中国人膝关节解剖标志点和关节线距离的测量及特性分析

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.46.007

中国组织工程研究 ›› 2015, Vol. 19 ›› Issue (46): 7413-7418.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2015.46.007

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中国人膝关节解剖标志点和关节线距离的测量及特性分析

陈彤，曲铁兵，潘江，林源，王志为，任世祥，温亮，张博，周磊，马德思

首都医科大学附属北京朝阳医院骨科，北京市 100020

收稿日期:2015-10-03 出版日期:2015-11-12 发布日期:2015-11-12
通讯作者: 曲铁兵，主任医师，教授，首都医科大学附属北京朝阳医院骨科，北京市 100020
作者简介:陈彤，男，1973年生，辽宁省辽阳市人，汉族，2015年首都医科大学毕业，硕士，主治医师，主要从事关节置换的临床与基础研究。
基金资助:
卫生部公益性行业科研专项经费(201302007)

Distance between knee anatomic landmarks and the joint line in Chinese people: measurement and characteristic analysis

Chen Tong, Qu Tie-bing, Pan Jiang, Lin Yuan, Wang Zhi-wei, Ren Shi-xiang, Wen Liang, Zhang Bo, Zhou Lei, Ma De-si

Department of Orthopedics, Beijing Chaoyang Hospital, Capital Medical University, Beijing 100020, China

Received:2015-10-03 Online:2015-11-12 Published:2015-11-12
Contact: Qu Tie-bing, Chief physician, Professor, Department of Orthopedics, Beijing Chaoyang Hospital, Capital Medical University, Beijing 100020, China
About author:Chen Tong, Master, Attending physician, Department of Orthopedics, Beijing Chaoyang Hospital, Capital Medical University, Beijing 100020, China
Supported by:

the Welfare Industry Special Funds of the Ministry of Health, No. 201302007

摘要/Abstract

摘要：

背景：在膝关节置换或者翻修中，正确的维持关节线的高度对于手术效果乃至手术的成功与否是至关重要的。国外学者曾经对膝关节各标志点至关节线距离的线性参数进行了研究和报道，但国内尚缺乏针对于国人的相关数据。
目的：通过对膝关节解剖标志点到关节线距离的测量分析，为严重骨缺损的初次全膝关节置换以及翻修提供临床数据参考。
方法：随机选择409例(746膝)中国北方及西南地区健康成年志愿者，平均年龄37.7岁，男214例，女195例。应用CT扫描，重建膝关节三维模型，通过Mimics软件依次测量各解剖标志点到关节线间的距离。
结果与结论：测得股骨内上髁的凹点中心到关节线的距离平均为(25.72±2.52) mm，股骨外上髁的凸点中心到关节线的距离平均为(26.30±2.65) mm，股骨内收肌结节到关节线的距离平均为(44.60±4.32) mm，胫骨结节最高点到关节线的距离平均为(21.50±3.57) mm，所得数据均为男性大于女性(P < 0.05)。结果证实，相应数据为膝关节置换或翻修中恢复关节线高度提供了重要的解剖依据；股骨内上髁的凹点中心、外上髁的凸点中心和内收肌结节到关节线的距离变异性较小，作为正常关节线的标志点更具参考价值。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

关键词: 组织构建, 骨组织工程, 关节成形, 置换, 膝, 翻修, 骨关节炎, 关节线, 解剖标志点, 放射测量, CT, 三维重建, 数字化骨科

Abstract:

