股骨前轴作为全膝置换股骨假体旋转对位标志的可靠性研究

　　作者：吴剑彬，潘骏，王逸扬 作者单位：温州医学院附属第二医院 骨科，浙江 温州 325027)

　　【摘要】 目的 ：在MRI上测量全膝置换股骨假体旋转对位骨性标志，研究股骨前轴作为全膝置换股骨假体旋转对位骨性标志的可靠性。方法：78侧正常成人膝关节，行磁共振扫描，在横断面图像上定位经股骨上髁轴、Whiteside’s前后轴、股骨后髁轴和股骨前轴。测量Whiteside’s前后轴、股骨后髁轴、股骨前轴相对于经股骨上髁轴旋转的角度，比较它们相对于经股骨上髁轴的可靠性。结果：股骨前轴相对于STEA内旋(9.61±3.36)°，相对于CTEA内旋(13.32±3.27)°。Levene检验提示股骨前轴分别与股骨后髁轴、Whiteside’s前后轴相比，相对于经股骨上髁轴的变异性有显著差别。结论：股骨前轴作为全膝置换股骨假体旋转对位标志的可靠性差。

　　【关键词】 关节成形术，置换，膝;股骨;旋转;磁共振成像

　　Research on the reliability of the anterior femoral axis as reference axis to guide the femoral rotational alignment in total knee anthroplasty(TKA)

　　WU Jian-bin，PAN Jun，WANG Yi-yang.

　　Department of Orthopedics，the Second Affiliated Hospital of Wenzhou Medical College，Wenzhou，325027

　　Abstract: Objective: To measure the femoral rotational bony landmark on magnetic resonance image，in order to determine if the anterior femoral axis is more consistent relative to the transepicondylar axis than the posterior condylar line and the Whiteside’s line. Methods: 78 normal knees of Chinese individuals were studied. The images of the knee were obtained by magnetic resonance image. The angles measured on traverse sections included: PCA，posterior condylar angle ;CTA， condylar twist angle;ASA，angle between the perpendicular of APL and STEA;ACA，angle between the perpen-dicular of APL and CTEA ;AFSA， angle between AFA and STEA; AFCA， angle between AFA and CTEA. Compare the consistence relative to the transepicondylar axis between the anterior femoral axis and the posterior condylar line or the Whiteside’s line. Results: AFSA: (9.61±3.36)°， AFCA:(13.32±3.27)°. Levene test showed that there was significant difference in variability between the anterior femoral axis and the AP axis or the PCL for referencing the transepicondylar axis. Conclusion: The reliabililty of the anterior femoral axis as referece axis to guide the femoral rotational alignment in TKA is poor.

　　Key words: arthroplasty，replacement，knee;femur;rotation;magnetic resonance imaging

　　股骨假体旋转对位对于全膝置换(total knee tarthroplasty，TKA)是至关重要的，它直接影响屈膝间隙的平衡和髌骨运动轨迹。对于决定股骨假体旋转对位的骨性标志法，过去的研究集中于讨论经股骨上髁轴、Whiteside’s前后轴和参照股骨后髁轴外旋3 °。股骨假体平行于经股骨上髁轴放置的可靠性最高，但由于解剖学和手术操作的原因，术中很难准确定位此轴。股骨后髁轴和Whiteside’s前后轴在术中可以直视，但是在骨性关节炎时，股骨后髁的磨损、退化和变形，以及滑车沟的磨损和骨赘的形成，限制了此二轴的运用。Talbot等[1]将紧临股骨滑车软骨面近侧的股骨前方平面定义为股骨前轴，他们在研究了Whiteside’s 前后轴、股骨后髁轴和股骨前轴的相互关系后认为，在全膝置换时可以考虑参照股骨前轴决定股骨假体旋转。本研究在磁共振图像上比较Whiteside’s前后轴、股骨后髁轴和股骨前轴相对于经股骨上髁轴的可靠性。

