劉 斌，王永為，劉 江

(1.河北聯(lián)合大學(xué)，河北唐山 063000;2.承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院;3.承德醫(yī)學(xué)院)

人工膝關(guān)節(jié)假體設(shè)計(jì)中股骨下端的形態(tài)學(xué)測量

劉 斌1、2，王永為3，劉 江1△

(1.河北聯(lián)合大學(xué)，河北唐山 063000;2.承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院;3.承德醫(yī)學(xué)院)

人工膝關(guān)節(jié);形態(tài)學(xué);MRI

對于膝關(guān)節(jié)疼痛和功能喪失的膝關(guān)節(jié)疾病，全膝關(guān)節(jié)置換(TKA)是一種安全有效的緩解疼痛、重建功能的方法。但假體置換術(shù)后存在感染、假體松動(dòng)等一系列問題，從而導(dǎo)致關(guān)節(jié)疼痛、金屬摩擦感、關(guān)節(jié)絞鎖等嚴(yán)重并發(fā)癥，其中人工假體的設(shè)計(jì)不合理與安裝不符合規(guī)范是造成以上并發(fā)癥的主要原因[1]。設(shè)計(jì)出完全與自然膝關(guān)節(jié)完全匹配的膝關(guān)節(jié)假體才是解決上述問題的關(guān)鍵。而目前國外許多膝關(guān)節(jié)假體設(shè)計(jì)廠商的全膝關(guān)節(jié)假體尺寸與國人的膝關(guān)節(jié)幾何形態(tài)特征不盡相同。故本研究針對國人正常膝關(guān)節(jié)的解剖學(xué)形態(tài)進(jìn)行測量，期待為全膝人工關(guān)節(jié)假體的設(shè)計(jì)提供可靠的解剖學(xué)影像數(shù)據(jù)資料。

1 資料與方法

1.1 資料來源 從2010年6月-2013年11月來承德醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院就診的患者中，選擇100例(男50例、女50例，年齡18-50歲，近期無膝關(guān)節(jié)疼痛、腫脹、等臨床癥狀，經(jīng)X射線檢查股骨下端骨質(zhì)無明顯退變或畸形)200個(gè)膝關(guān)節(jié)核磁共振成像(MRI)掃描資料。

1.2 方法 排除股骨下端骨質(zhì)破壞、增生及畸形等骨骼疾病。所有病例全部應(yīng)用美國通用電器公司生產(chǎn)的Signa Cvi型核磁共振掃描機(jī)進(jìn)行掃描，掃描層厚4mm、間距1mm。在膝關(guān)節(jié)掃描的矢狀位MRI圖像中選取過股骨內(nèi)側(cè)髁和外側(cè)髁最低點(diǎn)的層面，用Image圖像處理軟件進(jìn)行灰度處理，去除關(guān)節(jié)軟骨和周圍的軟組織。股骨內(nèi)外側(cè)髁用線條描邊，畫出內(nèi)外側(cè)髁關(guān)節(jié)面的輪廓。股骨內(nèi)外側(cè)髁關(guān)節(jié)面平均分成10等份，每一段弧度用公式算出它的曲率半徑。再用Image軟件測量股骨內(nèi)、外側(cè)髁關(guān)節(jié)面上曲率半徑最大處與內(nèi)、外側(cè)髁關(guān)節(jié)面前、后緣的距離。使用角度測量工具測量股骨髕面的內(nèi)、外側(cè)面與膝關(guān)節(jié)正中矢狀面所成的夾角。在膝關(guān)節(jié)掃描的水平位MRI圖像選取過股骨內(nèi)側(cè)髁后緣最突出點(diǎn)和股骨外側(cè)髁后緣最突出點(diǎn)兩個(gè)層面，Image圖像處理軟件進(jìn)行灰度處理，去除關(guān)節(jié)軟骨和周圍的軟組織，確定內(nèi)外側(cè)髁的軸線和膝關(guān)節(jié)的矢狀軸后，使用角度測量工具測量內(nèi)側(cè)髁軸線與膝關(guān)節(jié)矢狀軸所成的內(nèi)側(cè)髁傾角和外側(cè)髁軸線與膝關(guān)節(jié)矢狀軸所成的外側(cè)髁傾角。

2 結(jié)果

2.1 股骨內(nèi)側(cè)髁關(guān)節(jié)面曲率半徑和股骨外側(cè)髁關(guān)節(jié)面曲率半徑 見附表。

附表 股骨內(nèi)、外側(cè)髁關(guān)節(jié)面的曲率半徑(mm)

2.2 股骨內(nèi)、外側(cè)髁關(guān)節(jié)面上曲率半徑最大處與內(nèi)、外側(cè)髁關(guān)節(jié)面前、后緣的距離 股骨內(nèi)側(cè)髁關(guān)節(jié)面上曲率半徑最大處與內(nèi)側(cè)髁關(guān)節(jié)面后緣的距離為71.58±0.92mm;股骨內(nèi)側(cè)髁關(guān)節(jié)面上曲率半徑最大處與內(nèi)側(cè)髁關(guān)節(jié)面前緣的距離為34.74±0.65mm;股骨外側(cè)髁關(guān)節(jié)面上曲率半徑最大處與外側(cè)髁關(guān)節(jié)面后緣的距離為70.42±0.33mm;股骨外側(cè)髁關(guān)節(jié)面上曲率半徑最大處與外側(cè)髁關(guān)節(jié)面前緣的距離為39.22±0.75mm。

