新疆回族人股骨远端旋转对线的测量及临床意义

新疆回族人股骨远端旋转对线的测量及临床意义

新疆的全膝关节置换术始于10多年前。通过对膝关节疾病的不断认识及观念的革新,加之TKA技术的不断完善,TKA作为一种严重膝关节疾患的终极治疗方案,已在疆内各大医院广泛开展,同时也逐渐被新疆哈萨克族患者所接受。据国内文献报道其10~15年的优良率为85%~90%,西方学者报道TKA术后20年的优良率在90%左右。可以预见,新疆哈萨克族患者接受TKA术治疗的患者人数将不断提高。而手术过程中的截骨量、截骨角度以及假体力线的重建、膝关节软组织的平衡是影响人工关节成功与否及假体使用寿命的关键因素。对于不同的患者来说,骨质量及骨缺损程度不尽相同。而股骨远端形态学差异更直接影响着截骨角度及假体力线的重建。而对于新疆哈萨克族患者来说,TKA中股骨远端对线标志,国内外尚未进行相关差异性研究。依靠传统的TKA手术方式是否能够满足新疆哈萨克族患者的特殊要求,尚无明确定论。1数据和方法1.1材料、软件简介MRI(1.5-TaslaSIEMENSMAQNETOM),PC机,三维重建软件:Amira2.2(德国TGS公司),三维测量软件:Medvis软件(首都医科大学生物医学工程系,AdobePhotoshop6.0软件),DicomacessTM1.5软件,统计学软件:SPSSforWindowsRelease16.0。1.2年龄及纳入标准取80例哈萨克族志愿者160侧正常膝关节。男性30例,女性30例,年龄18~30岁,平均年龄(24.5±3.2)岁;左侧80膝,右侧80膝;身高145~180cm,平均(162.5±7.7)cm;体重45~100kg,平均(72.5±8.2)kg。纳入标准:无膝关节疾病(无内外翻畸形,前后和侧方不稳定,膝关节疼痛)。所有志愿者均久居新疆维吾尔自治区。1.3方法1.3.1肢体软骨干解剖轴测定志愿者仰卧于MRI床中央,取双下肢旋转中立位,膝关节伸直。踝关节后侧垫沙袋,用目测使受测的肢体胫骨干解剖轴(tibialshaftanatomicalaxis,TSAA)尽量平行水平面,嘱咐志愿者受测的肢体勿动。1.3.2扫描条件1.3.3鞋底鞋骨斐虾形貌的定位设定扫描范围是膝关节线上12cm,膝关节线下20cm,MR焦距中心对准膝关节线下4cm处。采用二次定位法(矢状位、冠状位),见图1。采用David方法:通过胫骨的中沟线(themidsulcusline,SL:胫骨结节内侧缘的内侧1mm处,到胫骨棘沟的中点的连线)为标志。获得胫骨矢状位定位图像,见图1a;经过TSAA(在胫骨上,干相距至少10cm的两个髓腔中点连线)并垂直于胫骨矢状位定位图像进行扫描,获得胫骨冠状位定位图像,见图1b;然后平行于TSAA并垂直于胫骨冠状位定位图像,做胫骨矢状位依次扫描。将扫描后储存在MR主机的DICOM格式的MR图像数据,传送到MR三维重建的工作平台内,经由图像储存库的USB接口传入移动硬盘内,再将移动硬盘的数据传至小型计算机工作平台内待后期处理。1.3.4文件获取和建立bmp在PC机中,将所采取的DICOM3格式的图像文件通过DicomacessTM1.5软件在Photoshop6.0环境中打开。Photoshop6.0所提供的画笔功能对图像进行分割,将图像中所需要研究对象(股骨,包含软骨)的边界描出。行统一灰度处理,将所研究对象的灰度统一设置为255,把处理好的文件转化为BMP格式。(图2、3)1.3.5确定股骨远端三维重建的轴线测量参数:(图4示)a.