股骨远端三维模拟截骨在膝关节置换中的应用

doi:10.12307/2023.764

中国组织工程研究 ›› 2024, Vol. 28 ›› Issue (6): 905-910.doi: 10.12307/2023.764

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股骨远端三维模拟截骨在膝关节置换中的应用

王体惠，王旭，吴锦清，陈继良，王晓露，缪娟

福建医科大学附属闽东医院关节外科，福建省福安市 355000

收稿日期:2022-11-15 接受日期:2022-12-26 出版日期:2024-02-28 发布日期:2023-07-12
通讯作者: 王旭，主任医师，福建医科大学附属闽东医院关节外科，福建省福安市 355000
作者简介:王体惠，1982年生，福建省福安市人，汉族，2011年福建医科大学毕业，硕士，副主任医师，主要从事关节外科与运动医学研究。
基金资助:
福建省自然科学基金经费支持(2019J01618)，项目负责人：王体惠

Application of three-dimensional simulated osteotomy of the distal femur in total knee arthroplasty

Wang Tihui, Wang Xu, Wu Jinqing, Chen Jiliang, Wang Xiaolu, Miao Juan

Department of Joint Surgery, Mindong Hospital Affiliated to Fujian Medical University, Fuan 355000, Fujian Province, China

Received:2022-11-15 Accepted:2022-12-26 Online:2024-02-28 Published:2023-07-12
Contact: Wang Xu, Chief physician, Department of Joint Surgery, Mindong Hospital Affiliated to Fujian Medical University, Fuan 355000, Fujian Province, China
About author:Wang Tihui, Master, Associate chief physician, Department of Joint Surgery, Mindong Hospital Affiliated to Fujian Medical University, Fuan 355000, Fujian Province, China
Supported by:
Fujian Natural Science Foundation, No. 2019J01618 (to WTH)

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：

三维模拟截骨：将CT扫描图像以Dicom 格式导入Mimics 20.0软件进行三维重建，然后导入Magic 22.0软件模拟保留后交叉韧带的人工全膝关节置换术测量截骨。
膝关节置换：采用膝前正中切口(可偏内或外)，切开关节囊，暴露关节，清除骨赘、半月板、滑膜等组织，对股骨远端和胫骨近端进行测量截骨，评估下肢力线及间隙平衡，试模并安装人工膝关节假体，置换或行髌骨成型术，冲洗关节，逐层缝合，是治疗终末期膝骨关节病的最有效方法之一。

背景：有研究显示不同种族、性别的股骨远端几何形态学差异较大，中国南方身材矮小的女性患者较多，因此术中常发生进口膝关节假体悬出或覆盖不足的现象。

目的：通过对股骨远端骨骼三维重建模拟膝关节置换股骨侧截骨并与常用进口关节假体匹配，探讨中国南方女性的股骨远端骨骼特点并比较与进口关节假体的差异。
方法：2021年1-12月选择120例女性志愿者行膝关节CT薄层扫描。将扫描图像以Dicom 格式导入Mimics 20.0软件进行三维重建，然后导入Magic 22.0软件模拟后交叉韧带保留型人工全膝关节置换术中测量截骨并与进口关节假体进行匹配研究。

结果与结论：①功能性股骨前后径(functional anteroposterior dimension，fAP)与Persona假体匹配，总的悬出率为25%(30/120)，fAP≤47 mm组比其余各组更容易出现假体悬出(P < 0.05)。Triathlon假体覆盖不良率为12.5%(15/120)，fAP﹥53 mm组比fAP≤53 mm组更容易出现覆盖不良(P < 0.05)。②股骨髁间宽度与Triathlon假体匹配，总的覆盖不良率为27.5%(33/120)，因此fAP≤47 mm组比其余各组更容易出现股骨远端中央区骨面覆盖不良(P < 0.05)。Journey II假体悬出率为21.6%(26/120)，fAP﹥53 mm组比fAP≤53 mm组更容易出现假体悬出(P < 0.05)。③与股骨前端内外径长度值差异最大的是Journey II CR假体，容易在股骨假体前外侧悬出；与股骨后端内外径长度值差异最大的是Persona CR假体，容易在假体后内侧覆盖不良。建议增设fAP≤47 mm股骨假体的窄号，增设髁间宽度的宽、窄号，同时优化股骨假体前外侧弧形设计以提高后交叉韧带保留型膝关节假体的匹配性。

https://orcid.org/0000-0002-7466-3507 (王体惠)

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 中国, 女性, 膝关节骨骼形态, 全膝关节置换, 后交叉韧带保留型假体, 三维成像, 体层摄影术