2.3 角度測量數(shù)據(jù) 使用角度測量工具測量，股骨髕面的外側(cè)面與膝關(guān)節(jié)正中矢狀面所成的夾角為138.26±7.24°;股骨髕面的內(nèi)側(cè)面與膝關(guān)節(jié)正中矢狀面所成的夾角為133.65±9.56°。內(nèi)側(cè)髁軸線與膝關(guān)節(jié)矢狀軸所成的內(nèi)側(cè)髁傾角為22.52±6.23°，外側(cè)髁軸線與膝關(guān)節(jié)矢狀軸所成的外側(cè)髁傾角為5.58±2.25°。

3 討論

因?yàn)榧袤w在安裝后要達(dá)到恢復(fù)自然膝關(guān)節(jié)的屈伸及旋轉(zhuǎn)動(dòng)作的目的，所以股骨內(nèi)外側(cè)髁關(guān)節(jié)面曲率半徑及弧度在膝關(guān)節(jié)假體設(shè)計(jì)中十分重要[2]。膝關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)是圍繞橫軸在矢狀面上進(jìn)行，其運(yùn)動(dòng)軸不在膝關(guān)節(jié)線上，而是貫穿在兩股骨髁的后上方，并且運(yùn)動(dòng)軸不是固定的，隨膝關(guān)節(jié)的屈伸運(yùn)動(dòng)而移位[3]。本研究結(jié)果顯示，股骨髁不是正圓形，中部扁平，曲率半徑較大，后部和前部近似圓形，曲率半徑較小。股骨內(nèi)外側(cè)髁關(guān)節(jié)面的曲度也不同，股骨內(nèi)側(cè)髁最后方關(guān)節(jié)面的曲率半徑長為17.85±0.15mm，向中部遞增至38.02±1.02mm，再向前逐漸減至15.35±0.32mm。而股骨外側(cè)髁最后方關(guān)節(jié)面的曲率半徑長為12.03±1.09mm，向中部遞增達(dá)60.62±0.95mm，向前逐漸減至16.29± 0.09mm，如果將股骨髁的不同弧度的曲率半徑的中心點(diǎn)連接起來，形成兩個(gè)背靠背的螺旋線，即“J” 形瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)中心理論。其中，后半的螺旋線即是膝關(guān)節(jié)由伸到屈過程中運(yùn)動(dòng)軸由前向后的運(yùn)動(dòng)軌跡。而前半螺旋線則是髕股關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軸移動(dòng)的軌跡[4]。

膝關(guān)節(jié)由伸到屈的過程中，在頭20°范圍內(nèi)，股骨髁在脛骨平臺上滾動(dòng)，而在160°位以后，滾動(dòng)逐步被滑動(dòng)所代替，直到屈曲最后階段，股骨髁只在脛骨平臺上滑動(dòng)，沒有滾動(dòng)[5]。因此，精確測量膝關(guān)節(jié)股骨內(nèi)外側(cè)髁關(guān)節(jié)面的曲率半徑為膝關(guān)節(jié)假體的設(shè)計(jì)提供了參考，使全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)能力可以接近自然膝關(guān)節(jié)，降低了術(shù)后人工假體的磨損，延長假體使用壽命。

TKA手術(shù)選擇設(shè)計(jì)合理的膝關(guān)節(jié)假體,使整個(gè)膝關(guān)節(jié)在屈和伸的運(yùn)動(dòng)過程中，髕股關(guān)節(jié)有良好的吻合,是降低膝關(guān)節(jié)前方疼痛等并發(fā)癥的主要措施[6]。但現(xiàn)在還沒有某一種膝關(guān)節(jié)假體與髕骨關(guān)節(jié)完全匹配，在運(yùn)動(dòng)過程中降低關(guān)節(jié)內(nèi)接觸應(yīng)力，并能維持正常髕骨運(yùn)行軌跡，從而提高伸膝裝置效能, 降低TKA術(shù)后膝前疼痛發(fā)生率, 改善膝關(guān)節(jié)功能[7]。本研究中對股骨髕面進(jìn)行了精確測量，發(fā)現(xiàn)股骨髕面內(nèi)側(cè)面明顯比股骨髕面外側(cè)面的寬度要寬，而且每一個(gè)側(cè)面的關(guān)節(jié)面都是一個(gè)不規(guī)則的關(guān)節(jié)面，越向下關(guān)節(jié)面的寬度越寬。而股骨髕面的高度決定了股骨髕骨溝的深度。經(jīng)過數(shù)據(jù)對比可以得出，股骨髕面內(nèi)外側(cè)面最高點(diǎn)的連線是一個(gè)弧形，其股骨髕面的高度從上下兩端逐漸向中間遞增，并且股骨髕面外側(cè)面的高度明顯要比內(nèi)側(cè)面的高度要高。如果在膝關(guān)節(jié)假體設(shè)計(jì)中，股骨假體的幾何形態(tài)能依據(jù)此路線和數(shù)據(jù)進(jìn)行改良和設(shè)計(jì)，重建自然的髕股關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)能力，那么在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)術(shù)后膝關(guān)節(jié)前方疼痛等并發(fā)癥可能有下降的趨勢[8]。

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(技術(shù)方法欄目編輯:張 健)

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1004-6879(2014)03-0241-03

2014-04-14)

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