基于磁共振技术确定股骨远端旋转参照轴线

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.26.018

摘要/Abstract

摘要：

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文题释义：

假体旋转对线：对于全膝关节置换的成功具有重要的意义，患者置换过程中如果未确定准确的假体旋转对线，将会影响置换成功率，且患者术后髌骨的功能及稳定性也会产生严重的影响，造成髌骨磨损、关节疼痛等，严重者甚至需要行膝关节翻修。因此，正确的了解股骨远端旋转轴的定位十分重要。

MRI技术确定股骨远端旋转参照轴线：近年来MRI技术在股骨远端旋转参照轴线确定中得到应用，该方法和其他方法相比优势较多，能够清晰的显示骨、关节软骨以及软组织的解剖结构、形态，获得不同切面的图像，并且MRI诊断时具有更高的分辨率。

摘要

背景：目前临床上对于假体在水平面上以及股骨与胫骨假体的旋转对线问题研究相对比较薄弱。传统股骨远端旋转轴线主要以外科经股骨上髁轴为主，但是由于患者差异性以及解剖和术中显示等原因，导致患者膝关节置换过程中轴线难以准确定位。

目的：探讨磁共振技术在股骨远端旋转参照轴线确定中的应用，为人工全膝关节置换术股骨假体旋转力线提供参考和依据。

方法：选取南阳市中心医院骨科2014年9月至2015年10月医院诊治的122例无膝关节疾病患者资料进行分析，采用磁共振技术测量外科经股骨上髁轴、临床经股骨上髁轴、前后轴以及股骨后髁轴；同时采用磁共振技术测量股骨后髁角、髁扭转角、后轴线垂线以及后髁轴线的夹角，每组数据测量3次，求取平均值，分析磁共振技术对股骨远端旋转参照轴线确定方法。

结果与结论：①比较各角度接近外科经股骨上髁轴的准确性：3°股骨后髁轴>临床经股骨上髁轴>前后轴垂线；②2名测量者测量的股骨后髁角差异无显著性意义(P > 0.05)；第一测量者测量的髁扭转角、后轴线垂线以及后髁轴线的夹角显著低于第二测量者(P < 0.05)；③结果提示，磁共振技术对于股骨远端旋转参照效果理想，能够准确测量髁扭转角、股骨后髁角、后轴线垂线以及后髁轴线的夹角等指标，且确定方法比较可靠，能够作为全膝关节置换股骨假体旋转对位参考轴线科学的确定方法。股骨远端截骨轴线除外科经股骨上髁轴外，3°股骨后髁轴准确性最高。

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: 0000-0001-6939-6005(吕国义)

关键词: 骨科植入物, 人工假体, 磁共振技术, 股骨远端, 旋转参照轴线, 人工全膝关节置换, 假体旋转力线, 股骨后髁轴, 确定方法

Abstract:

BACKGROUND: Problems regarding the prosthesis in the horizontal plane and the rotation of the femur and tibia prosthesis on line are relatively weak. The distal femoral rotation axis is mainly the transepicondylar axis. Due to patient differences as well as anatomy and intraoperative display, it is difficult to accurately locate the axis in the process of knee arthroplasty.

OBJECTIVE: To investigate application of magnetic resonance technique in determining the axis of rotation of the distal femur, to provide reference and basis for femoral rotational alignment during total knee arthroplasty.

METHODS: Data of 122 cases without knee joint disease, who were diagnosed and treated in the Department of Orthopedics of Nanyang City Center Hospital from September 2014 to October 2015, were analyzed. Magnetic resonance technique was used to measure femoral epicondyle axes (STEA), femoral epicondyle axes (CTEA), the anteroposterior axis (APL) and femoral shaft (PCL). Simultaneously, magnetic resonance technique was utilized to measure femoral ankle angle (PCA), ankle twist angle (CTA), axis vertical line and ankle axis angle (PAPA). Each data were tested three times, and the average value was calculatd. We analyzed the method of magnetic resonance technique to determine reference axis of distal femoral rotation.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) Accuracy of the angle close to surgical transepicondylar axis: 3° PCL> CTEA > APL vertical line. (2) No significant difference in PCA was detected in two sets of measurements (P > 0.05). CTA and PAPA parameters in the first measurement by magnetic resonance imaging diagnosis were significantly lower than the second measurement (P < 0.05). (3) Results indicate that magnetic resonance technology provides ideal reference for distal femoral rotation, can accurately measure the CTA, PCA, PAPA and other indicators. It is a more reliable determination method and can be used in scientific determination of femoral rotational alignment reference axis in total knee arthroplasty. Except STEA, the accuracy of 3° PCL is highest.

