内翻畸形膝关节股骨远端假体旋转对位标志的研究

殷钦，宋希玺，丛锐军，李西凡，陶坤

(同济大学附属第十人民医院骨科，上海 200072)

临床研究

内翻畸形膝关节股骨远端假体旋转对位标志的研究

殷钦，宋希玺，丛锐军，李西凡，陶坤*

(同济大学附属第十人民医院骨科，上海 200072)

目的 通过对不同膝关节CT扫描图像的比较和分析，评估股骨远端假体旋转对位标志在内翻畸形膝关节中的可靠性。方法 研究包括108侧膝关节，行薄层CT扫描，分为轻度内翻组(内翻小于等于20°)、重度内翻组(内翻大于20°)、正常对照组。在CT图像上定位外髁经股骨上髁轴(surgical transepicondylar axis，SEA)、前后轴(anteroposterior axis，AP axis)、后髁轴(posterior condylar line，PCL)和股骨前轴(anterior femoral axis，AFA)。分别测量AP axis、PCL和AFA相对于SEA的角度，并在不同亚组之间比较各个角度的差异。结果 重度内翻组膝关节PCA值较正常对照组和轻度内翻组差异均有统计学意义，轻度内翻组和正常对照组之间PCA值差异无统计学意义。ASA和FSA值在三组之间差异均无统计学意义。结论 AP axis和AFA较PCL受重度内翻畸形影响较小。但AP axis变异较大，作为参考标志时要谨慎，股骨前轴较稳定，膝关节伴内翻畸形时可以参照此轴放置假体。

全膝关节置换手术；假体旋转对线；膝内翻畸形；影像学研究

人工全膝关节置换术(total knee arthroplasty，TKA)中的股骨假体旋转对线一直是关节外科领域研究的重点。股骨假体旋转对线对髌股运动轨迹以及屈曲间隙的平衡有巨大的影响。假体旋转对位不良引起的髌股关节并发症是造成TKA术后效果不佳及过早翻修的重要因素。目前临床上常用的确定股骨假体旋转对线的参考标志有经股骨上髁轴(transepicondylar axis，TEA)、Whiteside′s前后轴(anteroposterior axis，AP axis)、股骨后髁轴(posterior condylar angle，PCL)等。一般认为在内、外上髁清晰可见的时候，经股骨上髁轴是最可靠的股骨假体旋转对位的参考轴。但是由于术中精确定位经股骨上髁轴较为困难，临床上应用以股骨后髁轴和前后轴多见。然而在内翻畸形膝关节中，由于后髁平面破坏、滑车磨损和髁间窝骨赘的生成，使得这两条轴线的可靠性降低。Talbot等[1]首先报道了股骨前轴(anterior femoral axis，AFA)，定义为紧邻股骨滑车平面近侧的股骨前方平面，并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。

当前研究目的是通过在内翻畸形膝关节的CT扫描图像上，测量并比较股骨后髁轴、Whiteside′s前后轴和股骨前轴相对于外髁经股骨上髁轴的角度。评估骨关节炎伴内翻畸形时，后髁轴、Whiteside′s前后轴和股骨前轴作为股骨假体旋转对位参考标志物的可靠性。

1 资料与方法

1.1 研究对象 当前研究包括108侧膝关节，行薄层CT扫描。排除标准：a)年龄小于18 岁；b)股骨远端骨折；c)股骨髁发育不良；d)CT图像质量较差。纳入研究的样本中，男性23 例，女性49 例；年龄为36～86 岁，平均(66.9±12.6) 岁。分为三组：正常对照组(A组，30 侧)、轻度内翻组(B组，47 侧，内翻小于等于20°)、重度内翻组(C组，31 侧，内翻大于20°)。

1.2 CT扫描及测量方法 参与者取仰卧位，双下肢旋转中立位，伸直膝关节，在股骨远端间隔1 mm连续行薄层CT扫描，扫描平面与股骨解剖长轴垂直。选择股骨内外侧髁最突出部分显示清晰的CT扫描图像用以测量。首先，在不同CT图像上分别确定内上髁中间沟和外上髁最突出的点并标志，然后将外上髁标志点投影到含有内上髁标志点的CT图像上，两个投影点之间的连线就是外髁经股骨上髁轴。通过同样的方法分别确定后髁轴，Whiteside′s前后轴和股骨前轴。后髁轴定义为通过股骨后髁内外侧最突出点的连线，Whiteside′s前后轴是从股骨滑车沟最低点到髁间窝中点的连线，股骨前轴是紧邻股骨滑车平面近侧的股骨前方平面的切线(见图1)。最后，将股骨后髁轴、Whiteside′s前后轴和股骨前轴都投影到标志了外髁经股骨上髁轴的CT图像上(见图2)。