Abstract: BACKGROUND: Studies have shown that there are significant differences in the geometric morphology of the distal femur of different races and genders, and there are more short female patients in southern China, so the phenomenon of overhanging or insufficient coverage of imported knee prostheses often occurs during surgery.
OBJECTIVE: To investigate the characteristics of distal femur bones in southern Chinese women and compare them with imported joint prostheses by simulating the three-dimensional reconstruction of the distal femur bone and matching the femoral side after osteotomy with common imported joint prostheses.
METHODS: From January to December 2021, 120 female volunteers underwent a CT scan of knee joints. The images were imported into Mimics 20.0 software in Dicom format for three-dimensional reconstruction and then imported into Magic 22.0 software to simulate osteotomy by posterior cruciate ligament preserved total knee arthroplasty and to conduct a matching study with a normal imported joint prosthesis.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) The functional anteroposterior dimension (fAP) of the distal femur and Persona matched prosthesis had a total overhang rate of 25%(30/120). The fAP≤47 mm group had an overhang than the other groups (P < 0.05). The poor coverage rate of Triathlon prosthesis was 12.5%(15/120), and poor coverage was more likely in fAP>53 mm group than in fAP≤53 mm group (P < 0.05). (2) The total poor coverage rate of femoral intercondylar width matching with Triathlon prosthesis was 27.5%(33/120). Therefore, the poor coverage rate of bone surface in the central region of the distal femur was more likely in the fAP≤47 mm group than in other groups (P < 0.05). The overhang rate of Journey II was 21.6%(26/120), and the overhang rate was higher in the fAP>53 mm group than in the fAP≤53 mm group (P < 0.05). (3) Journey II CR prosthesis had the largest difference with the length of the anterior mediolateral diameter of the femur, which was easy to hang out on the anterolateral side of the femoral prosthesis. The Persona CR prosthesis has the largest difference with the length of the posterior mediolateral diameter of the femur, which is easy to be poorly covered in the posterior medial part of the prosthesis. It is recommended to increase the femoral prosthesis with reduced mediolateral diameter in the fAP≤47 mm group and add wider and narrower sizes than the conventional size of intercondylar width, and optimize the anterolateral angular arc design of the femoral prosthesis to improve the matching of posterior cruciate ligament reserved knee prosthesis.

Key words: China, female, knee bone morphology, total knee arthroplasty, posterior cruciate ligament retention prosthesis, three-dimensional imaging, body tomography

中图分类号:

王体惠, 王旭, 吴锦清, 陈继良, 王晓露, 缪娟. 股骨远端三维模拟截骨在膝关节置换中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(6): 905-910.

Wang Tihui, Wang Xu, Wu Jinqing, Chen Jiliang, Wang Xiaolu, Miao Juan. Application of three-dimensional simulated osteotomy of the distal femur in total knee arthroplasty[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2024, 28(6): 905-910.

图/表（结果） 6

2.1 实验数据纳入126名志愿者，6名资料不符合要求予以剔除，其中3名下肢有骨折手术病史，3名膝关节退变严重，最终120名女性志愿者参与此次研究。总的fAP值为(53.0±3.3) mm，最终fAP≤53 mm组65名，fAP > 53 mm组55名，统计资料见表1。

2.2 fAP、股骨远端内外径/fAP比值的测量结果与分析研究中股骨远端截骨后股骨远端内外径、fAP、股骨远端内外径/fAP比值分别为(64.2±6.1) mm，(53.0±3.3) mm，1.21±0.25，见表1。与5种假体比对研究关系见图3；中国南方女性股骨远端股骨远端内外径、fAP值与进口5种关节假体一样均呈线性分布，该研究中国人股骨远端内外径/fAP比值为1.21±0.25，是这几种关节假体中最小的，进口假体中股骨远端曲面率最大的是Persona(1.38)，最小的是Triathlon(1.25)，其余Journey II、Vanguard、Triathlon介于两者之间。统计学分析发现，6个分组的股骨远端内外径/fAP比值均与Persona CR假体存在显著性差异(P < 0.05)。而Journey II、Vanguard、Triathlon、Attune假体与超小号、小号组假体存在显著性差异(P < 0.05)。

