李光旭，周榮，黃偉*

(1.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院骨科，重慶 400016；2.重慶市永川區(qū)人民醫(yī)院骨科，重慶 402160)

股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)力線的測量是保證全膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)成功的關(guān)鍵因素之一，按照旋轉(zhuǎn)力線進(jìn)行準(zhǔn)確股骨遠(yuǎn)端截骨，使股骨假體適當(dāng)外旋、維持膝關(guān)節(jié)屈伸平衡，以恢復(fù)健康的關(guān)節(jié)生物力學(xué)穩(wěn)定。而股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)解剖標(biāo)志存在人種差異，股骨髁發(fā)育異?；蝼聊p等因素也會造成股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)力線差異；股骨假體都按照歐美的外旋3°或按異常的外旋測量結(jié)果截骨安放假體，將會導(dǎo)致假體旋轉(zhuǎn)力線不良。如果股骨假體旋轉(zhuǎn)力線不良將導(dǎo)致髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)，出現(xiàn)髕骨軌跡不良、剪切扭轉(zhuǎn)應(yīng)力增加、髕前疼痛、假體磨損、松動等并發(fā)癥[1-2]。因此尋求合適的測量方法和國人的股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)參數(shù)一直是膝關(guān)節(jié)外科關(guān)注的焦點(diǎn)。

傳統(tǒng)的股骨形態(tài)測量多采用X線片法和簡單的CT斷層法，無法準(zhǔn)確根據(jù)股骨全長形態(tài)進(jìn)行符合生物力軸視角的旋轉(zhuǎn)力線參數(shù)的定位和測量，測量結(jié)果存在較大誤差，并且其實(shí)際臨床運(yùn)用意義也不大。新近出現(xiàn)的以股骨機(jī)械軸參考的CT方法較為精確，得到大家的公認(rèn)，廣泛應(yīng)用于臨床。隨著高分辨率薄層CT技術(shù)的發(fā)展，3D數(shù)字化重建技術(shù)能夠精確模擬出股骨全長形態(tài)，并根據(jù)生物力軸對股骨遠(yuǎn)端形態(tài)進(jìn)行準(zhǔn)確的測量，不受體位限制，對個體化、精確的膝關(guān)節(jié)置換術(shù)前設(shè)計至關(guān)重要[3]。作者對傳統(tǒng)3D技術(shù)進(jìn)行改良，找到一種相對精確的基于3D數(shù)字化重建技術(shù)的股骨遠(yuǎn)端形態(tài)測量方法。本研究的目的即是以廣泛采用的CT技術(shù)作為參照，探討改良技術(shù)的可靠性。

1 臨床資料及方法

1.1 研究對象 本研究選擇重慶地區(qū)健康漢族志愿者22名。應(yīng)用下肢全長螺旋CT薄層掃描結(jié)合三維重建技術(shù)對雙側(cè)股骨旋轉(zhuǎn)對線的相關(guān)解剖及標(biāo)志進(jìn)行研究和測量。有關(guān)節(jié)疼痛、活動異常、任一股骨短縮或成角畸形、外傷骨折、手術(shù)、跛行步態(tài)、佝僂病、侏儒癥均排除在外。該研究經(jīng)過醫(yī)院臨床倫理委員會批準(zhǔn)，在志愿者知情同意的情況下進(jìn)行。

共22名重慶市健康志愿者中男女各11名，平均年齡(32.55±18.33)歲，平均體重(59.07±8.45)kg，平均身高(163.82±8.59)cm，平均體重指數(shù)(21.92±1.77)kg/m2。22例共掃描44個股骨樣本。

1.2 掃描設(shè)備與方法 采用BrightSpeed計算機(jī)斷層掃描系統(tǒng)(GE Medical Systems，美國)，對受試者下肢掃描范圍自髂棘最高點(diǎn)至腳底，受試者仰臥在水平床面上，雙下肢完全伸直置中立位，股四頭肌完全放松，踝關(guān)節(jié)置功能位，雙足并攏，足尖朝上，以髕骨作為中心點(diǎn)層厚0.625 mm，間隔0.625 mm，進(jìn)行CT斷層掃描以獲取橫斷面的精確圖像。受試者的CT掃描圖像數(shù)據(jù)以“.dicom”格式保存。

將CT掃描圖像數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics 17.0軟件，在視窗中得到下肢全長的冠狀位、矢狀位和橫斷位連續(xù)圖像，建立三維重建立體模型。分割骨盆、股骨、髕骨、脛骨。初次造模，再次分割計算后，用區(qū)域增長方式進(jìn)行二次造模。成功后再進(jìn)行反復(fù)平順，包裹，填充等處理，得到股骨全長三維立體重建模型。