图1 股骨前轴示意

1.3 图像处理与参数测量 CT图像的选择和参数的测量由同一研究人员完成，选取最佳的CT图像，应用Photoshop CS5软件进行图像处理。

测量膝关节内外翻的角度：摄双下肢站立位全长正位片。股骨机械轴(股骨头中心至膝关节中心点连线)及胫骨机械轴(膝关节中心点至踝关节中心点连线)之间的夹角定为内翻角度α。

测量参数：a)后髁角：PCL相对于SEA旋转的角度。b)Whiteside′s前后轴相对于SEA旋转的角度(angle between APaxis and SEA，ASA)。c)股骨前轴相对于SEA旋转的角度(angle between AFA and SEA，FSA)。

图2 外髁经股骨上髁轴后髁轴、Whiteside′S前后轴示意

2 结 果

外髁经股骨上髁轴与后髁轴之间的角度(posterior con-dylar angle，PCA)在A组的平均值是(3.9±1.7)°(1.0°～6.6°)，在B组为(3.4±1.8)°(-0.4°～7.1°)，在C组为(2.4±2.0)°(-2.1°～7.6°)。PCA值在A组和B组之间的差异无统计学意义(PA-B=0.228 4)。在C组中PCA值要显著小于A组(PA-C=0.002 6)和C组(PB-C=0.024 4)。

外髁经股骨上髁轴与Whiteside′s前后轴之间的角度(ASA)的均值在A组是(86.8±2.9)°(82.7°～91.4°)，在B组为(87.0±3.3)°(81.0°～94.1°)，在C组为(86.2±4.1)°(79.7°～95.8°)。ASA值在A组与B组，A组与C组，B组与C组之间的差异无统计学意义(PA-B=0.786 7，PA-C=0.513 2，PB-C=0.344 8)。

外髁经股骨上髁轴与股骨前轴之间的角度(FSA)的均值在A组为(9.5±2.0)°(4.3°～13.2°)，在B组为(9.4±2.2)°(4.1°～13.6°)，在C组为(9.1±2.5)°(3.5°～13.7°)。FSA值在A组与B组，A组与C组，B组与C组之间的差异无统计学意义(PA-B=0.840 9，PA-C=0.493 8，PB-C=0.578 4)。

3 讨 论

TKA术是治疗膝关节骨关节炎、类风湿性关节炎、关节畸形等疾病晚期病变的有效方法，能够缓解患者膝关节疼痛、矫正畸形、恢复关节功能。股骨假体旋转对位是影响TKA术后效果的重要因素，为了减少TKA术后并发症和改善术后效果，选择正确的假体旋转对位的参考标志非常重要。

确定股骨假体旋转力线的方法有很多，常用的有经股骨上髁轴、股骨后髁轴、Whiteside′s前后轴等。Berger等[2]将经股骨上髁轴分为临床经股骨上髁轴和外髁经股骨上髁轴。解剖学和生物力学研究表明，SEA是膝关节屈曲的旋转中心轴，是最理想的解剖参考标志[3-4]。然而，内上髁中间沟和外上髁最突出部分有软组织覆盖，术中暴露困难，无法精确定位，这限制了外髁经股骨上髁轴的临床应用[2，5]。股骨后髁轴和Whiteside′s前后轴术中直视定位较容易，临床上经常参考此二轴确定股骨远端假体旋转对位。然而，在膝关节骨关节炎患者中，常伴有严重的内翻畸形，后髁平面破坏、滑车磨损和髁间窝骨赘的生成，这些显著的解剖结构改变会引起股骨后髁轴和Whiteside′s前后轴可靠性的降低。当前研究在不同膝关节CT图像上测量了PCA、ASA和FSA，并比较各角度值在轻度内翻组、重度内翻组和正常对照组之间的差异，评估PCL、Whiteside′s前后轴和股骨前轴在骨关节炎伴内翻畸形时，作为股骨远端假体旋转对位参考标志的可靠性。

当前很多临床医师参照股骨后髁轴外旋3°～5°来确定股骨假体旋转力线。但在临床实践中，许多学者发现骨关节炎或其他疾病引起的股骨后髁病损和发育不良会对手术中股骨假体的旋转对线产生误导。当前研究中，在正常对照组PCA值为(3.9±1.7)°，轻度内翻组为(3.4±1.8)°，均显著大于重度内翻膝组(2.4±2.0)°。在重度内翻畸形膝关节中，如参照股骨后髁轴外旋3°～5°截骨，会导致股骨假体过度内旋，引起屈膝间隙不平衡、膝关节不稳定等并发症。这一结论与孙铁铮等[6]先前的研究相一致，他们测量发现在骨关节炎患者中，股骨后髁轴相对于SEA内旋角度为2.36°。Fujii等[7]认为在内翻畸形膝关节中，由于内外侧不对称的软骨磨损和骨赘生成，股骨后髁轴会产生(1.7±1.3)°的偏差，可靠性较差。因此，外科医生在利用股骨后髁轴来决定股骨假体旋转对线时，需要术前常规行CT扫描评估每个患者的后髁角，在术中使用可调整的截骨模块，以获得更好的术后效果。