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

Key words: Arthroplasty, Replacement, Knee, Prosthesis Implantation, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

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图/表（结果） 2

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引言

全膝关节置换是目前常用的修复方法，该方法在多种膝关节疾病中发挥了重要作用，它能够有效的改善患者膝关节功能，促进患者恢复^[1-2]。但是全膝关节置换后并发症发生率也比较高，患者置换过程中由于股骨假体旋转力线发生异常导致髌骨恢复时轨迹不良，影响膝关节功能和假体寿命^[3]。因此，临床上研究积极有效的方法确定股骨旋转轴线以及对旋转角度进行准确测量，能够有效的提高置换成功率，减少膝关节置换后并发症发生率^[4-5]。

传统股骨远端旋转轴线主要以外科经股骨上髁轴为主，但是由于患者差异性以及解剖和术中显示等原因，导致患者膝关节置换过程中轴线难以准确定位^[6]。因此，置换过程中采取积极有效的措施获得更加准确的参照轴线成为膝关节置换外科领域重要的研究热点^[7-8]。部分学者进行了实验，实验中对正常人群股骨远端不同轴线进行研究，研究中并未获得统一的标准，再加上患者置换过程中旋转截骨的评估方法过多的依赖于患肢的解剖形态，因此，临床上加强膝关节退变患者术前轴线评估研究具有更加重要的指导意义^[9-10]。近年来，磁共振技术在股骨远端旋转参照轴线确定中得到应用，该方法和其他确定方法相比优势较多，能够清晰的显示骨、关节软骨以及软组织的解剖结构、形态，获得不同切面的图像，并且MRI诊断时具有更高的分辨率^[11-12]。但是，临床上对于MRI技术在股骨远端旋转参照轴线确定中的具体方法以及确定效果等尚缺乏报道^[13-14]。

文章选取南阳市中心医院骨科2014年9月至2015年10月收治的122例无膝关节疾病患者的临床资料进行分析，探讨MRI技术在股骨远端旋转参照轴线确定中的应用，为确定人工全膝关节置换股骨假体旋转力线提供参考和依据。

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 测量学试验。

1.2 时间及地点 于2014年9月至2015年10月在南阳市中心医院骨科完成。

1.3 材料 MRI扫描设备采用GE公司生产的3.0T MR 扫描机，软件为Signa Excite Ⅱ HD，GE Medical System。

扫描参数：T1加权像，自旋回波(SE)序列，TR=440 ms，TE=16 ms，层厚2 mm，层距2 mm，矩阵大小冠状面以及矢状面为320×256，横断面为320×256。

扫描范围：利用冠状面和矢状面进行扫面，扫面范围在膝关节线上下各20 cm面积，横端扫面范围为股骨远端6 cm^[19-20]。

1.4 对象 选取南阳市中心医院骨科2014年9月至2015年10月医院收治的122例无膝关节疾病患者的临床资料进行分析，男65例，女57例；年龄19-67岁，平均(39.7±3.1)岁；身高156-183 cm，平均(172.8±5.7) cm；体质量48.1-74.0 kg，平均(60.4±2.8) kg。入选患者均符合全膝关节置换适应证，且患者经过体格检查等并未发现明显的膝关节疾病，无下肢关节症状及力线异常。

纳入标准：①符合膝关节骨关节炎临床诊断标准，且患者均经过影像学资料检查并未发生疾病；②年龄≥18岁；③患者及家属对试验方案、试验目的知晓，且经过医院伦理委员会同意批准^[15-16]。