股骨機(jī)械軸的建立和模型的重新分割：選擇MedCAD-DrawSphere建立一個球體，充滿股骨頭，生成股骨頭中心點(diǎn)(01)。在股骨遠(yuǎn)端連續(xù)橫斷位圖像上找到股骨髁間連接處最低點(diǎn)，選擇Circle做圓圈中心點(diǎn)，即為股骨遠(yuǎn)端中心點(diǎn)(02)，連接兩中心點(diǎn)并延長即為機(jī)械軸線。應(yīng)用軟件的“reslice project”(重新切割規(guī)劃)功能，建立垂直于股骨機(jī)械軸的橫斷位連續(xù)斷層圖像，同時建立三維重建立體模型(見圖1)。

注：01-股骨頭中心點(diǎn)；02-股骨遠(yuǎn)端中心點(diǎn)

1.3 股骨遠(yuǎn)端解剖標(biāo)志點(diǎn)的定位和測量 斷層測量法：從垂直于股骨機(jī)械軸獲得的橫斷位連續(xù)斷層圖像中，裁剪包含股骨外上髁的最高點(diǎn)(A1)、股骨內(nèi)上髁的最凹點(diǎn)(B1)、股骨內(nèi)上髁最高點(diǎn)(C1)、股骨內(nèi)后髁(D1)和股骨外后髁的切線最低點(diǎn)(E1)的幾張圖片，導(dǎo)入Photoshop軟件并依次重疊、融合，形成旋轉(zhuǎn)軸線A1B1，A1C1，D1E1。調(diào)整不透明度，將各層面均得以顯現(xiàn)。連接外科上髁軸線、臨床上髁軸線、股骨后髁軸線。然后用標(biāo)尺工具測量各角度。所有的測量解剖標(biāo)志點(diǎn)均由兩人共同確定，觀測值取3次測量的平均值(見圖2)。

注：A1-股骨外上髁的最高點(diǎn)；B1-股骨內(nèi)上髁的最凹點(diǎn)；C1-股骨內(nèi)上髁最高點(diǎn)；D1-股骨內(nèi)后髁的切線最低點(diǎn)；E1-股骨外后髁的切線最低點(diǎn)

改良三維測量法：在三維重建立體模型股骨正位中，內(nèi)外旋轉(zhuǎn)，定位股骨外上髁的最高點(diǎn)(A2)，股骨內(nèi)上髁的最凹點(diǎn)(B2)，連接兩點(diǎn)成一直線即為股骨的外科上髁軸線。然后在股骨遠(yuǎn)端的軸位圖像上，透明化股骨，標(biāo)出股骨內(nèi)上髁最高點(diǎn)(C2)，股骨內(nèi)后髁和股骨外后髁的切線最低點(diǎn)(D2和E2)，最后用Photoshop軟件打開，用軟件中的角度測量工具進(jìn)行測量。所有的測量解剖標(biāo)志點(diǎn)均由兩人共同確定，觀測值取3次測量的平均值(見圖3)。

測量指標(biāo)：股骨后髁角(posteriorcondylar angle，PCA)：外科上髁軸線與后髁軸線的夾角。外科上髁軸線與臨床上髁軸線的夾角(angle between CEA and STEA，CSA)。髁扭轉(zhuǎn)角(condyle twist Angle，CTA)：臨床上髁軸線與后髁軸線的夾角。

A2-股骨外上髁的最高點(diǎn)；B2-股骨內(nèi)上髁的最凹點(diǎn)；C2-股骨內(nèi)上髁最高點(diǎn)；D2-股骨內(nèi)后髁的切線最低點(diǎn)；E2-股骨外后髁的切線最低點(diǎn)

2 結(jié) 果

股骨后髁角用斷層測量法測值為(3.24±1.18)°，三維測量法測值為(3.26±1.23)°，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)；髁扭轉(zhuǎn)角用斷層測量法測值為(7.11±1.06)°，三維測量法測值為(7.15±1.13)°，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)；外科上髁軸線與臨床上髁軸線的夾角用斷層測量法測值為(3.85±0.43)°，三維測量法測值為(3.92±0.41)°，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。左右側(cè)不同數(shù)據(jù)之間的比較見表1。從表1可以看出在測量PCA時，同樣方法左右兩側(cè)對比差異無統(tǒng)計學(xué)意義。采用不同方法，左右側(cè)數(shù)據(jù)差異無統(tǒng)計學(xué)意義。從表1可以看出在測量CTA時，同樣方法左右兩側(cè)對比差異無統(tǒng)計學(xué)意義。采用不同方法，左右側(cè)數(shù)據(jù)差異無統(tǒng)計學(xué)意義。從表1可以看出在測量CSA時，同樣方法左右兩側(cè)對比差異無統(tǒng)計學(xué)意義。采用不同方法，左右側(cè)數(shù)據(jù)差異無統(tǒng)計學(xué)意義。從表2可以看出，兩種方法測量各角度，男女之間結(jié)果相似，差異無統(tǒng)計學(xué)意義。