　　1 材料和方法

　　1.1 主要设备和软件

　　磁共振扫描设备：荷兰飞利浦公司的Gyroscan Intera 1.5T。扫描参数：T1加权像，自旋回波(SE)序列，TR=500 ms，TE=16 ms，层厚2 mm，层距2 mm，矩阵大小冠状面和矢状面为160×160，横断面为169×169。范围：冠状面和矢状面扫描范围为膝关节线上下各20 cm，横断面扫描范围为股骨远端6 cm范围。测量工具：韩国INFINITT公司的STARPACS医学图像管理系统。统计软件：SPSS for Windows Release 16.0。

　　1.2 研究对象

　　在2008年7月到9月期间，共扫描78侧正常膝关节。其中男35人，女43人。年龄21～67岁，平均40岁。左膝43例，右膝35例。

　　1.3 扫描方法 扫描对象平躺，髋关节及膝关节伸直，目测调整使胫骨干轴平行于水平面，并使胫骨处于旋转中立位。首先扫描膝关节冠状面和矢状面。在扫描横断面时，使扫描平面与冠状面上的胫骨近端解剖轴垂直(在冠状面上选取胫骨干最粗的层面，通过测量两处骨干的中心，来定位胫骨近端解剖干轴)，与矢状面上的股骨前侧皮质垂直。

　　1.4 定位骨性标志物

　　①股骨后髁轴(posterior condylar line，PCL)：连接股骨后髁后侧最突出点的切线。②外科经股骨上髁轴(surgical transepicondylar axis，STEA)：连接股骨外上髁尖和内上髁沟的连线。③临床经股骨上髁轴(clinical transepicondylar axis，CTEA)：连接股骨外上髁尖和内上髁尖的连线。④Whiteside’s前后轴(anterior posterior line，APL)：股骨滑车沟的最低点和髁间窝最高点的连线。⑤股骨前轴(anterior femoral axis，AFA)：紧临股骨滑车软骨面近侧的股骨前方平面，在本研究中将股骨滑车软骨消失后的股骨前方平面做为股骨前轴(见图1)。

　　1.5 参数测量

　　①后髁角(posterior condy-lar angle，PCA)：股骨后髁轴相对于外科经股骨上髁轴旋转的角度。②髁转角(condylar twist angle，CTA)：股骨后髁轴相对于临床经股骨上髁轴旋转的角度。③Whiteside’s前后轴的垂线相对于外科经股骨上髁轴旋转的角度(angle between the perpendicular of APL and STEA，ASA)。④Whiteside’s前后轴的垂线相对于临床经股骨上髁轴旋转的角度(angle between the perpendicular of APL and CTEA， ACA)。⑤股骨前轴相对于外科经股骨上髁轴旋转的角度(angle between AFA and STEA，AFSA)。⑥股骨前轴相对于临床经股骨上髁轴旋转的角度(angle between AFA and CTEA，AFCA)。

　　1.6 数据处理

　　分别在PCA和AFSA之间，CTA和AFCA之间，ASA和AFSA之间，ACA和AFCA之间，PCA和ASA之间，CTA和ACA之间，进行Levene检验(方差齐性检验)。

　　2 结果

　　2.1 参数测量结果如表1所示。

　　2.2 Levene检验提示变异性在PCA和ASA之间(F=0.010，P=0.925)，CTA和ACA之间(F=0.553，P=0.466)差异没有显著性。变异性在PCA和AFSA(F=13.486，P<0.001)，CTA和AFCA(F=11.505，P=0.001)，ASA和AFSA(F=11.926，P=0.001)，ACA和AFCA(F=7.931，P=0.007)之间差异有显著性。

　　3 讨论

　　股骨假体旋转对位是全膝置换手术成功的重要因素。股骨假体旋转对位不良，特别是过度内旋会导致不正常的髌股运动轨迹，引起髌骨半脱位、全脱位、髌股关节之间非正常的磨损和膝前区疼痛。它也会影响膝关节屈曲时内外翻的稳定性，导致胫骨假体扭转应力的增加，使胫骨假体磨损或松弛。