为了提高研究结果的差异性，选择Persona匹配假体悬出率，Triathlon匹配覆盖不良率。Persona假体总的假体悬出率为25%(30/120)，按fAP值由小至大假体悬出率分别为11.2%(14/120)，4.8%(6/120)，4.0%(5/120)，3.2%(4/120)，1.6%(2/120)，0.8%(1/120)。因此fAP≤47 mm组比其余各组更容易出现假体悬出(P < 0.05)。Triathlon假体总的覆盖不良率为12.5%(15/120)，fAP > 53 mm组为9.2%(11/120)，fAP≤53 mm组为3.3%(4/120)；因此fAP > 53 mm组比fAP≤53 mm组更容易出现假体覆盖不良(P < 0.05)。
2.3 髁间宽度的测量结果与分析股骨远端截骨后髁间宽度为(18.8±2.6) mm (16-22 mm)。髁间宽度值与型号呈线性递增模式，fAP≤53 mm和fAP > 53 mm两组比较，差异有显著性意义(P < 0.05)。
股骨髁间宽度与常用进口膝关节假体髁间大小的比较见图4；根据进口假体髁间宽度数值特点，选择Triathlon匹配假体覆盖不良率，Journey II匹配假体悬出率。Triathlon总的覆盖不良率为27.5%(33/120)；按fAP值由小至大假体悬出率分别为12%(15/120)，4.8%(6/120)，3.2%(4/120)，2.4%(3/120)，2.6%(2/120)，2.4%(3/120)；因此fAP≤47 mm组比其余各组更容易出现股骨远端中央区骨面覆盖不良(P < 0.05)。Journey II假体总的假体悬出率为21.6%(26/120)，按fAP值由大至小假体悬出率分别为7.2%(9/120)，6.4%(5/120)，3.2%(5/120)，3.2%(4/120)，2.4%(3/120)，0%(0/120)。fAP > 53 mm组为15.8%(19/120)，fAP≤53 mm组为5.8%(7/120)；因此Journey II假体在fAP > 53 mm组比fAP≤53 mm组更容易出现假体悬出(P < 0.05)。

2.4 股骨前内外径、股骨后内外径的测量结果与分析股骨远端截骨后股骨前内外径、股骨后内外径平均分别为(42.3±4.2) mm，(62.4±6.5) mm，与5种假体比对研究关系见图5，6。在图中可以发现所有假体股骨前内外径、股骨后内外径与fAP值均呈线性递增关系。

与股骨前内外径差异最大的是Journey II CR假体，容易在股骨假体前外侧悬出；与股骨后内外径差异最大的是Persona CR假体，容易在假体后内侧覆盖不良。股骨前内外径在与Journey II匹配中发现总的假体悬出率为23.3%(29/120)，按fAP值由小至大假体悬出率分别为10.4%(13/120)，4.8% (6/120)，3.2%(4/120)，2.4%(3/120)，1.6%(2/120)，0%(0/120)；fAP≤53 mm组18.4%(23/120)相比fAP > 53 mm组4% (5/120)，fAP≤47 mm组相比其余5组均有显著性差异(P < 0.05)；因此fAP≤53 mm组尤其是fAP≤47 mm组更容易在股骨前外侧发生悬出。
股骨后内外径在与Persona 匹配中发现总的假体覆盖不良率为12%(15/120)，多数覆盖不良位于股骨假体内后方。按fAP值由小至大覆盖不良率分别为1.6%(2/120)，2.4%(3/120)，1.6%(2/120)，2.4%(3/120)，1.6%(2/120)，2.4%(3/120)；按fAP≤53 mm组和fAP > 53 mm组统计分别为6.4%(8/120)，5.6%(7/120)，各组间比较差异均无显著性意义(P > 0.05)。