3 討 論

3.1 股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)力線的重要性 為獲得TKA的成功，在先不需要進(jìn)行軟組織松解的情況下為獲得正確的軸線，股骨側(cè)截骨需要放在一定的外旋位置上以獲得屈伸間隙平衡，如果股骨假體旋轉(zhuǎn)位置不良會導(dǎo)致屈伸間隙不平衡和髕股關(guān)節(jié)問題[4]。膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)對線是由股骨遠(yuǎn)端的解剖形態(tài)決定的，當(dāng)然也受一定軟組織條件的影響。如何準(zhǔn)確快捷的獲得股骨遠(yuǎn)端解剖旋轉(zhuǎn)參數(shù)并指導(dǎo)個體化的膝關(guān)節(jié)置換一直困擾著臨床手術(shù)醫(yī)生。

3.2 目前獲取股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)力線的方法及其利弊 傳統(tǒng)獲取股骨遠(yuǎn)端形態(tài)參數(shù)的測量方法有X線片測量法、斷層CT測量法，這兩種方法存在諸多問題。如Mehdi Moghtadaei等[5]，覃承訶等[6]采用過股骨遠(yuǎn)端軸位X線片測量評估股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)力線，但X線技術(shù)有一些弊端。a)X線是二維投影圖像，股骨遠(yuǎn)端的解剖標(biāo)志點(diǎn)不容易確定，用它來描述人體三維骨骼的特征和計算軸線位置會帶來較大的誤差；b)照射體位不易掌握，如果遇到股骨弧度大、旋轉(zhuǎn)等畸形程度較大的患者則測量的誤差更大，進(jìn)而影響手術(shù)的質(zhì)量。隨著CT技術(shù)的發(fā)展，CT掃描骨窗像中對骨質(zhì)結(jié)構(gòu)顯示比較清楚，很多學(xué)者[7-9]應(yīng)用CT斷層掃描圖像對股骨遠(yuǎn)端進(jìn)行測量以指導(dǎo)臨床。在應(yīng)用CT斷層掃描測量中，又存在著兩個問題：a)在早期應(yīng)用CT斷層掃描測量中，選擇在同一張CT片上確認(rèn)骨的解剖標(biāo)志點(diǎn)進(jìn)行測量，現(xiàn)在我們知道由于體位或掃描原因股骨內(nèi)上髁最高點(diǎn)、最凹點(diǎn)及外上髁最高點(diǎn)多數(shù)出現(xiàn)在不同斷層圖像上，如果在同一張影像上測量就會存在較大測量誤差；于是一些學(xué)者利用圖像處理軟件將多個包含解剖點(diǎn)的斷層圖像重疊在一個層面上就能取得比較準(zhǔn)確的測量結(jié)果。b)如果CT斷層掃描的方向不是垂直于下肢的機(jī)械軸，斷層圖像上所確定的解剖標(biāo)志點(diǎn)往往是不正確的，其基礎(chǔ)投視角度的差異必然帶來測量角度的不準(zhǔn)確，不能為手術(shù)截骨提供正確的參考。同時隨著薄層CT技術(shù)的發(fā)展，蔡俊豐等[10]利用醫(yī)學(xué)三維數(shù)字軟件如Mimics等軟件技術(shù)進(jìn)行三維重建，掃描體位不再受限制，就可以從任意角度觀察并進(jìn)行測量；如以下肢機(jī)械軸來模擬手術(shù)操作的方式進(jìn)行測量，能給外科術(shù)前計劃提供大量的信息。確定股骨機(jī)械軸是該技術(shù)的重點(diǎn)。股骨機(jī)械軸向力線的定義要求股骨頭中心、膝關(guān)節(jié)中心應(yīng)處于一條直線上，根據(jù)Lee等[11]以及Xiao等[12]關(guān)于建立股骨頭中心和標(biāo)記膝關(guān)節(jié)中點(diǎn)即髁間窩最高點(diǎn)為股骨遠(yuǎn)端中心的方法，連接股骨頭中心和髁間窩最高點(diǎn)的連線即為股骨機(jī)械軸。

在股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)力線的測量方面，1993年Berger[13]等提出了外髁上髁軸線(Surgical transepiccondylar axis，STEA)和股骨后髁角(the posteriorcondylar angle，PCA)的概念；生物力學(xué)證明STEA接近平行于膝關(guān)節(jié)的屈伸軸線，是股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)定位最可靠的標(biāo)準(zhǔn)[14-15]。而STEA與股骨后髁軸線(posterior condylar line，PCL)的夾角即為PCA，在股骨后髁發(fā)育正常的情況下就應(yīng)該是股骨外旋截骨的角度。

