新疆回族人股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)對線的測量及臨床意義

新疆回族人股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)對線的測量及臨床意義

新疆的全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)始于10多年前。通過對膝關(guān)節(jié)疾病的不斷認(rèn)識及觀念的革新,加之TKA技術(shù)的不斷完善,TKA作為一種嚴(yán)重膝關(guān)節(jié)疾患的終極治療方案,已在疆內(nèi)各大醫(yī)院廣泛開展,同時也逐漸被新疆哈薩克族患者所接受。據(jù)國內(nèi)文獻(xiàn)報道其10~15年的優(yōu)良率為85%~90%,西方學(xué)者報道TKA術(shù)后20年的優(yōu)良率在90%左右。可以預(yù)見,新疆哈薩克族患者接受TKA術(shù)治療的患者人數(shù)將不斷提高。而手術(shù)過程中的截骨量、截骨角度以及假體力線的重建、膝關(guān)節(jié)軟組織的平衡是影響人工關(guān)節(jié)成功與否及假體使用壽命的關(guān)鍵因素。對于不同的患者來說,骨質(zhì)量及骨缺損程度不盡相同。而股骨遠(yuǎn)端形態(tài)學(xué)差異更直接影響著截骨角度及假體力線的重建。而對于新疆哈薩克族患者來說,TKA中股骨遠(yuǎn)端對線標(biāo)志,國內(nèi)外尚未進(jìn)行相關(guān)差異性研究。依靠傳統(tǒng)的TKA手術(shù)方式是否能夠滿足新疆哈薩克族患者的特殊要求,尚無明確定論。1數(shù)據(jù)和方法1.1材料、軟件簡介MRI(1.5-TaslaSIEMENSMAQNETOM),PC機(jī),三維重建軟件:Amira2.2(德國TGS公司),三維測量軟件:Medvis軟件(首都醫(yī)科大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系,AdobePhotoshop6.0軟件),DicomacessTM1.5軟件,統(tǒng)計學(xué)軟件:SPSSforWindowsRelease16.0。1.2年齡及納入標(biāo)準(zhǔn)取80例哈薩克族志愿者160側(cè)正常膝關(guān)節(jié)。男性30例,女性30例,年齡18~30歲,平均年齡(24.5±3.2)歲;左側(cè)80膝,右側(cè)80膝;身高145~180cm,平均(162.5±7.7)cm;體重45~100kg,平均(72.5±8.2)kg。納入標(biāo)準(zhǔn):無膝關(guān)節(jié)疾病(無內(nèi)外翻畸形,前后和側(cè)方不穩(wěn)定,膝關(guān)節(jié)疼痛)。所有志愿者均久居新疆維吾爾自治區(qū)。1.3方法1.3.1肢體軟骨干解剖軸測定志愿者仰臥于MRI床中央,取雙下肢旋轉(zhuǎn)中立位,膝關(guān)節(jié)伸直。踝關(guān)節(jié)后側(cè)墊沙袋,用目測使受測的肢體脛骨干解剖軸(tibialshaftanatomicalaxis,TSAA)盡量平行水平面,囑咐志愿者受測的肢體勿動。1.3.2掃描條件1.3.3鞋底鞋骨斐蝦形貌的定位設(shè)定掃描范圍是膝關(guān)節(jié)線上12cm,膝關(guān)節(jié)線下20cm,MR焦距中心對準(zhǔn)膝關(guān)節(jié)線下4cm處。采用二次定位法(矢狀位、冠狀位),見圖1。采用David方法:通過脛骨的中溝線(themidsulcusline,SL:脛骨結(jié)節(jié)內(nèi)側(cè)緣的內(nèi)側(cè)1mm處,到脛骨棘溝的中點的連線)為標(biāo)志。獲得脛骨矢狀位定位圖像,見圖1a;經(jīng)過TSAA(在脛骨上,干相距至少10cm的兩個髓腔中點連線)并垂直于脛骨矢狀位定位圖像進(jìn)行掃描,獲得脛骨冠狀位定位圖像,見圖1b;然后平行于TSAA并垂直于脛骨冠狀位定位圖像,做脛骨矢狀位依次掃描。