参考文献

[1] ABHARI S, HSING TM, MALKANI MM, et al. Patient satisfaction following total knee arthroplasty using restricted kinematic alignment. Bone Joint J. 2021;103-B(6 Supple A):59-66.
[2] SMITH AF, ECCLES CJ, BHIMANI SJ, et al. Improved Patient Satisfaction following Robotic-Assisted Total Knee Arthroplasty. J Knee Surg. 2021; 34(7):730-738.
[3] 李大地,朱梁,郑力,等.全膝关节置换疗效及患者满意度与人格特征的关联性[J].中国组织工程研究,2021,25(9):1346-1350.
[4] MA QL, LIPMAN JD, CHENG CK, et al. A Comparison Between Chinese and Caucasian 3-Dimensional Bony Morphometry in Presimulated and Postsimulated Osteotomy for Total Knee Arthroplasty. J Arthroplasty. 2017;32(9):2878-2886.
[5] FAN L, XU T, LI X, et al. Morphologic features of the distal femur and tibia plateau in Southeastern Chinese population: A cross-sectional study. Medicine (Baltimore). 2017;96(46):e8524.
[6] CAVAIGNAC E, SAVALL F, FARUCH M, et al. Geometric morphometric analysis reveals sexual dimorphism in the distal femur. Forensic Sci Int. 2016;259:246.e1-5.
[7] KIM JB, LYU SJ, KANG HW. Are Western Knee Designs Dimensionally Correct for Korean Women? A Morphometric Study of Resected Femoral Surfaces during Primary Total Knee Arthroplasty. Clin Orthop Surg. 2016;8(3):254-261.
[8] BOZKURT M, TAHTA M, GURSOY S, et al. Total and intercondylar notch bone resection in posterior stabilized knee arthroplasty: analysis of five manufacturer designs. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2017; 25(6):1731-1735.
[9] ASSELN M, GROTHUES SAGA, RADERMACHER K. Relationship between the form and function of implant design in total knee replacement. J Biomech. 2021;119:110296.
[10] LEE JA, KOH YG, KANG KT. Effect of post-cam design on the kinematics and contact stress of posterior-stabilized total knee arthroplasty. Biomed Mater Eng. 2021;32(6):323-332.
[11] GUY SP, FARNDON MA, SIDHOM S, et al. Gender differences in distal femoral morphology and the role of gender specific implants in total knee replacement: a prospective clinical study. Knee. 2012;19(1):28-31.
[12] BONNIN MP, SAFFARINI M, BOSSARD N, et al. Morphometric analysis of the distal femur in total knee arthroplasty and native knees. Bone Joint J. 2016;98-B(1):49-57.
[13] KIM YH, CHOI Y, KIM JS. Comparison of standard and gender-specific posterior-cruciate-retaining high-flexion total knee replacements: a prospective, randomised study. J Bone Joint Surg Br. 2010;92(5):639-645.
[14] KIM YH, CHOI Y, KIM JS. Comparison of a standard and a gender-specific posterior cruciate-substituting high-flexion knee prosthesis: a prospective, randomized, short-term outcome study. J Bone Joint Surg Am. 2010;92(10):1911-1920.
[15] 龚恒,黄斌,付立功,等.中国汉族人与美国局加索白人膝关节几何形态的比较[J].中国组织工程研究,2020,24(33): 5366-5370.
[16] KIM TK, PHILLIPS M, BHANDARI M, et al. What Differences in Morphologic Features of the Knee Exist Among Patients of Various Races? A Systematic Review. Clin Orthop Relat Res. 2017;475(1):170-182.
[17] 陈小明,杨五洲,张洁.股骨远端解剖学参数在TKA假体设计中的意义[J].中南医学科学杂志,2018,46(1):48-51.
[18] 章晓云,陈跃平,夏天,等.广西地区壮族人群正常膝关节形态学特征[J].中国组织工程研究,2017,21(20):3141-3146.
[19] 顾景范.《中国居民营养与慢性病状况报告(2015)》解读[J].营养学报,2016,38(6):525-529.
[20] CLARKE HD, HENTZ JG. Restoration of femoral anatomy in TKA with unisex and gender-specific components. Clin Orthop Relat Res. 2008; 466(11):2711-2716.
[21] SHERMAN WF, MANSOUR A, SANCHEZ FL, et al. Increased Intercondylar Femoral Box Cut-to-Femur Size Ratio During Posterior-Stabilized Total Knee Arthroplasty Increases Risk for Intraoperative Fracture. Arthroplast Today. 2020;6(2):180-185.
[22] KIM E, TALMO CT, ANDERSON MC, et al. Incidence and Risk Factors for Posterior Cruciate Ligament Avulsion during Cruciate Retaining Total Knee Arthroplasty. J Knee Surg. 2019;32(11):1138-1142.
[23] 徐兴全,刘玉宝,孙梓荧,等.股骨髁间窝宽度指数在胫骨髁间嵴撕脱骨折与前交叉韧带损伤中的差异比较[J].中华创伤骨科杂志, 2019,21(2):122-126.
[24] CAY N, ACAR HI, DOGAN M, et al. Radiological Evaluation of Femoral Intercondylar Notch and Tibial Intercondylar Eminence Morphometries in Anterior Cruciate Ligament Pathologies Using Magnetic Resonance Imaging. Indian J Orthop. 2021;56(2):327-337.
[25] BUDHIPARAMA NC, LUMBAN-GAOL I, IFRAN NN, et al. Mismatched knee implants in Indonesian and Dutch patients: a need for increasing the size. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2021;29(2):358-369.

