膝关节置换时股骨髓内定位对假体排列的影响

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.04.005

摘要/Abstract

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文题释义：

膝关节置换股骨髓内定位：膝关节置换是利用人工假体治疗膝关节疾病的新技术，需要医生熟知膝关节及股骨、胫骨解剖形态学知识。传统髓内定位系统以股骨解剖轴为参考，将髓内定位杆准确地插入股骨髓腔，精确的定位杆插入点可以得到精准的力线，下肢力线精准能够延长假体生存率。而由于个体膝关节、股骨解剖形态学的差异，如何精准地髓内定位仍然是需要解决的问题。

下肢力线：是象征正常人体下肢在负重位时的力学传导通路的一条假想直线，起始于股骨头旋转中心，止于内外踝中点。保持正常的下肢力线可以使应力分布均匀，对于假体的长期生存十分关键，常辅助利用骨髓内定位杆保持下肢力线正常，骨髓内定位杆进针点的位置对下肢力线造成偏差，研究其造成的偏差相关程度及影响因素对于延长假体生存率的认识举足轻重。

背景：膝关节置换时股骨髓内定位精确度要求高，操作复杂，选择更精确的定位方法及确定正确的进针点对于假体及关节功能都十分重要。

目的：膝关节置换时观察应用不同股骨髓内定位方法时进针点位置对假体排列的影响。

方法：选择2012年1月至2015年7月在常熟第一人民医院接受膝关节置换的80例患者，按照随机数字法分为试验组和对照组，每组40例。试验组利用CT扫描进行股骨髓内定位，借助影像学参数对股骨髓内定位进入点的理论位置进行标记。对照组采用传统膝关节置换技术对股骨髓内定位进入点进行标记。观察应用不同股骨髓内定位方法时进针点的位置，探讨膝关节置换时股骨髓内定位对假体排列的影响。

结果与结论：与对照组相比，试验组正侧位X射线片上进入点到股骨解剖线的距离更短，股骨假体外侧角及膝关节生理外翻角更接近理论值，股骨轴线与股骨髁交点与滑车中心的距离更短，差异均有显著性意义(P < 0.05)。结果证实，三维CT扫描模拟定位与传统二维骨髓内定位相比进针点位置更为准确，多集中于髁间窝偏内2-5 mm，髁间窝偏前3-10 mm，三维CT扫描模拟定位是股骨髓内定位可靠的选择。

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

ORCID: 0000-0003-4072-871X(李乐翔)

关键词: 骨科植入物, 人工假体, 股骨髓内定位, 膝关节置换, 三维扫描, 传统定位, X射线片

Abstract:

BACKGROUND: The femoral intramedullary guides in total knee arthroplasty require high precision, complex operation, it is very important for prosthesis and joint function to choose more precise positioning method and determine the correct needle point.
OBJECTIVE: To study the effect of needle point position on prosthesis arrangement when applying different femoral intramedullary guides methods in total knee arthroplasty.
METHODS: Totally 80 patients who received the treatment of total knee arthroplasty in Changshu No.1 People’s Hospital from January 2012 to July 2015 were selected and divided into test and control groups according to random number table (n=40/group). The patients in the test group accepted CT scan for femoral
intramedullary guides. The theoretical position of femoral intramedullary guides entry point was marked using radiographic parameters. In the control group, the traditional total knee arthroplasty technology was used to mark the entry point of femoral intramedullary guides. The needle point position when applying different femoral intramedullary guide methods was observed. The effect of femoral intramedullary guides on prosthesis arrangement in total knee arthroplasty was discussed.
RESULTS AND CONCLUSION: Compared with the control group, the distance from entry point to femoral anatomic line on positive and lateral X-ray film in the test group was shorter, femoral prosthesis lateral angle and physiological valgus angle were closer to the theoretical value, distance from intersection of femur axis and femoral condyle to block center was shorter; the differences were statistically significant (P < 0.05). These results demonstrate that compared with the traditional two-dimensional intramedullary positioning, the needle point position of three-dimensional CT scan stimulative positioning is more accurate. The location more concentrates on within intercondylar fossa 2-5 mm, more front of intercondylar fossa 3-10 mm, three-dimensional CT scan stimulative positioning is a reliable choice for femoral intramedullary guides.

