膝单髁置换术前MRI测量在预测胫骨假体型号中的价值

王栋,黄广振,张春琪,康可,韩春鸣,黄遂柱*

(1.河南中医药大学,河南 郑州 450004;2.河南大学附属郑州颐和医院运动医学与关节外科,河南 郑州 450047)

骨关节炎是导致中老年人群膝关节疼痛及功能障碍的主要原因。流行病学研究发现,骨关节炎发病率随年龄增加而增高,女性高于男性[1]。膝单髁置换术(unicompartmental knee arthroplasty,UKA) 是一种用于治疗膝关节单间室骨关节炎安全且有效的方法[2-3]。UKA凭借其创伤小、出血少、并发症少、术后恢复快、保留了交叉韧带和本体感觉等优点获得了广大骨科医师的认可,在国内广泛地开展起来[4]。影响UKA手术效果的因素有很多,如患者关节退变状况、手术医生的操作技术、假体型号的选择、术后适宜的康复功能锻炼等。其中,准确选择胫骨假体型号以实现对胫骨平台的最佳覆盖和生物力线的精准重建是手术成败的关键[5-7]。本研究总结中国人群UKA中胫骨假体型号的分布情况;运用多元logistic回归分析,明确选择不同假体型号的影响因素;提出一种术前预估胫骨假体型号的MRI影像测量方法,以期为UKA术前选择胫骨假体型号提供参考。

1 资料与方法

1.1 一般资料 纳入标准:(1)膝内侧间室骨关节炎,内侧间室软骨全层缺损,保守治疗效果不佳;(2)膝关节屈曲≥90 °;(3)膝关节内翻<15 °,且在外力作用下可纠正到中立位、屈曲畸形<15 °;(4)膝关节MRI示前、后交叉韧带或内侧副韧带结构及功能完整。排除标准:(1)膝关节急性感染或反复感染;(2)炎性关节病;(3)外侧间室负重区全层软骨缺失;(4)髌股关节外侧严重磨损呈沟槽样改变、半脱位;(5)神经肌肉系统病变,股四头肌肌力障碍等[8-10]。

本研究共纳入2018年8月至2022年7月于郑州颐和医院行膝单髁置换术的102例膝骨关节炎患者资料。其中男29例,女73例;年龄54～87 岁,平均(64.91±6.59)岁;体重50～96 kg,平均(70.21±0.11)kg;身高143～182 cm,平均(161.85±7.61) cm;身体质量指数(body mass index,BMI)20.0～33.9 kg/m2,平均(26.70±2.86)kg/m2。根据术中实际使用胫骨假体型号的不同,将患者分为A号组、B号组、C号组、D号组。

1.2 假体选择 患者采用Oxford操作指南推荐的方法实施内侧UKA术,选用Oxford 3代UKA假体,其中胫骨假体部件有6种规格(即AA号,A号,B号,C号,D号,E号)。

1.3 术前MRI测量方法 胫骨平台内外径是从胫骨平台最内缘(不包括骨赘)到内侧髁间棘外侧斜坡中点的距离。前后径是在磁共振矢状位上,后交叉韧带信号消失后再往内侧扫描的第一层图像中胫骨平台前缘到后缘的距离。两个参数都在关节面下方4～6 mm,与关节面平行时进行测量。

1.3.1 3.0TMRI扫描标准 磁共振检查设备为GE3.0T磁共振成像系统。患者取仰卧位,双膝关节伸直。选用硬质、相控阵、多通道关节专用线圈。磁共振成像方位以矢状位、冠状位和横断位为主。