引言

人工全膝关节置换是治疗终末期膝关节骨性关节炎的最成功术式之一。但是据文献报道仍有15%-25%的患者对术后疗效不满意[1-3]。人工全膝关节置换手术技术和患者自身因素是影响疗效的主要原因，但膝关节股骨侧假体的设计以及和患者膝关节骨骼的匹配性是影响人工全膝关节置换手术疗效的重要因素之一，主要是因为股骨远端形态学差异可同时影响膝关节屈曲间隙、伸直间隙和髌骨轨迹。研究表明不同种族人群的膝关节骨骼特点存在差异[4-5]，尤其以股骨远端形态学差异更大[6]，这种差异在女性更为明显，因此有学者建议专门为女性患者设计有性别差异的性别膝可以改善女性患者膝关节假体的匹配性[7]。近年来，部分膝关节假体在设计上增加了假体型号，部分型号增加了窄号假体(narrow size，NS)，加长加宽股骨滑车沟等，这些设计都显著提高了膝关节假体的匹配性，改善了髌骨轨迹，同时也减小了术中间隙平衡的难度。
作者在给女性患者进行后交叉韧带保留型人工全膝关节置换时经常会发现进口膝关节假体股骨侧匹配性较差。另外后交叉韧带替代型人工全膝关节置换术中髁间骨量切除多少取决于股骨假体髁间宽度，因此不存在股骨髁间与股骨假体失匹配问题[8]。但在后交叉韧带保留型人工全膝关节置换术中由于保留了髁间骨量及后交叉韧带，股骨假体髁间宽度设计太小就有可能使假体在髁间处悬出刺激后交叉韧带，如果髁间宽度太大则使假体覆盖不良可能影响假体覆盖率。带着这些临床问题，作者对120名中国南方女性股骨远端骨骼形态学在后交叉韧带保留型人工全膝关节置换中的应用展开研究，由于在人工全膝关节置换中选择假体型号是以功能性股骨前后径(functional anteroposterial dimention，fAP)优先考虑的原则，因此术中匹配假体时基于fAP值来比对，结果报道如下。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

材料方法

1.1 设计临床调查研究。
1.2 时间及地点 2021年1-12月在福建医科大学附属闽东医院骨科完成。
1.3 对象招募女性志愿者126名，年龄25-77(57.6±9.5)岁，身高135-168(151.8±6.4) cm，体质量40-65 (50.3±11.4) kg，体质量指数16.8-32.2(23.1±3.8) kg/m2。
所有志愿者均签署知情同意书。该研究通过福建医科大学附属闽东医院医学科研伦理审查委员会审查通过(2018宁闽医伦理审字第0426-3号)。
纳入标准：自愿参加此次招募活动的女性志愿者。
排除标准：膝关节周围骨折病史(影响正常解剖特点)、Kellgren-Lawrence4级膝关节患者(膝关节骨赘影响测量的准确性)。
1.4 方法
1.4.1 CT检查与三维重建受试者仰卧位，将膝关节置于固定支具上，保持其膝关节伸直中立位，髌骨朝上，肢体伸展并且自然放松，与股骨远端内、外髁关节面平行方向由近端向远端进行CT断层扫描。扫描条件：德国西门子公司生产的256层CT，层厚0.625 mm，扫描参数：kVp 140.0 kV，射线管电流250 mA；像素：矩阵大小为512×512；每层扫描时间60 ms，总扫描时间为3.14 s，每个受试者均保留软组织窗及骨窗，扫描范围包含关节线上下各30 cm，断层图片400-600张。

图像处理：将获得膝关节骨骼CT图像资料以DICOM格式导入Mimics 20.0软件(比利时Materialise公司)，选择断层图片数量最多的序列(软组织窗)进行计算，阈值划分按默认数值226设置区分骨与软组织，通过蒙板区域增长模块分别建立胫骨、腓骨、股骨、髌骨的蒙板，选择填充缺损，然后计算生成膝关节骨骼三维重建模型，隐藏其余胫骨、腓骨及髌骨，保留股骨远端骨骼三维模型进行下一步研究，见图1。

1.4.2 模拟截骨与参数测量将三维模型导入Magics 22.0软件(比利时Materialise公司)，找出股骨外科通髁轴为轴线，模拟后交叉韧带保留型人工全膝关节置换进行股骨远端截骨：参照膝关节标准截骨方法，以股骨髓腔内定位，外翻6°内髁截骨6 mm(不包含软骨3 mm)；以股骨后髁为参照，外旋3°截骨，内后髁截除6 mm，同时行前后斜行截骨，完成股骨远端截骨。

