国人膝关节参数对假体设计的意义

doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.48.004

摘要/Abstract

摘要：

背景：人工全膝关节置换所选假体的形状、尺寸是否与膝关节相匹配，将明显影响手术及术后长期效果。由于缺少对国人体质参数的研究，中国关节外科领域缺少国人膝关节特性数据和国产化膝关节假体。
目的：获得国人正常胫骨近端不同截骨高度线性参数正常参考值。
方法：选取82例/135膝(男85膝，女50膝)国人正常膝关节，年龄19~82岁，平均47.2岁；利用原始CT扫描图像资料重建膝关节，并在工作平台上以一定后倾角度对胫骨进行旋转、切割，测量不同截骨高度各截面的相关线性参数。
结果与结论：测得所有受试者胫骨各截面的前后径平均值为(48.41±3.41) mm，横径平均值为(75.03±4.88) mm，前后径与横径的比值平均为0.655± 0.032；前后径、横径在不同性别间差异存在显著性义(P < 0.01)，前后径在不同截骨高度差异存在显著性意义(P < 0.01)。结果说明在设计国人膝关节假体应该注意到性别及截骨高度的差异。

关键词: 胫骨, 放射测量术, 三维成像, 人工假体, 全膝关节置换

Abstract:

BACKGROUND: he matching degree of shape and dimension of the total knee arthroplasty prosthesis to the knee joint significantly affects the operative and postoperative effects. There are few researches the Chinese proximal tibia parameters, so it is necessary to explore the characteristic data and domestic prosthesis.
OBJECTIVE: To obtain the normal linear parameters on the different resection levels of normal proximal tibia in Chinese.
METHODS: A total of 82 normal people/135 knees, including 85 knees of males and 50 females, with an average age of 47.2 years (range from 19 to 82 year), were selected. Original CT image data were utilized to set up the three-dimensional model of Chinese normal knees and measure the related linear parameters of proximal tibia section on the work station.
RESULTS AND CONCLUSION: The average anterior-posterior (AP) and medial-lateral (ML) lengths of the proximal tibia section were (48.41±3.41) and (75.03±4.88) mm, respectively; the average ratio of AP and ML (RAP／ML) was (0.655±0.032). AP and ML showed statistical significances among different genders and different osteotomy height (P < 0.01). Therefore, the characteristics and the gender difference should be considered when we design the tibial plateau prosthesis.

中图分类号:

R318

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参考文献

引言

材料方法

讨论

3.1 膝关节几何学研究的必要性 人工全膝关节置换是一个精细的手术，术中轻微的角度偏移必将影响下肢力线的恢复，从而导致手术的失败。只有人体与假体之间获得较高的匹配度，才能最大程度的恢复膝关节的力学及运动学性能。如果组件过小，容易导致假体下沉和松动^[8] 。2006年瑞典的一份调查报告显示该国近10年膝关节翻修的主要原因就是假体松动^[9] 。如果假体过大，将刺激关节囊和周围韧带，引起疼痛和膝关节活动受限。因此良好的假体设计除了可以降低翻修率，也能提高初次人工全膝关节置换患者的生活质量。精确的膝关节三维形态知识是膝关节假体设计、制造及选择的基础^[10] 。许多研究表明，亚洲人的膝关节与欧美一些国家的人中相比普遍要小^[11-13] ，国内使用的人工膝关节假体大多根据国外膝关节的形态而设计，而国内对于人工膝关节置换形态学的研究报道很少，因此在膝关节的形态设计上缺乏可靠的数据。
3.2 国内外研究现状 Hitt等^[8]曾经对295例/337膝首次进行人工全膝关节置换手术的患者胫骨截面进行术中测量，获得了截面的线性参数，并分析了纵横比的临床意义。国内方面，孙明举等^[14]将21例正常国人按身高不同分为3组，进行膝关节CT三维重建，利用Auto-CAD技术对各参数进行精确测量。王岩等^[15]也利用计算机辅助技术对120例(240膝)正常国人膝关节进行三维重建，初步建立国内正常人膝关节模型和国人正常膝关节相关指标参考值。以上学者所采用的测量方式或是术中测量，或是对正常膝关节三维重建后进行测量，但所采取的截骨后倾角度及截骨高度均是按照西方假体设计理念为依据进行的。Collier等^[16]认为，为均衡各方面的影响，在进行膝关节置换时，应适量的进行胫骨截骨，从而使临床医师能够置入合适厚度的聚乙烯垫片。程兆明等^[17]认为：胫骨的截骨平面一般要求在软骨下骨5~7 mm处截除。为此本研究参考了国内几种假体常用的胫骨聚乙烯垫片厚度，在三维图像中测量了胫骨软骨下6 mm、7 mm、9 mm 3个层面的线性参数。考虑软骨自身3 mm的厚度^[18] ，这分别相当于术中9 mm、10 mm和12 mm高度，这也是国内术者常规选取的胫骨截骨厚度。另有国内学者认为，国人胫骨平台的后倾角度要明显大于西方人^[19] ，因此本研究选用接近国人胫骨平台后倾角(10°)的方法进行切割, 更加符合国人正常膝关节的特点。
3.3 中西方胫骨近端形态学差异 Cheng等^[20]研究胫骨尺寸分布的结果显示，国人膝关节的截面较方圆，而目前临床上应用的进口人工膝关节假体多呈“扁长状”，显示一般进口假体无法完整覆盖胫骨切面。Uehara等^[7]也对日本人胫骨进行测量，并分析得出目前常用假体的纵轴与胫骨前后径多不匹配，往往有5 mm左右的差距。本研究通过胫骨近端三维重建截骨后的精确测量，测得截面横径平均值为75.03 mm，这一数值要小于Stulberg等^[21]报道的对西方人的测量结果；而本实验测得国人截面前后径平均值要大于Westrich等^[22]的测量结果(平均42.9 mm)；测得的截面纵横比(0.655)与Huang等^[23]国内学者的研究结果(0.675)相近，而大于Hitt等^[8]的研究结果(0.612)。由此可见，本研究得出的结论与上述两位学者的结论一致，亚太人种胫骨截面的横径要小于西方人，但胫骨前后径却大于西方人。设计以国人体质参数为特征的国产膝关节假体势在必行。可以预期，在进行国产假体设计时，适当延长胫骨假体前后径、减少横径,可以增加截骨面的覆盖率及股骨后滚距离，从而提高假体稳定性，延长假体使用寿命。另外，作者通过统计学研究认为：在进行国人膝关节假体设计以及全膝关节置换时，也还应该注意男女性别间的差异性。
综上所述，通过胫骨近端三维重建后截骨测量，获得了相关的线性参数，并通过与西方学者的研究结果进行对比分析，得出中西方人胫骨近端的形态学存在一定的差异，这一差异足以影响膝关节假体的设计理念。由于本课题受试者多来源于华北地区，因此研究对象分布较为局限，为获得更为准确的国人膝关节参数，应该在全国进行多中心研究。另外，由于本课题研究时间有限，收集到的样本量尚有不足，为减小抽样误差有必要进一步加大样本进行研究。

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