术方法

1.4.1 关节镜探查 通常行全身麻醉或蛛网膜下腔麻醉,取仰卧位,常规消毒铺巾,驱血后上止血带,屈膝90°建立膝关节前外、前内入路,置入关节镜器械,系统地探查髌上囊,内外侧沟、髌股关节、股骨髁间凹及前后交叉韧带、内外侧半月板等结构。

1.4.2 取腱及编织 取患侧半腱肌和股薄肌肌腱,分别折叠成四股(即双束八股),编织,测量直径后,备用。

1.4.3 镜下操作及建立骨隧道 膝关节镜下系统探查后,发现病变予以相应处理,如滑膜切除、关节清理、半月板损伤成形或修补、前交叉韧带残端清理保残等。考虑移植物体积较大,采用双束八股重建时,可能会与髁间凹外侧壁发生撞击,在术中观察髁间凹大小形态,若存在髁间凹狭小或潜在的髁间凹狭小,则进行髁间凹成形(图4),于髁间凹外侧壁的外侧髁间棘顶点的外侧旁开约5 mm为标准,用磨钻成形。建立前内、后外侧胫骨骨隧道,其中前内侧骨隧道与矢状面成角5°15°,与胫骨纵轴成角45°55°,后外侧骨隧道与矢状面成角约45°,与胫骨纵轴成角30°45°。再经胫骨骨隧道建立股骨骨隧道,先建立PL束股骨骨隧道,后建立AM束股骨骨隧道。在定位股骨骨隧道的位置时,需先确认下参考点和过顶点,在下参考点的前侧5 mm确认PL束中心点,随后向过顶点方向跨5 mm即可定位ACL的解剖中心点,之后建立股骨骨隧道。

1.4.4 ACL双束移植物的植入和固定 应用带线导针桥接,分别导入AM束、PL束移植物,于伸膝位确认无髁间凹撞击,于股骨端完成翻袢操作后,应用小钢板完成移植物股骨端固定,然后拉紧移植腱的末端编织线,反复屈伸活动膝关节数次,再次确定移植物与髁间凹无撞击后,于接近伸膝位进行胫骨端固定。最后伤口冲洗,放置引流,关闭切口。患肢棉纸弹力绷带加压包扎。

图4 ACL重建髁间凹成形的术中情况Fig.4 Intraoperative conditions of ACL reconstruction and notchplastyA: 术中探查ACL损伤及髁间凹狭小情况;B: 术中清理后,明确ACL损伤及髁间凹狭小情况;C: 髁间凹成形后植入移植物;D: 术中移植物固定后的情况

1.5 术后处理

术后应用膝关节铰链支具保护,根据耐受性,患者可部分负重或完全负重,鼓励患者早期进行康复及功能锻炼: (1) 术后第1天即开始股四头肌等长收缩训练、直腿抬高训练等锻炼肌肉力量;(2) 2周后开始髌骨推动训练;(3) 单纯ACL重建的患者,术后即刻开始关节活动度,伴有半月板损伤的患者,4周内屈膝限制在90°内,6周内可训练至屈膝120°;(4) 术后2个月内,休息时,需将膝关节支具锁定于伸直位,防止伸直受限,负重时,支具固定于0°位,防止膝关节过伸损伤;(5) 3个月后可拆除支具,逐步开始跑步训练及其他灵活性训练;(6) 6个月后开始对抗性训练。

1.6 疗效观察指标

诊疗团队对患者患膝情况及关节功能进行术前评估及术后不少于12个月的随访,主要内容包括Lysholm评分、IKDC膝关节评分、膝关节MRI检查等。

1.7 统计学处理

1.7.1 样本量计算 参考相关研究[13],实验组数据为(6.5±1.7) cm3,对照组数据为(5.9±1.4) cm3,检验效能取0.95(β取0.05),α取0.01,依据统计学公式计算得样本量为243,本次研究样本量为400,病例数达到要求。

2 结 果

2.1 一般资料及髁间凹容积情况

入组患者一般资料统计分析显示,ACL损伤组年龄为(29.41±7.84)岁,对照组为(30.35±7.68)岁,二者无明显差异,此外,身高、体重、BMI等均具有一致性。其中ACL损伤组的NV为(6.25±1.40) cm3,而对照组为(7.13±1.65) cm3,差异具有统计学意义,见表1。按性别分组后,男性、女性的ACL损伤组及对照组的年龄、身高、体重、BMI均具有一致性,男性、女性ACL损伤组的NV分别为(6.76±1.27) cm3,(5.74±1.35) cm3,对照组分别为(7.88±1.68) cm3,(6.37±1.17) cm3,差异有统计学意义,见表2。