將掃描后儲存在MR主機(jī)的DICOM格式的MR圖像數(shù)據(jù),傳送到MR三維重建的工作平臺內(nèi),經(jīng)由圖像儲存庫的USB接口傳入移動硬盤內(nèi),再將移動硬盤的數(shù)據(jù)傳至小型計算機(jī)工作平臺內(nèi)待后期處理。1.3.4文件獲取和建立bmp在PC機(jī)中,將所采取的DICOM3格式的圖像文件通過DicomacessTM1.5軟件在Photoshop6.0環(huán)境中打開。Photoshop6.0所提供的畫筆功能對圖像進(jìn)行分割,將圖像中所需要研究對象(股骨,包含軟骨)的邊界描出。行統(tǒng)一灰度處理,將所研究對象的灰度統(tǒng)一設(shè)置為255,把處理好的文件轉(zhuǎn)化為BMP格式。(圖2、3)1.3.5確定股骨遠(yuǎn)端三維重建的軸線測量參數(shù):(圖4示)a.后髁角(PCA):STEA與PCL的夾角;髁扭轉(zhuǎn)角(CTA):CTEA與PCL的夾角;APL的垂線與STEA的夾角(ATA);CTEA與STEA的夾角(CSA);APL的垂線與PCL的夾角(APA)。方法:將股骨遠(yuǎn)端三維重建的圖像轉(zhuǎn)入Medvis軟件中(圖5-6),確定4條軸線的位置,a.PCL:內(nèi)外后髁最凸點的連線;b.STEA:即外科髁上軸線,內(nèi)上髁凹與外上髁凸的連線;c.CTEA:即臨床上髁軸線,內(nèi)上髁凸與外上髁凸的連線;d.APL:髕骨滑槽最低點與股骨髁間窩最低點的連線。對上述4條線的確定分別需要有兩位觀察者進(jìn)行,意見一致時方可確定一條軸線。分別對上述參數(shù)進(jìn)行男、女與左、右分組,應(yīng)用SPSS16.0統(tǒng)計軟件包進(jìn)行兩個獨立樣本的t檢驗,確定有無性別差異,左右側(cè)差異。2結(jié)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不同組的參數(shù)結(jié)果不同性別、不同側(cè)別的結(jié)果如表2,3所示。3討論3.1x線、mri法隨著科研技術(shù)的發(fā)展和更新,測量方法也隨之不斷地發(fā)展和更新。目前而言,較為普遍使用的測量方法有:(1)解剖測量法;(2)X線透視測量法;(3)核磁共振(MRI)測量法;(4)CT測量法。在上述方法中,解剖測量法最為直觀,通過對尸體或術(shù)中對股骨遠(yuǎn)端形態(tài)的各項指標(biāo)進(jìn)行直視下測量,各解剖標(biāo)志一目了然,誤差小,同時可以通過直接對標(biāo)本進(jìn)行截骨、假體安裝等手術(shù)操作,對旋轉(zhuǎn)力線及截骨面的形態(tài)進(jìn)行直接測量,可信度較高。但解剖測量有其一定的局限性,如尸體來源少,選擇范圍窄,樣本量往往不能達(dá)到實驗的要求,目前已較少采用。X線測量法在空間測量、橫斷掃描及重疊測量等方面有其局限性,無法全面細(xì)致地了解膝關(guān)節(jié)的形態(tài)。CT及MRI法與其他臨床方法相比,測量簡單、準(zhǔn)確,可重復(fù)性較高,但無法完全顯示膝關(guān)節(jié)周圍軟組織及軟骨。MRI檢查在膝關(guān)節(jié)軟骨形態(tài)的分布、軟骨厚度,肌肉、韌帶及血管神經(jīng)走形的定位及測量上具有無可比擬的優(yōu)勢。同時,與CT測量方法相比,MRI是在磁場中對組織施以放射頻率的脈沖,無需離子放射即可顯示所需截面的圖像。MRI可以顯示矢狀位,軸位和冠狀位三個平面的圖像?？梢郧宄仫@示軟組織和骨組織的形態(tài)學(xué)甚至生理變化信息。對于CT不能顯示的韌帶、關(guān)節(jié)軟骨和半月板等,MRI都能夠清楚地顯現(xiàn)。我們選取MRI矢狀位圖像進(jìn)行三維重建正是利用上述優(yōu)點,使患者避免接受放射線的輻射,同時可以使重建圖像包含關(guān)節(jié)軟骨,能夠更清楚地顯示骨組織的真實形態(tài)。