BACKGROUND: It is important to maintain the height of joint line in total knee arthroplasty or renovation. Foreign scholars have reported the parameters of the distance from different landmarks to knee joint line, but there is still a lack of relevant data for Chinese people.
OBJECTIVE: To explore the relationships of the knee anatomic landmarks and joint line in normal Chinese, thereby providing clinical evidence for primary total knee replacement and knee renovation.
METHODS: Totally 746 normal knee joints of 409 healthy volunteers from North China and Southwest China were randomly enrolled, including 214 males and 195 females, with a mean age of 37.7 years. CT scan was used to reconstruct the three-dimensional knee joint, and the distance between the anatomic landmarks and the joint line was measured using Mimics software.
RESULTS AND CONCLUSION: The distance from the center of femoral medial sulcus to the joint line was (25.72±2.52) mm. The distance from the center of lateral femoral condyle prominence to the joint line was (26.30±2.65) mm. The distance from the adduction muscle tubercle to the joint line was (44.60±4.32) mm. The distance from the peak of the tibial tubercle to the joint line was (21.50±3.57) mm. These parameters in male group were significantly higher than those in female group (P < 0.05). In conclusion, these findings provide
anatomic evidence for the recovery of joint line in knee replacement or renovation; the variability of the distance from the center of femoral medial sulcus, lateral femoral condyle prominence and adductor tubercle to the joint line is smaller, and therefore, these landmarks have more reference values in total knee arthroplasty.
中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

Key words: Arthroplasty, Replacement, Knee, Osteoarthritis, Anatomy, Comparative, Radiometry, Tomography, Spiral Computed, Tissue Engineering

陈彤，曲铁兵，潘江，林源，王志为，任世祥，温亮，张博，周磊，马德思. 中国人膝关节解剖标志点和关节线距离的测量及特性分析[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(46): 7413-7418.

Chen Tong, Qu Tie-bing, Pan Jiang, Lin Yuan, Wang Zhi-wei, Ren Shi-xiang, Wen Liang, Zhang Bo, Zhou Lei, Ma De-si . Distance between knee anatomic landmarks and the joint line in Chinese people: measurement and characteristic analysis[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2015, 19(46): 7413-7418.

图/表（结果） 5

2.1 受试者数量分析纳入对象409例(746膝)均进入结果分析，无中途退出者，无脱失值。均进入最终结果分析。2.2 受试者基线分析纳入409例/746膝健康成年志愿者中，男214例(390膝)，女195例(356膝)；年龄18-65岁，平均37.7岁；18-39岁(348膝)；40-59岁(255膝)；≥ 60岁143膝。左膝374例，右膝372例。均无下肢先天发育畸形、膝关节疾病或创伤病史。

2.3 解剖标志点到关节线距离参数的统计描述 Dis(A，α)为(25.72±2.52) mm；Dis(B，α)为(26.30±2.65) mm：10.07%；Dis(C，α)为(44.60±4.32) mm；Dis(J，α)为(12.88±3.89) mm；Dis(R，β)为(21.50±3.57) mm；Dis(S，β)为(12.72±3.09) mm。详细参数见表1。

2.4 侧别、年龄和性别分组的参数值比较侧别分组进行独立样本的t 检验。年龄分组组间数据比较采用单因素方差分析，结果均差异无显著性意义(P > 0.05)。性别分组的独立样本t 检验结果显示：Dis(A，α)、Dis(B，α)、Dis(C， α)、Dis(R，β)以性别分组的独立样本的t 检验P < 0.05，差异有显著性意义。Dis(J，α)和Dis(S，β)以性别分组的独立样本t 检验P > 0.05，差异无显著性意义。见表2，图3。

2.5 解剖标志点到关节线距离参数与股骨长度Pearson相关性的统计分析结果对总体数据样本与股骨长度进行Pearson相关性的统计分析结果：Dis(A，α)与股骨长度存在正相关性，相关系数：0.657；Dis(B，α)与股骨长度存在正相关性，相关系数：0.651；Dis(C，α)与股骨长度存在正相关性，相关系数：0.578；Dis(J，α)与股骨长度存在正相关性，相关系数：0.342；Dis(R，β)与股骨长度存在正相关性，相关系数：0.444；Dis(S，β)与股骨长度不存在相关性。见表3。

2.6 各相关参数与股骨长度的直线回归分析见表4。实验推算Dis(A，α)的直线回归方程为ý=-2.120+0.066x。推算Dis(B，α)的直线回归方程为ý=-2.684+0.069x；推算Dis(C，α)的直线回归方程为ý=2.647+0.100x；推算Dis(J，α)的直线回归方程为ý=-9.487+0.053x；推算Dis(R，β)的直线回归方程为ý=-5.154+0.064x。2.7 不良反应评估在X射线筛选及CT扫描数据采集过程中，所有对象均未出现接触放射线所产生的相关不良反应。