　　对于决定股骨假体旋转对位的骨性标志法，过去的研究集中于讨论经股骨上髁轴、Whiteside’s前后轴和参照股骨后髁轴外旋3°。有两条经股骨上髁轴，分别是外科经股骨上髁轴和临床经股骨上髁轴。经股骨上髁轴与膝关节固定屈伸轴一致，股骨假体平行于其放置可以获得正常的髌骨轨迹、减少髌股间应力、减少胫股间的摩擦以及获得平衡的矩形屈膝间隙[2-5]。而且在翻修手术中，它们可能是唯一的骨性标志。但在术中不能直视此二轴，只能通过触摸定位。在膝关节骨性关节炎的病人中，内上髁沟只有在部分病人中可以辨认，并随着严重程度加重出现的几率变小[6-7]。Griffin等[8]报道内上髁是由一圈围绕内上髁沟的骨脊组成的，它的宽度为(11.4±1.4)mm，术中定位它的最凸点的误差范围大，而股骨内上髁沟的深度为(1.2±0.4)mm，超出触摸辨别的范围。Jerosch等[9]报道在尸体上定位外科经股骨上髁轴的变化范围达到23 °。也有文献[10-11]报道术中定位经股骨上髁临床轴的误差范围比较大。

　　Whiteside’s前后轴是股骨滑车沟最低点的连线，在术中可以直视。Whiteside等[12]发现在外翻畸形的膝关节全膝置换时，参考前后轴可以减少髌股关节并发症，改善髌骨轨迹，减少术中胫骨结节截骨的几率。Akagi报道经股骨上髁临床轴与Whiteside’s前后轴是垂直的，并且关系恒定[9]。但是骨性关节炎特别是髌股骨性关节炎时，滑车沟的最低点总是难以辨认。股骨后髁轴在术中也可以直视，很多医师参照股骨后髁轴外旋3 °来决定股骨假体旋转。但是在骨性关节炎伴有内翻畸形的膝关节中，由于软骨面的破坏，参照股骨后髁轴外旋3 °截骨会导致股骨假体过度外旋，引起不平衡的屈膝间隙、膝关节内侧不稳定、髌骨半脱位和全脱位。相反在骨性关节炎伴有外翻畸形的膝关节中，由于股骨外髁后侧的过度磨损、退化和变形，这种方法会导致股骨假体过度内旋。Griffin等[13]在CT测量中报道了运用这种方法截骨的可靠性差。而且由于膝关节后侧软组织挛缩和股骨髁骨赘的形成，使截骨模块不能完全贴附股骨后髁，限制了这种方法的使用。

　　Talbot等[1]首先描述了股骨前轴，并将其定义为紧临股骨滑车软骨面近侧的股骨前方平面。他们认为股骨前轴作为股骨假体旋转对位骨性标志的优点在于：①在骨性关节炎时，它的骨性标志比较完整;②术中可以直视，容易定位;③可以轻松放置截骨模块。由于术中无法精确定位经股骨上髁轴，Simon Talbot在193例全膝置换术中定位Whiteside’s前后轴、股骨后髁轴和股骨前轴后利用计算机导航技术测量了这三个骨性标志之间的角度。他们发现股骨前轴相对与Whiteside’s前后轴的垂线有约3.0 °内旋，他们将相对于股骨前轴外旋3.0 °定义为校正后的股骨前轴，配对T检验提示校正后的股骨前轴与Whiteside’s前后轴的垂线没有显著性差异，因此他们认为股骨前轴是决定股骨假体旋转对位的一个有用的骨性标志。

　　由于经股骨上髁轴决定股骨假体旋转对位的可靠性最高，因此其它骨性标志相对于经股骨上髁轴的变异性可以提示其作为股骨假体旋转对位参考轴的可靠性。我们在磁共振横断面图像上测得的股骨前轴相对于STEA内旋(9.61±3.36)°，相对于CTEA内旋(13.32±3.27)°。结合Levene检验结果、变异范围和标准差，股骨轴相对于经股骨上髁轴的稳定性差，其作为股骨假体旋转对位骨性标志的可靠性还需要进一步研究。

　　在磁共振上研究这些骨性标志的优点在于：①可以显示软骨;②可以控制扫描方向;③可以清楚显示骨性定位标志;④测量准确。STARPACS医学图像管理系统测量角度的精确性可以达到0.01°。

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