股骨远端截骨后测量指标，见图2。测量股骨远端截骨后前横径、横径、后横径、髁间宽度、fAP、内侧髁宽度、外侧髁宽度。计算股骨远端曲面率R(Radio)=股骨远端内外径/fAP。

1.4.3 与进口假体匹配方法 ①根据测量所得的股骨远端fAP值[9-10]，由小至大分为超小号(fAP≤47 mm)、小号(47 mm < fAP≤50 mm)、中小号(50 mm < fAP≤53 mm)、中大号(53 mm < fAP≤56 mm)、大号(56 mm < fAP≤59 mm)、特大号(fAP > 59 mm)。同时为了方便研究，拟根据测量的总fAP均值分为fAP≥53 mm组和fAP < 53 mm组，这样方便与进口假体匹配。②共纳入5个临床常用的进口后交叉韧带保留型膝关节假体：Attune (DePuy)、Persona(Zimmer)、Journey II(Smith&Nephew)、Vanguard(Biomet)、Triathlon(Stryker)。③匹配参数：股骨内外径与fAP的比值、髁间宽度、前内外径、后内外径，每次匹配时均选择与该参数差异最大和最小的2种关节假体，同时为方便比对研究，每种关节假体均选择与fAP值相匹配的常规型号进行研究。④根据术中测量fAP值匹配股骨假体型号(介于匹配假体大小两号之间时，以匹配假体相邻两号fAP的差值的1/2为标准，选择偏大号或偏小号的假体与之匹配)，假体悬出及覆盖不良的标准如下：以假体中心性安放为准则，股骨髁间处假体悬出或覆盖不良≥1 mm为阳性[7]；股骨假体四周悬出或覆盖不良≥2 mm为阳性[11]。
1.5 主要观察指标 120名健康志愿者股骨远端各参数差异以及与5种进口膝关节假体的匹配差异。
1.6 统计学分析所有股骨骨骼参数由熟悉Mimics软件操作的3人各测量1次，取平均值作为最终测量数值(减小测量偏倚)。使用SPSS 22.0 统计软件分别计算平均数值及标准差并进行统计学分析(长度均数保留小数点后1位，比值均数保留小数点后2位，采用四舍五入法修正数值)。如数据服从正态分析并且方差齐采用多样本F检验；如方差不齐则采用多样本秩和检验方法；定义P≤0.05为差异有显著性意义。该文统计学方法已经清华大学临床医学院及清华大学附属北京清华长庚医院生物统计学专家审核。