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图/表（结果） 6

2.1 参与者数量分析按意向性处理，80例患者的试验数据全部计入结果分析，无中途退出者。分组示意图见图2。

2.2 基线资料比较试验组患者年龄51-81岁，平均(66.58±7.81)岁；男10(25%)例，女30(75%)例；对照组患者年龄54-80岁，平均(67.45±6.54)岁，男9(22%)例，女31(78%)例。两组患者的性别和年龄差异均无显著性意义(P > 0.05)，见表1。

2.3 两组患者正侧位X射线片上进入点到股骨解剖线的距离比较置换后试验组在正侧位X射线片上进入点到股骨解剖线的距离(L1、L2)均短于对照组，距离越短越好，差异均有显著性意义(P < 0.05)，见表2。

2.4 两组患者股骨假体外侧角及膝关节生理外翻角的比较置换后试验组的股骨假体外侧角比对照组小，理论值为6°，差异有显著性意义(P < 0.05)；置换后试验组的膝关节生理外翻角比对照组大，理论值为174°，差异有显著性意义(P < 0.05)，见表3。

2.5 两组患者股骨轴线与股骨髁交点与滑车中心的距离比较置换后试验组的股骨轴线与股骨髁交点与滑车中心的距离短于对照组，距离越短越标准，两组相比差异有显著性意义(P < 0.05)，见表4。

2.6 试验组入针点相对于髁间窝顶点位置分析试验组利用CT扫描可以得出更多入针点位置的数据，有利于入针点位置的准确分析。入针点在冠状面的位置偏髁间窝顶点内方，距离为(3.04±0.95) mm；入针点在矢状面的位置偏髁间窝顶点前方，距离为(6.47±1.94) mm，见表5。

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引言

膝关节置换是一种有效修复膝关节疾病的方法，膝关节作为解剖复杂、对运动功能要求很高的关节，对于人体功能活动至关重要。对于膝关节炎、骨性关节炎和骨软骨坏死性疾病都有不同程度的治疗效果。其中骨关节炎作为老年人常发病，发病过程由关节软骨的磨损、溃烂直至出现关节的肿胀、畸形及功能障碍，给患者带来严重的身体和精神负担，行为能力下降，若用理疗、药物及功能锻炼等方法保守治疗，随病变发展疗效降低，最后无效，这时就需要进行人工全膝关节置换。人工关节置换是此类疾病最终的治疗方法，能够根除患者晚期膝关节疼痛，逐步改善患者的关节运动功能^[1]，使患者的生活质量得以提高，受用于关节功能严重受损的老年患者。随着国内老龄化程度的加深，膝关节置换的应用范围越来越广泛，甚至双膝关节同期置换的患者也逐渐增加^[2]。

膝关节置换的应用程度增加，其成功率的高低也受到关注，对晚期膝关节骨性关节炎有大于90%的优良率^[3]。但10%左右的患者在初次置换15年后需要翻修，在实施膝关节置换时，需要注意多种因素，首先要注意手术适应证的选择，其他技术方面的因素如下肢解剖力线、膝关节内外翻的处理、胫骨近端骨缺损，均可以影响置换后患者关节功能的恢复情况，选择与膝关节匹配的假体尺寸可以延长生存时间。下肢力线是象征正常人体下肢在负重位时的力学传导通路的一条假想直线，起始于股骨头旋转中心，止于内外踝中点。保持正常的下肢力线可以使应力分布均匀，对于假体的长期生存十分关键，常辅助利用骨髓内定位杆保持下肢力线正常，骨髓内定位杆进针点的位置对下肢力线造成偏差，研究其造成的偏差相关程度及影响因素对于延长假体生存率的认识举足轻重。关于股骨髓内定位的方法不多，早期应用髓外定位系统，能广泛用于畸形股骨，却无法定位髋关节中心，随后出现了髓内定位，传统髓内定位系统以股骨解剖轴为参考，将髓内定位杆准确地插入股骨髓腔，精确的定位杆插入点可以得到精准的力线，下肢力线精准能够延长假体生存率。而由于个体膝关节、股骨解剖形态学的差异，如何精准地髓内定位仍然是需要解决的问题，近年来，各种技术辅助进行膝关节置换，数字化及三维技术大行其道，如王增亮等^[4]研究证明计算机辅助导航膝关节置换比传统全膝关节置换具有更低的肢体力线偏倚> 3°的发生率。三维CT扫描技术的应用正在逐渐开展，应用技术尚不成熟，在这方面的研究并不充分，而如何更好地股骨髓内定位对于膝关节置换来说十分重要。文章通过观察不同股骨髓内定位方法时进针点的位置，探讨膝关节置换时股骨髓内定位对假体排列的影响。