后髁角(PCA):STEA与PCL的夹角;髁扭转角(CTA):CTEA与PCL的夹角;APL的垂线与STEA的夹角(ATA);CTEA与STEA的夹角(CSA);APL的垂线与PCL的夹角(APA)。方法:将股骨远端三维重建的图像转入Medvis软件中(图5-6),确定4条轴线的位置,a.PCL:内外后髁最凸点的连线;b.STEA:即外科髁上轴线,内上髁凹与外上髁凸的连线;c.CTEA:即临床上髁轴线,内上髁凸与外上髁凸的连线;d.APL:髌骨滑槽最低点与股骨髁间窝最低点的连线。对上述4条线的确定分别需要有两位观察者进行,意见一致时方可确定一条轴线。分别对上述参数进行男、女与左、右分组,应用SPSS16.0统计软件包进行两个独立样本的t检验,确定有无性别差异,左右侧差异。2结果2.1apa比例PCA0.55°~6.22°(3.31°±1.34°);CTA2.06°~7.82°,(5.13°±0.67°);APA1.24°~6.15°,(4.61°±0.37°);ATA-1.29°~3.61°,(0.75°±0.32°);CSA0.19°~4.72°,(2.72°±0.89°)。(表1)2.2不同组的参数结果不同性别、不同侧别的结果如表2,3所示。3讨论3.1x线、mri法随着科研技术的发展和更新,测量方法也随之不断地发展和更新。目前而言,较为普遍使用的测量方法有:(1)解剖测量法;(2)X线透视测量法;(3)核磁共振(MRI)测量法;(4)CT测量法。在上述方法中,解剖测量法最为直观,通过对尸体或术中对股骨远端形态的各项指标进行直视下测量,各解剖标志一目了然,误差小,同时可以通过直接对标本进行截骨、假体安装等手术操作,对旋转力线及截骨面的形态进行直接测量,可信度较高。但解剖测量有其一定的局限性,如尸体来源少,选择范围窄,样本量往往不能达到实验的要求,目前已较少采用。X线测量法在空间测量、横断扫描及重叠测量等方面有其局限性,无法全面细致地了解膝关节的形态。CT及MRI法与其他临床方法相比,测量简单、准确,可重复性较高,但无法完全显示膝关节周围软组织及软骨。MRI检查在膝关节软骨形态的分布、软骨厚度,肌肉、韧带及血管神经走形的定位及测量上具有无可比拟的优势。同时,与CT测量方法相比,MRI是在磁场中对组织施以放射频率的脉冲,无需离子放射即可显示所需截面的图像。MRI可以显示矢状位,轴位和冠状位三个平面的图像。可以清楚地显示软组织和骨组织的形态学甚至生理变化信息。对于CT不能显示的韧带、关节软骨和半月板等,MRI都能够清楚地显现。我们选取MRI矢状位图像进行三维重建正是利用上述优点,使患者避免接受放射线的辐射,同时可以使重建图像包含关节软骨,能够更清楚地显示骨组织的真实形态。采用矢状位图像进行重建主要是为了缩短扫描时间、减少扫描层次(与冠状位和轴位扫描相比较),有助于研究对象的配合和减少科研经费的耗用,同时并不影响三维重建的效果。3.2新疆哈萨克斯坦人青少年股骨远端旋转力线的适用性TKA术中股骨远端旋转对线的正确选择,不仅影响术后膝关节的稳定性和髌股关节的位置,而且在维持术后膝关节内外侧间隙的平衡、减少髌股关节相关并发症中起着重要的作用。当前多数医疗器械公司所提供的器械,确定股骨远端旋转对线的方法是针对股骨后髁轴线外旋3°,进行股骨远端前后截骨恢复膝关节的矩形间隙和优化髌骨轨迹。而大量研究表面,亚洲人的股骨远端的解剖形态与欧美人有显著差异,亚洲人的生理膝外旋约为5°,而针对新疆哈萨克族患者的生理膝外翻角度尚未有所报道。笔者认为,理论上,采用国外的手术器械及手术理论进行新疆哈萨克族患者TKA手术时,这种对线会导致屈曲间隙不均匀和不精确的对线,术后可能出现下肢力线的偏差,从而影响手术效果,甚至可能造成严重的并发症和手术失败。