讨论

随着科技的发展，关节外科走向精准化、微创化、个体化是必然的趋势，因此对外科手术及假体设计也提出了更高的要求。据文献报道不同种族、性别的股骨远端骨骼形态学变异较大[6，12]。股骨远端形态学差异主要包括股骨远端曲面率、股骨髁间宽度比、股骨前内外径、股骨后内外径、股骨后髁偏心距等差异。这种形态学差异会同时影响膝关节屈曲间隙、伸直间隙和髌骨轨迹，而严重影响膝关节功能，因此需要提高外科技术、改善假体设计以适应不同种族、性别及个体的膝关节骨骼形态学差异。KIM等[13-14]对比了普通膝关节假体与女性专用膝关节假体的临床疗效，平均随访3.2年，膝关节功能评分无显著性差异，但长期效果仍不清楚。近年来亚洲学者在文献中报道了不同种族、性别股骨远端曲面率的差异[7，15-17]。章晓云等[18]研究中发现广西女性股骨远端曲面率为1.25，男性为1.31，女性平均身高为157 cm。该研究中国南方女性股骨远端曲面率为1.21±0.25，低于文献报道，作者推测可能与纳入人群平均身高151.8 cm低于中国女性平均身高155.8 cm有一定关系[19]。股骨假体曲面率与患者股骨远端骨骼形态学不匹配容易导致股骨假体悬出刺激韧带组织，或假体覆盖不良影响假体使用寿命。CLARKE等[20]在高加索人种中使用传统的膝关节假体时发现，女性股骨部件内外侧假体外悬的概率为17%，而在男性患者中没有发现，说明女性患者股骨远端形态学特点更容易导致关节假体悬出，这与此文作者在临床中观察结果相似。该研究中除了Vangard CR膝关节假体最小fAP值为48 mm，其余进口的4个公司的关节假体均有fAP≤45 mm的超小号假体。尤其是近年来Depuy Attune推出了fAP=47/50/53 mm的窄号假体比较适合亚洲女性，使得fAP值在47-53 mm之间这部分女性患者股骨假体悬出比率相比常规号假体显著降低。但该研究中fAP≤47 mm的志愿者占15%，目前很少进口关节假体有fAP≤47 mm的窄号假体，因此此文作者建议增设fAP≤47 mm的窄号假体，这样可以让更多骨骼较小的女性膝关节患者受益。
全膝关节置换主要分为后交叉韧带保留型和替代型全膝关节置换，随着关节置换技术的普及以及关节置换量的逐年增长，后交叉韧带保留型全膝关节置换也越来越受关节外科医生推崇。由于保留后交叉韧带可以维持膝关节线不变，可以拥有更好的术后本体感觉功能、保留股骨髁间骨量等优势。后交叉韧带替代型人工全膝关节置换时髁间骨量切除多少完全取决于股骨假体髁间宽度[8，21]，因此不存在髁间失匹配问题。但是在后交叉韧带保留型人工全膝关节置换中由于保留了髁间骨量及后交叉韧带，这时股骨假体髁间宽度设计太小就有可能使假体在髁间处悬出刺激后交叉韧带，如果髁间宽度太大则使假体覆盖不良可能影响假体覆盖率，可以通过内移或外移股骨假体来匹配髁间，但能移位的范围相对有限。因此作者猜测后交叉韧带保留型人工全膝关节置换术后股骨髁间假体部分悬出可能会造成后交叉韧带磨损。KIM等[22]分析2 457例后交叉韧带保留型人工全膝关节置换术后后交叉韧带损伤44例患者(1.7%)，发现36例是女性，是男性的4.5倍，研究认为性别是后交叉韧带保留型人工全膝关节置换术后出现后交叉韧带损伤的主要危险因素。该研究中截骨后髁间宽度与假体型号呈递增式分析，平均为(18.8±2.6) mm (16-22 mm)；这与徐兴全等[23]的股骨髁间宽度的范围相近，该研究中前交叉韧带损伤组患者髁间窝宽度[(17.4±3.5) mm]明显小于骨折组[(20.8±1.1) mm]和对照组[(20.2±2.6) mm]，得出髁间窝狭窄可能与前交叉韧带损伤相关。CAY等[24]通过MRI测量研究发现女性股骨髁间窝宽度为15.8-17.5 mm，男性为18.3-20.7 mm，存在显著性差异。KIM等[7]在研究中也发现欧美女性膝关节假体髁间宽度比韩国女性更窄。这些研究都表明了不同国家、性别、个体的股骨髁间宽度存在差异，因此膝关节假体髁间宽度的设计对于后交叉韧带保留型膝关节置换尤为重要。该研究在对进口膝关节假体比较中发现Triathlon、Persona、Journey II的髁间宽度不随型号改变，这与该研究中髋间宽度的递增模式不匹配；而Attune(14-18 mm)、Vangard(19-22 mm)呈线性递增分布，但Attune假体在髁间较宽的患者中容易出现假体悬出，Vangard假体在髁间较窄患者中容易出现覆盖不良。根据这些进口关节假体髁间宽度设计特点及该研究中髁间宽度的测量数据，针对中国南方女性髁间宽度设计方面，作者建议髁间宽度设计随假体型号递增，同时增设髁间宽度的窄号、宽号，这样也许能够更好地提高后交叉韧带保留型人工全膝关节置换的疗效。
在全膝关节置换术中股骨假体前外侧悬出在临床中也比较常见。英国学者GUY等[11]研究发现在应用标准股骨假体时有58%女性患者出现假体悬出≥2 mm，但对临床效果是否有影响还不清楚。韩国学者KIM等[7]研究发现Depuy LCS膝关节假体的股骨前内外径较宽，导致84.8%的韩国女性患者出现股骨假体前外方悬出≥1 mm，相反地NexGen LPS膝关节假体的股骨前内外径较窄造成86%的韩国女性患者术中出现前外方假体覆盖不良≥1 mm。该研究中与股骨远端前内外径差异最大的是Journey II CR假体；总假体悬出率为23.3%，fAP≤53 mm组尤其是fAP≤47 mm组更容易在股骨前外侧悬出，这与GUY等[11]的研究结果比较接近。
Person膝关节假体容易在股骨假体后内侧出现覆盖不良(12%)。该研究中的这些发现都证实了进口假体与中国南方女性股骨远端形态的不匹配性。BUDHIPARAMA等[25]也指出了现有的膝关节假体对亚洲人和高加索人都会出现假体失匹配的问题。因此作者建议增设更多的假体型号以减少全膝关节置换术中股骨远端与关节假体的不匹配问题，同时优化股骨假体前外侧弧形设计以提高后交叉韧带保留型膝关节假体的匹配性。
总之，中国南方女性股骨远端形态与进口关节假体存在明显差异，fAP≤47 mm组比其余各组更容易出现假体内外侧悬出；fAP≤47 mm组比其余各组更容易出现股骨远端中央区骨面覆盖不良；fAP > 53 mm组更容易出现假体髁间悬出；同时进口假体容易在股骨假体前外侧悬出，股骨假体后内侧覆盖不良。因此建议增设fAP≤47 mm股骨假体的窄号，增设髁间宽度的窄号、宽号，同时优化股骨假体前外侧弧形设计以提高后交叉韧带保留型膝关节假体的匹配性。
由于该研究是单中心研究，样本量不大，存在一定样本量偏倚；同时在测量方面虽然采取了三维模拟测量而且由多人同时测量取平均值的方法去尽量减少测量偏倚，但测量误差仍然难以避免。虽然该研究作者努力为中国南方女性的膝关节假体设计理念方面做一点小小的贡献，但仍存在一些问题需要进一步完善。同时该研究未将健康志愿者与膝关节骨关节炎患者对比研究，以及未将国产关节假体纳入研究，期望将来多中心大样本的系列研究能更有代表性，进一步阐明该研究仍未解决的科学问题。中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