采用矢狀位圖像進(jìn)行重建主要是為了縮短掃描時間、減少掃描層次(與冠狀位和軸位掃描相比較),有助于研究對象的配合和減少科研經(jīng)費的耗用,同時并不影響三維重建的效果。3.2新疆哈薩克斯坦人青少年股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)力線的適用性TKA術(shù)中股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)對線的正確選擇,不僅影響術(shù)后膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性和髕股關(guān)節(jié)的位置,而且在維持術(shù)后膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間隙的平衡、減少髕股關(guān)節(jié)相關(guān)并發(fā)癥中起著重要的作用。當(dāng)前多數(shù)醫(yī)療器械公司所提供的器械,確定股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)對線的方法是針對股骨后髁軸線外旋3°,進(jìn)行股骨遠(yuǎn)端前后截骨恢復(fù)膝關(guān)節(jié)的矩形間隙和優(yōu)化髕骨軌跡。而大量研究表面,亞洲人的股骨遠(yuǎn)端的解剖形態(tài)與歐美人有顯著差異,亞洲人的生理膝外旋約為5°,而針對新疆哈薩克族患者的生理膝外翻角度尚未有所報道。筆者認(rèn)為,理論上,采用國外的手術(shù)器械及手術(shù)理論進(jìn)行新疆哈薩克族患者TKA手術(shù)時,這種對線會導(dǎo)致屈曲間隙不均勻和不精確的對線,術(shù)后可能出現(xiàn)下肢力線的偏差,從而影響手術(shù)效果,甚至可能造成嚴(yán)重的并發(fā)癥和手術(shù)失敗。張健等將目前國內(nèi)臨床常用的5個進(jìn)口、合資廠家(德國LINK公司,臺灣Unite公司,美國Depuy公司,美國Zimmer公司,Wright醫(yī)療集團(tuán))生產(chǎn)的人工膝關(guān)節(jié)的尺寸與臨床收集的截骨后膝關(guān)節(jié)尺寸進(jìn)行對照研究。研究發(fā)現(xiàn)目前國外廠家設(shè)計的膝關(guān)節(jié)假體尺寸及各參數(shù)間的比率與國人有所不同,就其總體性能來看并不完全適用于國人,對于新疆哈薩克族人的適用性更無相關(guān)研究。綜上所述,筆者以目前較為先進(jìn)的數(shù)字骨科理論,研究新疆哈薩克族正常股骨遠(yuǎn)端形態(tài)學(xué)及旋轉(zhuǎn)對線標(biāo)志,為新疆哈薩克族患者TKA手術(shù)提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。自從Berge等定義股骨外科上髁軸線和后髁角后,后髁角的測量成為膝關(guān)節(jié)置換術(shù)確定股骨假體力線重要的截骨參考數(shù)據(jù)。研究表明,PCA存在較大的差異性,首先是種族的差異,其次是性別的差異。黃美賢等通過三維螺旋CT重建國人正常股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)力線發(fā)現(xiàn),國人男性PCA角度平均為(3.21°±1.35)°,范圍在1.15°~5.92°,女性平均(3.60°±1.40°),范圍在0.84°~5.76°,存在性別間差異,同時PCA存在有較大的個體差異。本研究通過MRI三維重建正常哈薩克族族股骨遠(yuǎn)端的PCA總體為(3.31°±1.34°),與國外研究數(shù)據(jù)相似,無統(tǒng)計學(xué)意義。說明目前適用于國外的TKA技術(shù)及假體安置角度適用于新疆哈薩克族患者。同時,統(tǒng)計學(xué)分析表明存在性別差異,但不存在側(cè)別差異。