表1 入组患者及对照组一般情况和髁间凹容积

2.2 髁间凹容积与是否进行髁间凹成形的关系

按照是否进行髁间凹成形,将ACL损伤组分为成形组和未成形组,分别统计分析了ACL损伤组和其中男性、女性的术前的NV情况,其中成形组为(5.97±1.28) cm3,未成形组为(7.06±1.43) cm3,差异具有统计学意义(P<0.001)。其中男性的成形组为(6.63±1.23) cm3,未成形组为(7.13±1.31) cm3,具有统计学意义(P=0.03);女性的成形组为(5.31±0.95) cm3,未成形组为(7.00±1.55) cm3,差异具有统计学意义(P<0.001)。我们希望能够得出在进行ACL重建时建议进行髁间凹成形的髁间凹容积值,为术前评估做参考,二者的ROC曲线显示: 股骨髁间凹容积的ROC曲线下面积为0.713,小于6.36 cm3可以作为推荐进行髁间凹成形的最佳NV标准,灵敏度为0.725,特异度为0.635(图5)。

表2 男性、女性患者及对照组一般情况和髁间凹容积

图5 ACL重建时是否进行髁间凹成形的ROC曲线分析Fig.5 Receiver operating curve(ROC curve) analysis of ACL reconstruction with or without intercondylar notchplasty

2.3 髁间凹成形前后髁间凹容积变化情况

对于髁间凹成形组,统计分析了术前术后髁间凹容积的情况并进行统计学分析,包括术前、术后即刻(术后1周内)及术后1年的情况(图6)。其中术前NV为(5.97±1.28) cm3,术后即刻增大为(6.75±1.34) cm3,P<0.001,其中男性术前NV为(6.63±1.23) cm3,术后为(7.41±1.29) cm3,P<0.001,女性术前NV为(5.31±0.95) cm3,术后为(6.08±1.00) cm3,P<0.001,差异均具有统计学意义。由于随着年龄和手术时间的推移,股骨髁间凹存在缓慢狭窄的趋势,髁间凹成形术的远期效果亦是临床医师的关注点,对术后1年常规复查时患者的NV进行统计分析,发现术后1年时相较于术后即刻无明显变化。

2.4 髁间凹成形术后NV与未成形组、对照组情况的对比

对于术中检查评估后认为需要进行髁间凹成形的患者,最终的成形效果如何,成形后的NV改变情况,以及与不需要进行成形的患者或者对照组相比治疗效果是否有差异,亦是本次研究的重点。统计学分析显示,对于ACL损伤组而言,成形组的成形术后NV与未成形组相比具有一致性,具体划分性别来看,男性的NV亦具有一致性,而女性成形后的NV仍小于未成形组(P=0.001)。

图6 ACL损伤患者行ACL重建及髁间凹成形术前术后MRIFig.6 Preoperative and postoperative MRI of ACL injury patients undergoing ACL reconstruction and notchplastyA: 患者术前膝关节MRI图像;B: 患者术后1周膝关节MRI图像;C: 患者术后1年膝关节MRI图像

2.5 髁间凹成形与否的术后随访情况

查阅了入组患者术前及术后1年时的Lysholm评分和IKDC评分,对于成形组和未成形组,入组患者术前功能情况差异无统计学意义,而术后恢复情况差异也无统计学意义,见表3。

2.6 应用截断值(NV=6.36 cm3)评估入组患者髁间凹大小情况

为了验证截断值NV=6.36 cm3应用于髁间凹容积大小的准确性,将ACL损伤组及对照组的原始NV进行了χ2检验,结果提示以NV=6.36 cm3作为截断值分组具有统计学意义(P<0.001)。再将入组患者根据性别进行分组统计,结果提示,以NV=6.36 cm3作为截断值分组,对于男性及女均具有统计学意义。

表3 ACL损伤组中成形组与未成形组术前与术后1年膝关节功能情况

3 讨 论

股骨髁间凹狭小与ACL损伤之间的关系早在20世纪初即有相关探讨,随着研究的深入,狭小的髁间凹是ACL损伤的重要危险因素已成为共识[14-15]。研究认为ACL损伤的主要机制是,当膝关节处于伸直位时,ACL处于紧绷状态,此时如果遭遇过大的暴力牵扯,可以导致其撕裂,当膝关节处于屈曲位时,在突然受到外力作用,尤其是来自于前向的剪切力或者是来自于胫骨平台的旋转力时,ACL容易与股骨外髁内侧壁发生碰撞,导致ACL损伤[16-17],当髁间凹过于狭小,或者髁间凹与ACL大小不匹配时,碰撞更为容易发生,ACL损伤的发生率则更高。