股骨远端三维模拟截骨在膝关节置换中的应用

Application of three-dimensional simulated osteotomy of the distal femur in total knee arthroplasty

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[1]	杨毅峰, 黄健, 叶楠, 王琳. 全膝关节置换中的缺血再灌注损伤[J]. 中国组织工程研究, 2024, 28(6): 955-960.
[2]	张立创, 高华利, 王竞超, 林惠君, 吴崇桂, 马迎辉, 黄云霏, 方雪, 翟伟韬. 筋骨并重理筋手法干预全膝关节置换后患者股四头肌功能的加速康复[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(9): 1383-1389.
[3]	魏波, 姚庆强, 唐成, 李旭祥, 徐燕, 王黎明. 经股内侧肌下入路行内轴型全膝关节假体置换的优势[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(4): 552-557.
[4]	万国立, 史晨辉, 王维山, 李昂, 石训达, 蔡怡. 全膝关节置换后慢性疼痛影响因素的回顾性分析[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(4): 558-564.
[5]	谷明西, 王博, 田丰德, 安宁, 郝瑞胡, 王常成, 郭林. 同期和分期双侧全膝关节置换的早期疗效和安全性比较[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(4): 565-571.
[6]	张金彪, 李晓明, 邢婉琳, 马飞, 于巧亚, 代荣琴. 血栓分子标志物预警全膝关节置换后并发静脉血栓栓塞的作用[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(4): 572-577.
[7]	徐祥钧, 王超, 宋群山, 李冰言, 张吉超, 王国栋, 董跃福. 全膝关节置换假体植入的最佳角度选择[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(4): 612-618.
[8]	徐阳阳, 何培亮, 孟庆奇, 李斯明. 膝关节置换后连续收肌管阻滞与连续股神经阻滞对早期活动影响的荟萃分析[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(4): 640-645.
[9]	阿里木江•玉素甫, 阿卜杜吾普尔•海比尔, 覃祺, 刘宇哲, 张乾龙, 冉建. 氨甲环酸和氨基己酸在全膝关节置换围术期应用的有效性与安全性[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(36): 5812-5817.
[10]	朱洪柳, 王维. 中国中老年人腰痛相关因素分析及列线图预测模型的构建[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(31): 4937-4942.
[11]	王浩, 马成豪, 覃祚海, 周海波, 丁皓原, 韩大鹏, 聂智兴, 潘培军, 高晨鑫, 欧阳桂林. 止血带对类风湿关节炎患者全膝关节置换围术期失血量的影响[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(31): 4943-4948.
[12]	李小娟, 张元智, 杨晓光, 高阳, 吴琼. 磁共振成像法量化评价股骨髋臼撞击综合征骨结构变化[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(31): 4965-4970.
[13]	李浩然, 黄健. 有限元分析在人工膝关节置换中的应用[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(31): 5058-5063.
[14]	向福荣, 唐圣鑫, 欧丽珍, 林熙凯, 陈建. 不同运动贴扎技术对跳深着陆时膝关节应力的影响[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(30): 4850-4855.
[15]	王珍玉, 夏渊, 卢悦, 潘新永, 李永杰. 不同抗阻训练方案对绝经后女性骨密度影响的网状Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(28): 4586-4592.