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引言

材料方法

1.1 设计影像学实验。

1.2 时间及地点于2012年10月至2013年7月在首都医科大学附属北京朝阳医院、解放军总医院、重庆医科大学附属第一医院、河北医科大学附属第三医院、重庆新桥医院和新疆医科大学附属第一医院共同完成。

1.3 对象由课题组按纳入标准随机抽取409例(746膝)健康成年志愿者，其中男214例(390膝)，女195例(356膝)；年龄18-65岁，平均37.7岁；左膝374例，右膝372例。18-39岁者348膝；40-59岁者255膝；≥60岁者143膝。按国务院《医院管理条例》规定对患者的治疗及风险进行如实告知，患者对治疗均签署知情同意书，治疗方案经医院医学伦理委员会批准。

纳入标准：下肢无先天发育畸形；无膝关节疾病或创伤病史；X射线检查骨质无明显退变，无膝关节畸形。

排除标准：CT检查示膝关节对位异常或骨缺损；既往有膝关节外伤致陈旧性骨质病变。

剔除标准：对已被选入此临床研究，属于以下情况之一者，作为剔除病例：①不符合纳入标准，或符合排除标准者。②CT扫描图像范围不全者。③记录项目不全者。

退出标准：对已被选入本临床研究，不愿意进行CT扫描，向主管医生提出退出者。

膝关节解剖标志点和关节力线距离的测量实验用主要仪器：
仪器	来源
GE MEDICAL SYSTEMS Light Speed	首都医科大学附属北京朝阳医院
GE MEDICAL SYSTEMS Bright Speed	重庆医科大学附属第一医院
SIEMENS Sensation 16	河北医科大学附属第三医院
GE MEDICAL SYSTEMS Light Speed 16	重庆新桥医院
GE MEDICAL SYSTEMS Light Speed VC	新疆医科大学附属第一医院

1.4 方法

1.4.1 CT扫描方法志愿者仰卧位，防旋鞋固定双下肢处于旋转中立位，膝关节完全伸直，扫描层厚0.625 mm，扫描范围为髂前上棘至跟骨。每一位志愿者的CT扫描图像数据均刻录一张光盘保存，待后期处理。

1.4.2 下肢三维模型的重建 CT图像扫描数据导入Mimics 10.01软件(比利时Materialize公司)，得到下肢全长的冠状位、矢状位和横断位的连续断层图像，及其重建三维立体模型。对所得的模型进行全方位、多角度、多方向的观察，确定实验所需的解剖标志点。

1.4.3 股骨模型的建立首先在三维立体模型上确定股骨的机械轴线，然后在视窗中应用Mimics 10.01软件的重新切割规划(reslice project)功能，建立垂直于股骨机械轴线的横断位连续断层图像，最终通过三维切割合成股骨立体模型，即实验的股骨测量模型。

建模成功的标准：包含股骨全长及髌骨全部影像。

1.4.4 股骨远端解剖标志点和参照平面的确定及距离的测量图1所示，确定股骨内上髁的凹点中心(A)、股骨外上髁的凸点中心(B)、股骨内收肌最凸点(C)、股骨内髁最低点(D)、髌骨下极最低点(J)为解剖标志点，并分别标记。确定经股骨内髁最低点(D)的垂直于股骨机械轴的平面(α)。应用Mimics 10.01软件的测量功能分别测量：A，B，C，J到平面α的距离，分别对应Dis(A，α)，Dis(B，α)，Dis(C，α)和Dis(J，α)。同时测量股骨头最高点至股骨髁间最高点的距离设定为股骨长度。

1.4.5 胫骨模型建立在三维立体模型上确定胫骨的机械轴线，应用Mimics 10.01软件的reslice project功能，建立垂直于胫骨机械轴线的横断位连续断层图像，最终通过三维切割合成胫骨立体模型，即实验的胫骨测量模型。建模成功的标准：包含胫腓骨全长影像。