Insall[8]认为Whiteside′s前后轴垂直于股骨上髁轴，且关系较为恒定。Arima等[5]对尸体进行解剖学和影像学测量，认为在外翻畸形的膝关节中，Whiteside′s前后轴是可靠的参考标志。但是有的尸体研究发现，Whiteside′s前后轴相较于经股骨上髁轴和股骨后髁轴，个体差异较大[9]。在当前研究中，Whiteside′s前后轴与SEA之间的角度，在重度内翻膝组、轻度内翻膝组和正常对照组之间没有明显的差异。然而，在重度内翻畸形膝关节中，ASA值的标准差为4.1，变化范围为79.7°～95.8°，表明Whiteside′s前后轴单独作为股骨假体旋转力线定位的参考轴的可靠性较差。Whiteside′s前后轴的准确定位依赖正常的股骨滑车沟和髁间窝的解剖，在一些滑车发育异常、滑车表面磨损和髁间窝骨赘形成的膝关节中，Whiteside′s前后轴定位很困难，严重的滑车发育不良还会导致股骨假体过度外旋[10]，故具有一定的局限性，不能单独作为定位股骨远端假体旋转对线的参考标志。

Talbot等[1]在193 例全膝关节置换术中，利用计算机导航技术测量了Whiteside′s前后轴、股骨后髁轴和股骨前轴这三标志之间的角度，发现股骨前轴相对于Whiteside′s前后轴的垂线有约2.9°内旋。在临床实践中我们发现，尽管在骨关节炎的膝关节中后髁平面和滑车沟磨损很严重，但是大多数膝关节股骨近端的前方平面相对完整，且股骨前轴术中可以直视，容易定位，是股骨假体远端旋转对位可靠的参考标志。Watanabe等[11]测量了150侧骨关节炎膝关节的术前CT图像，发现股骨前轴相对于CEA内旋(12.2±3.6)°，且不受膝关节内外翻畸形的影响。他们还设计了一种术中测量股骨前轴的工具，术中测量显示股骨前轴相对于SEA内旋(9.8±3.2)°，术前影像学测量值和术中测量值之间有显著关联[12]。当前研究表明，股骨前轴相对于SEA的位置恒定，且在重度内翻组、轻度内翻组和正常对照组之间均无明显统计学差异，这一结果与Watanabe等人的研究相一致。因此，在骨关节炎伴重度内翻畸形时，股骨前轴作为确定股骨假体旋转对线的参考标志仍然可靠。然而，我们还不能确定股骨前轴术中定位股骨假体旋转是否可行，如果可行，术中测量值与术前测量值是否一致。另外还需要通过术后的测量评估，判断术中测量值定位股骨假体旋转是否可靠。

综上所述，在骨关节炎伴内翻畸形时，应常规行术前膝关节CT扫描，评估每一位的患者的后髁角，减少术后并发症的发生；Whiteside′s前后轴的可靠性较差，不能单独作为股骨远端假体旋转对位的参考标志。股骨前轴受膝关节内翻畸形影响较小，是股骨假体旋转对位新的参考标志，然而，该轴线的术中测量和术后效果的评估还需要进一步的研究。

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Rotational Alignment of the Femoral Component in the Knees with Varus Deformities：a CT evaluation

Yin Qin，Song Xixi，Cong Ruijun，etal

(Department of Orthopaedics，Tenth Pepole′s Hospital of Tongji University，Shanghai 200072，China)

Objective To analyze the rotational alignment of distal femoral on CT scans of the normal knees and osteoarthritis knees with varus deformities，and to identify whether PCL，AP axis and FAT line are reliable for determining rotational alignment in varus knees.Methods One hundred and eight knees underwent CT were included in this study，and were divided into three groups(Group A，normal knees，n=30；Group B，mild varus，n=47；Group C，severe varus，n=31).SEA，PCL，AP axis and AFA were located respectively in different slices，then PCA，ASA and FSA were measured，and these angles were compared between 3 groups.Results The values of PCA in Group C was significantly less than that in Group A and Group B，but there was no statistical differences between Group A and Group B.There were no significant differences between the three groups in the values of ASA and FSA.Conclusion This study indicates that the PCA is not reliable for femoral rotational alignment in severe varus knees.ASA and FSA are not affected by osteoarthritis，however the variation of values suggests that the AP axis should be used with caution，and the AFA is a stable axis as a rotational assessment guide.

total knee arthroplasty；rational alignment of implant；knee varus deformity；image analyzes

国家自然科学基金项目(91000808)；*本文通讯作者：陶坤

1008-5572(2015)08-0702-04

R687.4+2

A

2014-12-10

殷钦(1989- )，男，医师，同济大学附属第十人民医院骨科，200072。