关于如何评估髁间凹的大小,随着研究的深入,多种髁间凹评估参数已被报道,包括髁间凹宽度、髁间凹宽度指数、髁间凹形态、髁间凹容积等[9-11],但关于如何界定狭小的髁间凹(高ACL损伤风险),不同的研究有不同的结论,目前认为NW<(1220) mm或NWI<0.200.25可定义为狭小的股骨髁间凹,有较高的ACL损伤风险[11,15,18]。但由于NW与NWI只是二维参数,不能反映髁间凹整体情况,评估准确性欠佳,因而在界定髁间凹大小与ACL损伤风险时出现了不同的研究结果[9]。髁间凹形态参数应用于髁间凹大小的评估是最为方便的方法之一,在缺乏精确测量手段时可以应用,具有灵活、方便的优点。研究发现,特定形态的髁间凹具有较高的ACL损伤风险,例如A形,或者波浪形,或者前后口均窄型髁间凹具有较高的ACL损伤风险,且特定形态的髁间凹常常对应着较为狭小的髁间凹[19-21]。随着计算机技术的不断发展,三维参数NV的测量成为了可能,相关的研究日益增加。相比于二维参数及形态学,NV直接反映了髁间凹的真实大小,对于髁间凹大小的评估具有更高的准确性[10]。目前国际上已有NV与ACL损伤相关性的研究,结果表明较小的NV具有明显更高的ACL损伤风险,其中,对于男性而言,NV<6.99 cm3,对于女性而言,NV<5.63 cm3,可认为是狭小的髁间凹,具有较高的ACL损伤风险[10]。本研究中,ACL损伤组的NV为(6.25±1.40) cm3,明显小于对照组的(7.13±1.65) cm3,结果具有统计学意义。本次研究根据数据统计结果,以NV=6.36 cm3为最佳截断值时,对ACL损伤组及对照组进行χ2检验值,并进一步进行根据性别进行分组检验,判断该截断值的评估效果,结果均提示,NV=6.36 cm3为最佳截断值时具有统计学意义。尽管目前普遍认为女性的髁间凹略小于男性,但本次结果提示NV=6.36 cm3作为最佳截断值判断ACL损伤风险及是否建议进行成形对男性及女性患者均适用。

ACL重建术是治疗ACL损伤的经典手术[7]。考虑到移植物腱骨愈合过程中纤维的分解与重构,移植物强度往往需比原ACL强度更高,导致移植物较原ACL更为粗大[22]。术中,为规避远期狭小的髁间凹或髁间凹/移植物不匹配可能造成ACL移植物的再次损伤,常辅助实行髁间凹成形,尤其是对于骨质增生和骨赘明显的病例。其手术方式主要是通过磨除部分髁间凹外侧壁的骨软骨组织,扩大髁间凹间隙[6]尽管髁间凹成形术操作方便,但有研究认为其副作用不可忽视,会增加术中术后出血,可能影响膝关节的稳定性及活动度,加速关节退变[23],因此是否进行髁间凹成形存在一定争议。也有观点认为手术时需考虑移植物直径、骨隧道选点等问题,单纯关注髁间凹狭小与否不够全面,若髁间凹/移植物不匹配时,髁间凹成形亦是必需的[22]。

对于大部分ACL损伤患者而言,在进行ACL重建,尤其是双束重建时,考虑到移植物较原韧带明显更加粗壮,部分病例若不进行成形则在术中已经出现了碰撞的情况,常进行髁间凹成形,或者进行预防性髁间凹成形是有意义的[22]。但部分患者的髁间凹宽度较大,或移植物直径较小,原来的髁间凹大小即可匹配,为减小髁间凹成形术后可能出现的副作用,此时没有进行髁间凹成形操作,也不建议进行成形操作。将这部分患者的影像学数据纳入未成形组与进行了髁间凹成形的成形组之间进行了比较分析,包括了NV的情况,术前术后功能情况等。结果提示,需要进行髁间凹成形的患者NV远远小于不需要进行髁间凹成形的患者[(5.97±1.28) cm3vs(7.06±1.43) cm3]。为了进一步明确推荐进行髁间凹成形的NV,根据ROC曲线明确了当NV<6.36 cm3时,有指征进行髁间凹成形。

在测量NV时发现成形组成形后的NV均值仍小于对照组的情况,未能恢复至正常,分析其主要原因是,成形后的髁间凹形态和完全正常的对照组还是存在差异的,在成形的时候并不是把整个髁间凹均匀地都扩大一圈,而是针对可能出现的碰撞的外侧壁进行成形,因此其NV肯定存在差异,但能够解决可能出现的移植物与髁间窝的碰撞问题即达到目的了,尽可能减小对于患者原本膝关节生物力学的改变。

为了明确髁间凹成形是否可能出现较多的副反应而影响患者膝关节功能及生活质量,本研究对入组患者进行了至少1年的跟踪随访。结果显示成形组与未成形组均恢复良好,术后MRI均未提示移植物再次断裂的情况,均未再次行翻修手术,二者的Lysholm评分、IKDC评分无明显差异,没有患者出现因髁间凹成形所导致的膝关节稳定性或活动度负面影响。

本研究尚存在一些不足之处: (1) 入组的患者从受伤至手术的时间存在差异,若受伤时间较长的患者数量明显增加,可能导致膝关节出现较明显的增生而出现髁间凹狭小的情况,影响NV数值的准确性。(2) 随访时间较短,髁间凹成形术远期疗效存在不确定性。今后将扩大样本量进行前瞻性的长期对照性研究,争取获得更加精准的结果。

综上所述,髁间凹成形可以明确增大髁间凹容积,减小因髁间凹狭小或髁间凹/移植物不匹配造成的ACL移植物再次损伤或断裂的风险,具有明确的效果,无明显副作用,当NV<6.36 cm3时,有指征行髁间凹成形。