1.4.6 胫骨近端解剖标志点和参照平面的确定及距离的测量确定胫骨外侧平台中心最高点(M)、胫骨结节最高点(R)、腓骨小头最高点(S)为解剖标志点。确定经胫骨外侧平台中心最高点(M)的垂直于胫骨机械轴的平面(β)。测量R、S到平面β的距离，分别对应Dis(R，β)、Dis(S，β)，见图2。

1.5 主要观察指标解剖标志点到关节线距离参数的统计描述、侧别、年龄和性别分组的参数值比较、解剖标志点到关节线距离参数与股骨长度Pearson相关性的统计分析结果。

1.6 统计学分析计量资料以x(_)±s表示，采用SPSS 19.0软件进行数据分析，用独立样本t 检验和单因素方差分析分析比较组间数据差异，并对各参数与股骨长度进行相关性统计分析和直线回归分析，P < 0.05为差异有显著性意义。

讨论

3.1 全膝关节置换关节线测量的相关研究全膝关节置换中膝关节关节线的重建尤为重要。在初次置换中膝关节可以通过等量截骨法，即胫骨近端与股骨远端截取相同厚度的骨量，以保持关节线高度。在严重骨缺损初次全膝关节置换中或翻修中，胫骨近端和股骨远端的常规参照点往往缺如，术者需通过备用参照点确定膝关节线高度。虽然如何通过备用参照点确定膝关节线的方法国内外研究仍然存在差异，但对关节线的测量已经作为对不同手术选择的一个重要测量参数。Martin等^[11-12]国内外的学者在关节线改变的课题上进行了一定的研究，但是目前膝关节线位置的测量和评估还存在很大争议^[14-16]。Stern等^[17]和Figgie等^[18]应用膝关节侧位片参照判断膝关节线位置，以胫骨平台的切线标定关节线。并定义全膝关节置换前后关节线变化为：应用负重侧位X射线片，术后测量胫骨假体上缘与胫骨结节之间的距离与术前测量胫骨平台与胫骨结节之间的距离的差值。Figgie等^[18]学者对西方人进行了测量，常用的骨性参考点有：股骨外侧髁突起、股骨内侧髁小凹^[19]、内收肌结节、腓骨小头^[20]、胫骨结节^[18^，^21-22]。Tang等^[23]对中国人的胫骨侧膝关节标志位点进行了相关的研究。实验的研究旨在找到国人膝关节线可靠的骨性标志点，从而为全膝关节置换提供参考。

3.2 实验模型的建立、参数定义及距离测量方法实验采用多中心CT数据采集，取得大量临床样本，具有较好的重复性和证据等级；对象为健康志愿者，排除了退变、畸形等影响因素，更能反映在正常生理状态下国人膝关节的解剖标志点和关节线关系，提供的数据有很大的参考价值。

由于体位或扫描原因股骨内上髁和外上髁等标志点不会出现在不同一张影像上，直接测量会有较大误差。Tan等^[24]为避免在某一张断层图像上测量可能出现的误差，采用图像叠加的方法将全部解剖标志集中在一张图像上进行测量，减少了这种误差。实验通过Mimics软件的处理后，在三维空间直接测量，这种方法一定程度上消除这种测量误差。由于CT扫描数据的准确性受到志愿者下肢体位的影响，所以实验进行的是下肢全长的CT扫描检查，通过Mimics软件的处理，确定股骨和胫骨的机械轴线，使得实验用于确定解剖标志点的每一张断层图像均能垂直于机械轴线，避免了CT扫描时形成的原始误差，也使测量的方式更加接近于全膝关节置换中截骨的确定方法。虽然解剖标志点到关节线是点到线的关系，属于二维概念，但是在全膝关节置换中进行股骨远端截骨时，都是落实到截骨模具所在的平面上，所以关节线实际上是一个二维平面表达，应该称为“关节平面”。实验中解剖标志点到参考平面距离的测量是使用Mimics软件中的“点到面距离测量”功能实现的。