1.3.2 测量软件 应用医院影像归档和通信系统对102例患者术前膝关节MRI进行阅读、编辑、测量和保存。

1.3.3 测量方法 冠状位测量方法:(1)取冠状位,Cor FSE T1W序列,充分显露出MRI中膝关节胫骨平台最宽时内外侧缘和髁间嵴;(2)过胫骨髁间内侧结节向胫骨远端做垂线,并向内侧平移3 mm,记为a线;(3)在髁间嵴内侧与上关节面(内侧面)外侧缘的交点处向下做3 mm长的直线,直线远端终点记为b点;(4)划出胫骨机械轴,过b点做与胫骨机械轴垂直的c线;(5)c线与a线的交点记为d点,c线与胫骨平台内侧边缘的交点记为e点;测量d～e点之间的距离(mm),即为术前预估胫骨假体内外径长度(见图1)。矢状位测量方法:(1)取矢状位,T2WI加权像,充分显露胫骨平台,选择后交叉韧带消失后下一帧页面;(2)自胫骨平台软骨面最低点向下做4 mm垂线,过直线远端终点做与胫骨平台水平平行的直线,测量直线与胫骨前后边缘之间的距离(mm),即为术前预估胫骨假体前后径长度(见图2)。

图1 冠状位预估胫骨假体内外径测量示意

图2 矢状位预估胫骨假体前后径测量示意

1.4 术前测量数值与型号转换 按照“数值接近、内外径优先”的原则设定数值与型号之间的转换区间,将术前测量的前后径和内外径数值代到区间里,按照符合区间来选择假体型号,具体分类情况见表1。

表1 术前测量胫骨前后径、内外径数值与假体型号转换表

1.5 术中UKA假体尺寸基线评判标准 所有患者UKA手术均由同一位高年资的关节外科医生主刀操作,术中测量应使用的胫骨假体型号。UKA胫骨假体大小的判断标准:假体内侧与胫骨平台内缘齐平或者超出<2 mm,外侧紧贴髁间隆突内侧骨质,前方与胫骨平台前缘齐平或者缩后<5 mm,后方与胫骨平台后缘齐平或者超出<2 mm。按此标准,详细记录所有102例患者术中实际使用的胫骨假体尺寸。胫骨假体大小基线判断标准见图3。

注:a-股骨假体轴线;b-侧方匹配,齐平或无间隙;c-内侧匹配,齐平或<2 mm突出;d-股骨假体后缘悬出值;e-后方匹配,齐平或<2 mm突出;f-前方匹配,齐平或<5 mm突出

1.6 统计学方法 所有数据利用Excel 2016软件录入,使用SPSS 23.0软件对相关数据进行统计学处理,P<0.05为差异有统计学意义。设置自变量为性别、年龄、左/右侧、体重、身高和体重指数,因变量为胫骨假体型号类型。胫骨假体型号共分为6种,分别为AA号,A号,B号,C号,D号和E号,本研究病例中使用假体AA号和E号为极端情况,排除统计,故胫骨假体型号分组为A号组、B号组、C号组、D号组。计数资料采用χ2检验。多因素分析采用多元logistic回归模型进行分析,筛选影响胫骨假体大小的独立因素。

2 结 果

2.1 UKA假体型号分布情况 观察分析102例UKA胫骨假体型号大小,其大致分布如下,AA号3.9%,A号16.7%,B号45.1%,C号19.7%,D号13.7%,E号0.9%(见表2)。

表2 胫骨平台假体型号分布情况(例)

2.2 胫骨假体型号大小的相关性分析 年龄和手术部位对胫骨假体型号的选择影响差异无统计学意义(均P>0.05),性别、身高(女性)和BMI的影响差异均有统计学意义(P<0.05)。在选择胫骨假体型号时,其影响因素的统计学分析见表3～4。Logistic多元回归分析的结果表明在选择胫骨假体型号时,性别、身高和BMI是其中3个重要的因素。对于女性患者而言,身高因素与胫骨假体型号的选择相关(P<0.05,见表5～6)。

表3 统计学分析因素及其赋值方法

表4 影响UKA胫骨假体大小的单因素分析(例)

表5 Logistic回归分析参数估算

2.3 术前MRI测量预估胫骨假体型号的准确性 使用χ2检验分析术前预估假体型号与术中实际测量选择假体型号之间是否有差异,结果显示两者差异无统计学意义(P>0.05)。按照术前测量数值与型号转换方法,术前预估和术中实际使用假体型号的分布见表7。