與傳統(tǒng)的依據(jù)PCA外旋3°確定股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)對線的方法相近,引起的誤差小。故我們認(rèn)為在TKA中,如果膝關(guān)節(jié)無嚴(yán)重的內(nèi)外翻畸形,股骨后髁未出現(xiàn)骨質(zhì)缺損時,多數(shù)情況下可選擇以PCA確定股骨遠(yuǎn)端的旋轉(zhuǎn)對線。許多學(xué)者通過生物力學(xué)研究證實:TEA平行于膝關(guān)節(jié)的屈伸軸線,是目前較為可靠,也是在臨床中應(yīng)用最為廣泛的確定股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)對線的方法。Yoshioka等將上髁軸線分為STEA和CTEA,前者為通常所認(rèn)為的上髁軸線,是確定股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)對線的方法。STEA與CTEA是完全不同的兩條軸線,本文數(shù)據(jù)表明CTEA相對于STEA外旋(2.72°±0.89°),故術(shù)中選擇CTEA為參照標(biāo)志是不符合新疆哈薩克族正常膝關(guān)節(jié)生理力線的。如果選用多數(shù)器械公司所提供的傳統(tǒng)方法確定股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)對線,將會導(dǎo)致一部分膝關(guān)節(jié)術(shù)后出現(xiàn)異常旋轉(zhuǎn)大于2°,增加髕骨并發(fā)癥出現(xiàn)的幾率。研究表明新疆哈薩克族族ATA的均數(shù)為(0.75°±0.32),有性別的差異而無側(cè)別的統(tǒng)計學(xué)意義。且ATA的變化幅度較小,平均小于1°,說明外科上髁軸線與臨床上髁軸線之間的變化較小,證明在正常膝關(guān)節(jié)中,APL的垂線與STEA的差異約為1°,變化范圍也小。當(dāng)術(shù)中對STEA不能精確定位時,可以選擇APL或聯(lián)合應(yīng)用作為確定股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)對線的標(biāo)志,有助于減小誤差。Poilvache等通過術(shù)中對100例TKA患者進(jìn)行測量,發(fā)現(xiàn)在外翻膝中內(nèi)翻或不伴有冠狀面畸形的膝關(guān)節(jié)中CTA為(3.51°±2.03°),APA在外翻膝中為(5.91°±2.21°),在內(nèi)翻或不伴有冠狀面畸形的膝關(guān)節(jié)中為(2.73°±2.57°)。實驗測出新疆哈薩克族APA為(4.61°±0.37o),雖然不存在性別及側(cè)別的差異,但變化范圍較大,為1.24°~6.15°,故新疆哈薩克族正常APA存在較大的個體差異性,若術(shù)中單純以APA為旋轉(zhuǎn)對線標(biāo)志,則可能導(dǎo)致術(shù)后力線異常。綜上所述,由于股骨遠(yuǎn)端形態(tài)學(xué)的個體差異,且術(shù)中往往伴隨著關(guān)節(jié)骨質(zhì)的破壞、關(guān)節(jié)增生,確定股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)對線的骨性標(biāo)志往往不明現(xiàn),導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)參照軸線精確定位困難,故不能單純選擇一種方法確定股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)對線標(biāo)志。筆者對新疆哈薩克族膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)對線標(biāo)志的研究表明,如果無嚴(yán)重的內(nèi)外翻畸形,股骨后髁未出現(xiàn)骨質(zhì)缺損時