3.3 实验所得参数及统计结果的分析 Griffin等^[25]和 Servien等^[21]发现股骨内髁小凹距离膝关节线的平均距离为27.4-28.0 mm，外侧髁突起距膝关节线的距离为23.9- 24.3 mm，男女之间具有显著差异。Rajagopal等^[26]应用CT计算通髁线与其中点垂线至后髁关节面的距离之间的比值，是一个波动幅度较小的常数，且男女不具有统计学差异。实验测定国人股骨内上髁的凹点中心和股骨外上髁的凸点中心到关节线的距离分别为25.72 mm和26.30 mm，与股骨长度成正相关性。

腓骨头最高点通常被认为是膝关节线确定的重要参考标志，Laskin等^[27]在研究中应用其作为膝关节线的参考标志。Tang等^[23]研究结果腓骨小头距关节线的距离为(11.99±1.20) mm(9.35-15.75 mm)，认为其具有较小的标准差，男女无统计学差异，可以作为膝关节线的参考标志。但是实验的研究数值为12.72±3.09(5.00-17.50)，变异系数高达24.3%，且与股骨长度不具有相关关系。这点同 Havet等^[28]和Servien等^[21]的研究结果相一致。实验在对总体数据样本进行性别的独立样本的t 检验结果中，出现了腓骨小头最高点到关节线的距离在性别比较中差异没有显著性意义。实验再次对腓骨小头最高点到关节线的距离的性别分组频数分布图进行了比较，发现部分男性样本具有很大的变异性，在最小值和最大值附近均有较多样本数。这些变异改变了其正态分布曲线的分布特性，使曲线沿横轴左移，同时曲线高度降低。实验复查了相关样本的CT及三维重建图像，进一步证实了变异的存在。故根据临床发现推断，该t 检验的无效假设H₀为伪命题。故不能否定腓骨小头最高点到关节线的距离在性别比较中存在差异性。可见腓骨小头距关节线的距离不能作为可靠的膝关节线参考标志。

Figgie等^[18]提出胫骨结节可以作为膝关节线的参考标志，Neyret等^[29]发现，胫骨结节到膝关节线距离的差异较小，不具有男女差异性。但是Servien等^[21]对西方人和Tang等^[23]对中国人的研究都发现该参数个体之间差异性较大，且具有男女差异。实验测量胫骨结节最高点到关节线的距离变异较大，平均为21.50 mm。

Classen等^[30]发现髌骨下缘到膝关节线的距离与胫骨结节到膝关节线的距离的比值为常数，差异较小，不具有男女差异。实验发现髌骨下缘距离关节线平均为(12.88±3.89) mm，变异系数为30.2%。而且在初次全膝关节置换时往往处理髌骨，从而导致翻修时该参数改变。可见髌骨下缘距关节线的距离不能作为可靠的膝关节线参考标志。

实验测量发现：与髌骨下级最低点、胫骨结节最高点和腓骨小头最高点相比较，股骨内上髁的凹点中心、股骨外上髁的凸点中心、股骨内收肌结节最高点和胫骨结节最高点到关节线距离的离散程度和变异系数相对较小，更具有参考意义。同时实验将各参数与股骨长度进行了相关性统计分析和直线回归分析，得出了相同的结论。

3.4 实验测量结果的临床意义全膝关节置换的目的是重建膝关节的功能，在严重骨缺损和强直膝等全膝关节置换中，传统手术技术中的骨性标志点和截骨工具的参照点缺如，常造成手术截骨平面异常和关节线高度改变。根据实验所得膝关节解剖标志点和关节线距离测量的结果及其相关性的统计学分析，可以发现股骨内上髁的凹点中心、外上髁的凸点中心和内收肌结节到关节线的距离比胫骨结节最高点到关节线距离的变异性较小，作为全膝关节置换恢复正常关节线的标志点更具参考价值。腓骨小头最高点的变异性最大，建议仅作为辅助参考。根据实验所得测量结果，建议在全膝关节翻修中先以股骨侧解剖标志作为关节线位置的参考，确定关节线高度后，选择适配假体聚乙烯衬垫，必要时参考胫骨侧解剖标志点作为辅助佐证。骨缺损畸形差异较大时，要综合衡量多个解剖标志点的位置进行截骨和关节线重建。