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材料方法

1.1 设计随机对照试验。

1.2 时间及地点于2012年1月至2015年7月在常熟第一人民医院完成。

1.3 材料使用BIOMET公司或AO公司不保留后叉韧带的后侧稳定型假体。股骨组件和胫骨底板由铸造钴铬钼合金制成，股骨柄和固定用螺钉由锻造钛6铝4钒制成，胫骨衬垫和髌骨组件由超高分子聚乙烯制成。钛合金部件表面无着色，非关节面部分表面采用磨砂表面处理，材料不被腐蚀且对生物体不产生毒副作用。产品一次性使用，经电离辐射灭菌，与骨水泥配合使用。

1.4 对象试验选择2012年1月至2015年7月在本院接受膝关节置换的80例患者。按照随机数字法分为试验组和对照组，每组40例。试验组利用CT扫描进行股骨髓内定位，借助影像学参数对股骨髓内定位进入点的理论位置进行标记。对照组采用传统膝关节置换技术对股骨髓内定位进入点进行标记。

纳入标准：①所有患者经确诊膝关节严重受损，需进行膝关节置换手术。②所有患者均无心脏、肝脏、肺等重大器官相关疾病。③所有患者及其家属均对本次研究知情，并签署同意协议。

排除标准：①所有患者均无股骨、胫骨成角畸形。②所有患者膝关节周围肌肉均无瘫痪。③所有患者均无骨干手术史。④所有患者的膝关节均未长期处于融合位。

1.5 方法

1.5.1 股骨髓内定位方法

试验组方法：①试验组患者取伸直中立位，髌骨向上，进行双下肢(髂前上棘至足底部)全长CT扫描，扫面层间距0.5 mm，厚0.5 mm，剂量80 mA，要求断面方向平行于股骨远端的关节面。②利用mimics 10.01图像软件来处理，在软件中导入CT扫描DICOM数据，对股骨形态进行重建，以此来标记膝关节面上10 cm和20 cm的横断面。③在这两个横断面上画圆，圆要尽量与股骨髓腔贴合，以便找到髓腔中点。④创建一个与髓内定位杆相似的圆柱体(8 mm×200 mm)，圆柱体的近端在膝关节面上 20 cm处固定，远端调整到其中轴重合于两个标记横断面髓腔中点的连线。⑤找到股骨远端的一个横断面(含有股骨髁间窝顶点皮质)，在横断面皮质处画与顶点皮质前后方均相切的圆，就可以找到髁间窝最顶点(参照点)。然后找到后髁线的投影，以股骨远端髁间窝最凹点与髁间窝顶点的连线建立AP轴。

对照组方法：采用传统膝关节置换技术对股骨髓内定位进入点进行标记，手术前进行X射线片拍摄，由主治医生在X射线片上标记出股骨解剖轴线、股骨髁切线、股骨滑车中心等重要结构，股骨远端截骨时，需要使单或双侧股骨髁的远端紧密接触股骨切割模具，截骨线可以决定股骨假体的外翻角大小，胫骨髁截骨与股骨髁截骨分开，注意使得胫骨截骨线与胫骨解剖轴线垂直。于股骨解剖轴线在股骨远端关节面上的投影点位置，将定位杆插入股骨髓腔，使其中心线重合于股骨解剖轴线。

1.5.2 人工膝关节置换方法膝关节置换均采用前正中切口的髌旁内侧入路，切口长度约13 cm，逐层切开，将患者的部分股四头肌、髌骨、髌下韧带完整的显示在视野内，沿着髌骨内侧做一个弧形切口，切开髌内侧支持带及关节囊，继沿股四头肌腱及髌韧带內缘分别向上下切开关节囊，将髌骨向外侧脱位至股骨外侧髁的外侧，然后屈曲膝关节90°，显露关节腔。在安装假体时，医师应该先选择一个最适合患者的安装位置，尽可能保护患者膝关节。试模好后，安装假体，骨水泥固定。最后，由助手冲洗术口，并在患者的膝外上方留置一引流，然后分层缝合术口。

1.6 主要观察指标 ①置换前后进行膝关节正侧位X射线片拍摄，由专业医生在X射线片上标记出股骨解剖轴线、股骨髁切线、股骨滑车中心及实际入针点位置等，测量进入点到股骨解剖线的距离、股骨假体外侧角及膝关节生理外翻角的大小、股骨轴线与股骨髁交点与滑车中心的距离(需去除X射线片上15%的放大干扰)，见图1。②利用CT扫描所得数据对试验组入针点相对于髁间窝顶点的位置进行标记分析。