排除标准：①不符合临床诊断标准者；②合并严重内科基础疾病，如慢性阻塞性肺气肿、肺心病、恶性心率失常等疾病者；③不能顺利完成试验者或拒绝参加此次研究者^[17-18]。

1.5 方法 入选患者扫描时保持平卧姿势，使得患者下肢能够完全保持伸直状态，并将患肢放置在旋转中立位置，调节胫骨干轴水平。患者扫描时，先采用冠状面以及矢状面采用层厚以及层距为2 mm对膝关节进行扫面。

患者在进行横断面扫描时，应该保持扫描平面与冠状面胫骨近端解剖轴线相互垂直。而对患者膝关节近端进行扫面时，保持横断面与矢状面股骨前侧皮质垂直，扫面间隔设置为2 mm^[21-22]。

参数测量方法：入选患者均采用MRI技术进行诊断。将获得的连续断层扫面数据采用PACS系统进行存储^[23-24]。由本院2位高年资影像学医师在横断面图像上确定不同层面轴线的骨性标志，画出3°股骨后髁轴、股骨上髁轴、股骨上髁轴、前后轴等轴线的垂线，利用投影方法将骨性标志轴线透射到统一轴面，获得相关参数，每个参数测量3次。根据获得数据的相对恒定性，研究旋转参考轴线^[25-26]，见表1及图1。

1.6 主要观察指标 患者入院后次日采用MRI技术测量外科经股骨上髁轴、临床经股骨上髁轴、前后轴以及股骨后髁轴；同时测量股骨后髁角、髁扭转角、后轴线垂线以及后髁轴线的夹角，每组数据测量3次，求取平均值，分析MRI技术对股骨远端旋转参照轴线确定方法。

1.7 统计学分析 采用SPSS 18.0软件对采集到的数据进行分析，其中符合正态分布的数据进行单因素方差分析，存在统计学意义予以LSD法两两比较。P < 0.05提示经比较两组数据间差异有显著性意义。

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

讨论

膝关节是人体相对比较重要的关节之一，该关节能够负重，维持身体平衡。但是，临床上膝关节疾病发生率也相对较高，疾病类型复杂，常见的包括骨性关节炎、类风湿性关节炎等疾病，发病后患者以疼痛、畸形等为主，影响患者正常生活和工作^[27-28]。

自20世纪70年代以来，人工全膝关节成形得到了飞速的发展，尤其是近20年来，随着假体涉及、材料与生物力学、外科技术、手术器械及围手术期处理等发展，全膝关节置换的开展也越来越广泛，置换效果也获得了更加显著的提高。数据结果显示，全膝关节置换成功率已经达到95%-98%。目前，临床上已经将该治疗方法作为终极膝关节病变，如重度骨关节炎、晚期类风湿膝关节炎和严重创伤后关节炎等病变最为理想的治疗方法。

目前，临床上对于膝关节疾病更多的以全膝关节置换为主，该方法能够有效的提高临床疗效，提高患者膝关节功能^[29-30]。但是，该方法在治疗时受到的影响因素也相对较多，如患者的术前关节功能状况、围手术期的处理、假体固定位置与力线、医生对全膝关节置换技术的掌握程度及术后功能锻炼是否积极、恰当等。患者采取全膝关节置换治疗时影响因素相对较多，置换过程中确定合适的旋转角度及远端参照轴线对手术成功与否关系密切^[31-32]。

假体旋转对线对于全膝关节置换的成功具有重要的意义，患者置换过程中如果未确定准确的假体旋转对线，将会影响置换成功率，且患者术后髌骨的功能及稳定性也会产生严重的影响，造成髌骨磨损、关节疼痛等，严重者甚至需要行膝关节翻修术^[33]。因此，正确的了解股骨远端旋转轴的定位十分重要。目前，如何寻求可信赖的截骨参考点，指导股骨远端的旋转定位，成为该领域研究的重点。研究显示，在股骨髁上能够确定更加恒定可靠、能够重复的旋转参考轴线，使得股骨假体在手术过程中能够获得更加准确的旋转对线^[34-35]。目前，临床上在确定股骨端的旋转对线时必须至少4种参考轴线，如股骨后髁轴、后轴线垂线以及后髁轴线的夹角等，且外科经股骨上髁轴是目前公认的定位股骨假体旋转力线的参考轴线^[36-37]。此次研究中，入选的122例无膝关节疾病患者测量结果显示，A角显著小于ASA、CSA 和股骨后髁角(P < 0.05)，由此比较各角度接近外科经股骨上髁轴的准确性：3°股骨后髁轴>临床经股骨上髁轴>前后轴垂线。