3.3 本改良技術(shù)的操作要點(diǎn) 結(jié)合以往股骨遠(yuǎn)端測量方法，作者改良了現(xiàn)有的三維測量技術(shù)。作者選擇垂直于股骨機(jī)械軸的斷層測量法和三維測量法測量股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)力線角度來進(jìn)行比較。本研究采用數(shù)字化技術(shù)將三維重建模型垂直于股骨機(jī)械軸進(jìn)行重新切割及重建，能盡最大限度模仿手術(shù)操作的視角來確立股骨遠(yuǎn)端外旋數(shù)據(jù)，兩種測量方法也均在此基礎(chǔ)上獲得各項(xiàng)數(shù)據(jù)并確定解剖標(biāo)志點(diǎn)。本技術(shù)的操作要點(diǎn)在于股骨內(nèi)上髁最高點(diǎn)、股骨內(nèi)后髁和股骨外后髁的切線最低點(diǎn)的確定。a)從股骨遠(yuǎn)端向股骨頭側(cè)投照，隨著投照的角度不同，股骨內(nèi)上髁最高點(diǎn)不同，形成內(nèi)上髁上方嵴的弧形軌跡，股骨內(nèi)后髁和股骨外后髁的切線最低點(diǎn)也形成兩弧形軌跡；b)在垂直于下肢生物力線下，將股骨遠(yuǎn)端投射到二維的圖像上，即股骨三維模型的遠(yuǎn)端軸位圖像上，用Photoshop軟件打開，這時往往很容易確定圖像上股骨內(nèi)上髁最高點(diǎn)和后髁線的位置，能夠獲得精確的角度測量數(shù)據(jù)。

表1 兩種方法分別測量左右側(cè)PCA、CTA、CSA數(shù)據(jù)比較

表2 男女角度測量值的比較

3.4 改良技術(shù)的結(jié)果分析 本研究中，作者采用兩種方法測量相同旋轉(zhuǎn)角的角度值間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義，均能比較準(zhǔn)確的反應(yīng)股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)角度，其中側(cè)別、性別間差異也均無統(tǒng)計學(xué)意義。用三維測量法測得股骨后髁角值為(3.26±1.23)°，同黃美賢等[16]研究結(jié)果PCA(3.21±1.35)°一致，而張建雷等[17]PCA(3.54±0.61)°要稍高，可能存在區(qū)域和樣本量差異所致，但都接近目前主流基于PCL的股骨側(cè)旋轉(zhuǎn)定位導(dǎo)板系統(tǒng)的平均外旋3°截骨角度[18]；但同時我們應(yīng)該看到個體之間的差異性，術(shù)前需要精準(zhǔn)測量以指導(dǎo)術(shù)中旋轉(zhuǎn)截骨角度。Fabricio等[19]和Olcott等[20]比較了股骨內(nèi)外上髁最突出點(diǎn)兩線即CEA和STEA同股骨后髁連線PCL之間的關(guān)系，CEA和STEA在全膝關(guān)節(jié)置換中均能提供最好最穩(wěn)定的股骨旋轉(zhuǎn)定位方法，而兩者之間存在著一定夾角。我們在三維數(shù)字技術(shù)重建模型中測得CTA為(7.15±1.13)°，CSA為(3.85±0.43)°，其結(jié)果同潘江等[21]測量結(jié)果接近。在測量中我們也發(fā)現(xiàn)個體間CTA偏離幅度較大，CSA幅度較小，因此借助于后髁做外旋截骨時應(yīng)同時參照外科上髁軸線進(jìn)行，特別是股骨后髁明顯磨損、骨贅增生、髁發(fā)育或磨損不對稱的情況。

綜上所述，改良三維測量法能得到精確的股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)角度參數(shù)，可得到與CT測量法相似的結(jié)果，兩種方法測量數(shù)據(jù)無明顯差異。經(jīng)本研究證實(shí)，新改良方法得到結(jié)果可靠，同時操作簡單、形象直觀、耗時明顯縮短，可指導(dǎo)臨床應(yīng)用。目前三維數(shù)字化技術(shù)飛速發(fā)展，提供了很好的便捷的股骨遠(yuǎn)端形態(tài)測量方法，還需要進(jìn)一步將數(shù)據(jù)和軟件結(jié)合服務(wù)于臨床，為各類膝關(guān)節(jié)疾病患者的測量評估和個體化治療設(shè)計提供科學(xué)、便捷、精準(zhǔn)的技術(shù)幫助。