3.5 实验局限性 ①尽管为了提高数据测量的准确性，实验选择了骨与软组织间信号差别较大的CT扫描，但并没有进行尸体标本校正研究，因此有可能存在数据准确性欠佳的不足。②研究的放射学资料单一，没有考虑与磁共振影像学资料的相互结合，把关节软骨对关节线的影响纳入研究范围，测量的指数没有达到预期的理想效果。③虽然实验是多中心研究，研究对象达到409例，但在受试者选取过程中不可避免的会出现选择性偏倚，从而对研究结果产生一定的影响。

综上所述，在严重骨缺损的初次全膝关节置换和翻修中，通过恢复解剖标志点到关节线的距离，重建正常关节线都是非常重要的。实验通过多中心大样本数据研究，得到相对具有普遍性的结果，为膝关节置换或翻修中恢复关节线高度提供了重要的解剖依据。
中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建；骨细胞；软骨细胞；细胞培养；成纤维细胞；血管内皮细胞；骨质疏松；组织工程

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[2]	张宇, 田少奇, 曾国波, 胡川. 初次下肢全关节置换后发生心肌梗死的危险因素[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1340-1345.
[3]	李大地, 朱梁, 郑力, 赵凤朝. 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]	韦玮, 李剑, 黄林海, 兰敏东, 卢显威, 黄绍东. 全膝或全髋关节置换后老年人首次活动时跌倒恐惧的影响因素[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1351-1355.
[5]	王金军, 邓增发, 刘康, 何智勇, 余新平, 梁建基, 李晨, 郭洲洋. 全膝关节置换静脉滴注氨甲环酸联合含氨甲环酸鸡尾酒局部应用的止血效果及安全性[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1356-1361.
[6]	肖国庆, 刘选泽, 严钰皓, 钟喜红. 后交叉韧带替代型假体全膝关节置换术后屈曲受限的影响因素[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1362-1367.
[7]	彭智浩, 冯宗权, 邹勇根, 牛国庆, 吴峰. 活动平台单髁置换后下肢力线与外侧间室骨关节炎进展的关系[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1368-1374.
[8]	黄泽晓, 杨妹, 林诗炜, 何和与. 血清n-3多不饱和脂肪酸水平与全膝关节置换早期股四头肌肌力变化的相关性[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1375-1380.
[9]	张冲, 刘志昂, 姚帅辉, 高军胜, 姜岩, 张陆. 局部应用氨甲环酸减少老年股骨颈骨折全髋关节置换后引流的安全和有效性[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1381-1386.
[10]	袁家威, 张海涛, 揭珂, 曹厚然, 曾意荣. 基于网络药理学研究桃红四物汤治疗假体周围感染的潜在靶点和机制[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1428-1433.
[11]	陈俊名, 岳辰, 何沛霖, 张俊涛, 孙墨渊, 刘又文. 髋关节置换与股骨近端防旋髓内钉内固定修复高龄股骨转子间骨折效果的Meta分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(9): 1452-1457.
[12]	樊佳兵, 张军梅. 成年女性不同垂直骨面型下颌骨形态的测量分析[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(8): 1177-1183.
[13]	唐辉, 姚志浩, 罗道文, 彭双麟, 杨双林, 王浪, 肖金刚. 高脂高糖饮食结合链脲佐菌素建立2型糖尿病性骨质疏松症大鼠模型[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(8): 1207-1211.
[14]	陈继铭, 吴晓静, 刘田丰, 陈海聪, 黄成硕. 水飞蓟素对四氯化碳致小鼠肝损伤和骨代谢的影响[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(8): 1224-1228.
[15]	刘翔翔, 黄云梅, 陈文列, 林如辉, 卢小冬, 李钻芳, 许亚晔, 黄美雅, 李西海. 早期骨关节炎模型大鼠半月板白区细胞的超微结构变化[J]. 中国组织工程研究, 2021, 25(8): 1237-1242.