1.7 统计学分析计量资料和计数资料分别用x(_)±s和百分率表示，采用SPSS 19.0软件对试验中得出的数据结果进行统计学分析。组间数据差异的比较采用t 检验，P < 0.05为差异有显著性意义。

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讨论

膝关节置换是应用人工假体来治疗膝关节严重受损的有效途径，是目前最有效的根治方法，对于患有晚期膝关节炎等疾病的老年人有确切的治疗效果^[5]，与一些保守疗法相比，能够根除患者膝关节疼痛，纠正关节畸形，还能促进患者心理、精神健康。膝关节手术需要精细的外科技术^[6]，手术时间、术中出血等影响术后感染率^[7]，置换后疼痛、感染、肿胀等并发症造成关节活动度恢复差，本次试验应用后方稳定型假体，关节形合度更好，磨损更少。下肢力线不良是其中的关键因素，如何将下肢力线定位精准成为膝关节置换需要解决的重点，早期应用髓外定位系统，因其无法定位髋关节中心而被髓内定位取代，传统髓内定位系统以股骨解剖轴为参考，将髓内定位杆准确地插入股骨髓腔，精确的定位杆插入点可以得到精准的力线，下肢力线精准能够延长假体生存率。另外，定位杆的长度和直径也会影响内外翻误差，影响术后患者的关节功能。传统髓内定位主要依靠术前的影像观察和术中精细操作，其精确度不易控制，而近年来利用CT扫描对定位杆的插入进行模拟的技术正在发展，研究成果多种多样。

正常情况下，理想假体位置可使得双腿站立时髋关节中心位于踝关节上方，若假体力线偏移会增加假体的不稳定度，假体生存时间缩短。髓内定位时，定位杆进针点的位置误差是影响假体位置的重要因素，通过对CT扫描模拟定位杆进入点位置和传统股骨髓内定位的比较，可以看出CT扫描模拟组正侧位X射线片上进入点到股骨解剖线的距离更短，股骨假体外侧角及膝关节生理外翻角更接近理论值，股骨轴线与股骨髁交点与滑车中心的距离更短，CT扫描模拟的定位效果更好。CT扫描模拟定位比起二维拍片，避免了拍片时股骨前弓旋转、X射线片放大率及角度误差对结果的干扰，然而CT扫描模拟定位与传统骨髓内定位的参考点及股骨解剖轴的选择有些不同，本次CT扫描模拟定位选择髁间窝顶点和股骨远端解剖轴作为参考，对试验组的数据分析得知大多数入针点的位置位于髁间窝偏内2-5 mm，髁间窝偏前3-10 mm，实际操作时，由于性别、疾病及发育等因素对膝关节形态的影响^[8]，有时无法根据一般方法找到准确定位，可能通过转换参考点等途径，更便于找到契合点。在定位杆长度和直径确定的情况下，参考点的选择可能会影响外翻角的大小，对于一些股骨畸形、股骨髓腔宽大等特殊患者，需要提前进行手术规划，通过下肢CT扫描详细分析来减少误差。

传统髓内定位以股骨解剖轴为参考，若进针点向解剖轴线外偏离，加上杆向内倾斜，就会产生外翻误差，杆尖端内移和外移分别会增加外翻误差和内翻误差。此外，定位杆长度和髓腔的宽度也会影响误差，长的定位杆适用于股骨靠近端髓腔较细的情况，可以减少解剖轴线的偏离。需要注意膝外翻畸形的患者，患者的滑车中心向解剖轴外偏离，容易造成假体外翻。选择适合的假体尺寸对假体生存时间和关节功能的恢复很必要^[9]，有研究应用数字化技术设计的术前计划来预测假体型号具有良好的效果。由于股骨解剖形态学和角度误差的影响，术前进行全长X射线片测量，观察患者股骨的形态，减小下肢力线的偏差，更为准确地确定进针点位置。

CT扫描模拟定位为膝关节置换时股骨髓内定位提供了一个可靠的选择^[10-20]，与传统二维骨髓内定位相比进针点位置较为准确，避免X射线片放大和角度的影响。CT扫描模拟定位时进针点的位置集中于髁间窝偏内2-5 mm，髁间窝偏前3-10 mm，而传统骨髓内定位进针点位置应位于股骨解剖轴线上。

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