张健等将目前国内临床常用的5个进口、合资厂家(德国LINK公司,台湾Unite公司,美国Depuy公司,美国Zimmer公司,Wright医疗集团)生产的人工膝关节的尺寸与临床收集的截骨后膝关节尺寸进行对照研究。研究发现目前国外厂家设计的膝关节假体尺寸及各参数间的比率与国人有所不同,就其总体性能来看并不完全适用于国人,对于新疆哈萨克族人的适用性更无相关研究。综上所述,笔者以目前较为先进的数字骨科理论,研究新疆哈萨克族正常股骨远端形态学及旋转对线标志,为新疆哈萨克族患者TKA手术提供了数据依据。自从Berge等定义股骨外科上髁轴线和后髁角后,后髁角的测量成为膝关节置换术确定股骨假体力线重要的截骨参考数据。研究表明,PCA存在较大的差异性,首先是种族的差异,其次是性别的差异。黄美贤等通过三维螺旋CT重建国人正常股骨远端旋转力线发现,国人男性PCA角度平均为(3.21°±1.35)°,范围在1.15°~5.92°,女性平均(3.60°±1.40°),范围在0.84°~5.76°,存在性别间差异,同时PCA存在有较大的个体差异。本研究通过MRI三维重建正常哈萨克族族股骨远端的PCA总体为(3.31°±1.34°),与国外研究数据相似,无统计学意义。说明目前适用于国外的TKA技术及假体安置角度适用于新疆哈萨克族患者。同时,统计学分析表明存在性别差异,但不存在侧别差异。与传统的依据PCA外旋3°确定股骨远端旋转对线的方法相近,引起的误差小。故我们认为在TKA中,如果膝关节无严重的内外翻畸形,股骨后髁未出现骨质缺损时,多数情况下可选择以PCA确定股骨远端的旋转对线。许多学者通过生物力学研究证实:TEA平行于膝关节的屈伸轴线,是目前较为可靠,也是在临床中应用最为广泛的确定股骨远端旋转对线的方法。Yoshioka等将上髁轴线分为STEA和CTEA,前者为通常所认为的上髁轴线,是确定股骨远端旋转对线的方法。STEA与CTEA是完全不同的两条轴线,本文数据表明CTEA相对于STEA外旋(2.72°±0.89°),故术中选择CTEA为参照标志是不符合新疆哈萨克族正常膝关节生理力线的。如果选用多数器械公司所提供的传统方法确定股骨远端旋转对线,将会导致一部分膝关节术后出现异常旋转大于2°,增加髌骨并发症出现的几率。研究表明新疆哈萨克族族ATA的均数为(0.75°±0.32),有性别的差异而无侧别的统计学意义。且ATA的变化幅度较小,平均小于1°,说明外科上髁轴线与临床上髁轴线之间的变化较小,证明在正常膝关节中,APL的垂线与STEA的差异约为1°,变化范围也小。当术中对STEA不能精确定位时,可以选择APL或联合应用作为确定股骨远端旋转对线的标志,有助于减小误差。Poilvache等通过术中对100例TKA患者进行测量,发现在外翻膝中内翻或不伴有冠状面畸形的膝关节中CTA为(3.51°±2.03°),APA在外翻膝中为(5.91°±2.21°),在内翻或不伴有冠状面畸形的膝关节中为(2.73°±2.57°)。实验测出新疆哈萨克族APA为(4.61°±0.37o),虽然不存在性别及侧别的差异,但变化范围较大,为1.24°~6.15°,故新疆哈萨克族正常APA存在较大的个体差异性,若术中单纯以APA为旋转对线标志,则可能导致术后力线异常。综上所述,由于股骨远端形态学的个体差异,且术中往往伴随着关节骨质的破坏、关节增生,确定股骨远端旋转对线的骨性标志往往不明现,导致旋转参照轴线精确定位困难,故不能单纯选择一种方法确定股骨远端旋转对线标志。笔者对新疆哈萨克族膝关节旋转对线标志的研究表明,如果无严重的内外翻畸形,股骨后髁未出现骨质缺损时