近年来，MRI技术在全膝关节置换股骨假体旋转对位参考轴线确定中得到应用，且效果理想。MRI技术和其他确定方法相比优势较多，能够清晰的显示骨、关节以及软组织的解剖形态及矢状面、冠状面和横断面3个不同方面的切面图像，传统确定方法更多的以X射线、CT线诊断为主，但是这些方法并不能显示组织结构，如纤维软骨、关节软骨以及韧带等细致结构。而利用MRI技术诊断时具备较高的分辨率^[38-39]。同时，采用MRI技术确定时能够清晰的描述出股骨远端横断面关节软骨以及骨性标志物，并且确定时能够调节背景与骨组织以及周围关节软骨的灰度图形，从而能够提高不同组织之间的对比性。临床上，采用MRI技术测量时可以清晰的显示股骨远端骨折轮廓线，降低确定旋转轴线产生的误差，提高测量的准确度。相关学者进行了实验，实验中对股骨髁进行手工测量，但是该测量方法误差相对较大，测量的结果也不准确^[40]。有研究显示，通过MRI技术确定旋转轴线的测量结果比较可靠。同时，国外学者采用CT对全膝置换后人工关节后髁角进行测量^[41]，并且采用该方法对旋转对线进行评价，结果显示，该测量方法可靠。

此次研究中，两组测量者诊断时股骨后髁角参数差异无显著性意义(P > 0.05)；第一测量者MRI技术诊断时的髁扭转角、后轴线垂线以及后髁轴线的夹角显著低于第二测量者(P < 0.05)。由此看出，股骨后髁角作为全膝关节置换术中股骨远端旋转参考角度，且该测量方法定位更加准确，能够在相应的外科上髁轴作为其假体旋转轴线。同时，此次研究中为了进一步提高测量准确性，降低测量误差，在确定旋转轴时分别由两位测量者利用MRI技术对患者的股骨后髁角、髁扭转角、后轴线垂线以及后髁轴线的夹角等参数连续测量3次，获取其平均值，该方法测量时具有可重复性和恒定性，能够作为全膝关节置换患者旋转参考轴线的确定方法。但是，临床上由于股骨远端旋转轴线的骨性标志存在明显的差异，个体差异也相对比较明显，且关节骨质容易遭到破坏，从而会影响旋转参照轴线精确定位，因此，患者采用MRI技术测量效果不理想者则应该联合其他方法进行测量，发挥不同测量方法的优势，提高手术成功率^[42]。

由于确定股骨远端旋转对线的骨性标志并不明显，存在明显的个体差异性，并且关节骨质容易遭到破坏，导致旋转参照轴线的精度定位比较困难。通过利用MRI确定股骨远端旋转轴线的精度能再现股骨远端组织结构轮廓，提高实验结果的准确性和可信性。同时，常规检测方法虽然也能确定其位置精度，但是由于股骨远端旋转对线的解剖标志往往并不明显，导致周围软组织遭到覆盖，导致精确定位的难度较大，尤其是对于晚期类风湿性关节炎、骨关节炎、全膝关节置换后翻修病例。通过测定股骨后髁角能将其作为术中最为理想的外旋角度，保护膝关节周围的软组织平衡，恢复膝关节矩形间隙，从而降低术后并发症的发生率，为临床治疗提供依据。

综上所述，MRI技术对于股骨远端旋转参照效果理想，能够准确的测量髁扭转角、股骨后髁角、后轴线垂线以及后髁轴线的夹角等指标，且确定方法比较可靠，可作为全膝关节置换股骨假体旋转对位参考轴线科学的确定方法，具有重要的临床意义。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