表7 UKA术前预估和术中实际使用假体型号的分布比较

3 讨 论

与全膝关节置换术相比,单髁置换术仅针对病变的单侧间室进行修复重建,创伤小、术后并发症少、康复时间缩短,且经济花费更少。除此之外,单髁置换术保留了膝关节更多的软骨与骨组织,有助于术后恢复本体感觉、自然运动和稳定[12]。同时,随着假体设计理念和材料学的进步,假体使用寿命明显增加。合适的假体类型及型号、准确的安放位置、下肢生物力线的重建是手术成功和疗效的关键因素。

尽管Oxford第3代UKA假体具有选择不同假体型号的空间,但是依旧缺乏一定的灵活性。由于个体差异,某些患者可能需要特定的UKA假体,这就要求临床医生及假体设计者根据每个患者的自身实际情况,来定制适合该个体的假体尺寸。3D打印技术为UKA假体设计及术前规划提供了新的机遇和选择。Jones等[13]认为3D打印技术可以为手术医生在UKA术前规划中提供更为精准的假体型号。Kang等[14]发现特制的假体既能为患者提供更接近于本体关节的生理功能,又能减轻外侧间室的压力,从而延缓骨关节炎的病程进展。

本临床研究主要侧重于3个方面:(1)总结患膝UKA胫骨假体型号的尺寸分布情况;(2)对患者流行病学资料(年龄、性别、左/右侧、身高及BMI)与胫骨假体尺寸的关系进行相关性分析,明确选择不同型号UKA假体的影响因素;(3)检验术前预测胫骨假体型号的MRI影像测量方法的可行性。

本研究结果显示,性别、身高(女性)和BMI是影响选择胫骨假体大小的重要因素。目前,国内外文献已经有关于单髁置换假体型号选择影响因素的分析,但是大多偏向于分析股骨假体型号的影响因素以及分析股骨和胫骨假体之间的匹配关系。国外学者Fawzy等[15]对100例患者的临床资料进行研究,发现术前采用性别结合身高预测股骨假体尺寸的准确度可达到75%。同时,与国内其他学者关于此研究的结论也有不同。吴柯柯等[16-17]研究发现性别及身高(女性)这两个因素对股骨假体型号的选择有显著影响。本研究与此类研究仍存在一些差异,究其原因可能有:(1)研究的假体类型不同。本研究单一研究了影响胫骨假体型号的相关因素,没有进行股骨侧假体型号及股骨胫骨假体型号匹配关系的研究;(2)选择研究的人群地域不同。吴柯柯等[16-17]的病例大多来源于广东地区,与中原地区比较,南方女性的身高与北方女性存在一定差异,此外,地区经济发展水平、从事体力活动情况及地域气候等差异极大地影响了身高在相关性分析中的准确性;(3)分组方法不同。尽管在相关性分析时舍弃了两组极端数值,依旧分组较多,各组样本量之间病例数分布不均,数据分析会产生一定的偏倚。

本研究所提出的测量方法在实际应用中可能存在一定误差,其原因可能有:(1)影像学测量预测法有一定学习曲线:不同医师对测量方法掌握程度不一,得出的差异较大;(2)膝关节退行性病变后,膝关节解剖结构出现了内侧关节间隙变窄、骨质增生以及关节软骨及韧带缺损等情况,对测量预估带来了干扰;(3)多个型号假体导致两个相邻的假体型号之间差异较小,造成适合病例的重叠,从而导致胫骨假体选择的准确度降低。

合适的假体型号、准确的放置位置和匹配的衬垫厚度均是影响膝单髁置换术手术效果的重要因素。如果假体型号选择不准确,则会带来相应的并发症。假体型号过小,会造成覆盖不足,导致膝关节在过伸过屈位时衬垫缺乏胫骨假体支撑;而假体型号过大则会造成悬突而刺激周围软组织[18]。

综上所述,本研究显示性别、身高(女性)和BMI是影响选择不同型号胫骨假体的重要因素,术前MRI测量是术中测量的重要补充和验证手段,能够较为准确地预估胫骨型号,这可为临床外科医生提供一定的指导。但本研究的病例数及人群有限,仍需要进一步进行多中心、大样本量的临床研究,以建立更加科学、准确的参考标准。