中国蒙古族正常人胫骨近端截骨面数字化形态学特征

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2017.27.015

中国组织工程研究 ›› 2017, Vol. 21 ›› Issue (27): 4348-4353.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2017.27.015

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中国蒙古族正常人胫骨近端截骨面数字化形态学特征

郑金洋¹，任志勇¹，张国梁²，莫日格乐²，普日布苏荣²，李强²，王跃文²

¹山东省潍坊市阳光融和医院骨科中心，山东省潍坊市 261061；²内蒙古医科大学附属医院骨外科，内蒙古自治区呼和浩特市 010050

出版日期:2017-09-28 发布日期:2017-10-24
通讯作者: 王跃文，教授，硕士生导师，内蒙古医科大学附属医院骨外科，内蒙古自治区呼和浩特市010050
作者简介:郑金洋，男，1986年生，山东省潍坊市人，汉族， 2016年内蒙古医科大学毕业，硕士。
基金资助:
内蒙古自治区卫生和计划生育委员会医疗卫生科研项目(201301054)；内蒙古自治区高等学校科研课题(NJ09112)

Anatomical characters of the proximal tibial osteotomy in healthy Mongolia populations

Zheng Jin-yang¹, Ren Zhi-yong¹, Zhang Guo-liang², Mori Gele², Puri Busurong², Li Qiang², Wang Yue-wen²

¹Orthopedic Center, Sunshine Union Hospital of Weifang, Weifang 261061, Shandong Province, China; ²Department of Orthopedics, the Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010050, Inner Mongolia Autonomous Region, China

Online:2017-09-28 Published:2017-10-24
Contact: Wang Yue-wen, Professor, Master’s supervisor, Department of Orthopedics, the Affiliated Hospital of Inner Mongolia Medical University, Hohhot 010050, Inner Mongolia Autonomous Region, China
About author:Zheng Jin-yang, Master, Orthopedic Center, Sunshine Union Hospital of Weifang, Weifang 261061, Shandong Province, China
Supported by:
the Medical Health Research Project of Health and Family Planning Commission of Inner Mongolia Autonomous Region, No. 201301054; the Research Project of Universities in Inner Mongolia Autonomous Region, No. NJ09112

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：

数字骨科技术：基于CT影像数字化三维重建和测量，可以对连续CT图像进行重建，较为真实的重现膝关节解剖形态，并对模型进行任意方向旋转，任意角度的模拟手术截骨，对其进行精确测量，测量结果可真实反映人体参数。

人工全膝关节表面置换的优点：提高人工假体与胫骨近端截骨面间的涵盖匹配度，从而使其能与周围保留的软组织协调运动，可防止人工膝关节假体的松动及下沉，延长膝关节假体的使用寿命。

摘要

背景：中国蒙古族人胫骨近端截骨面与国外及国内其他民族是否存在差异尚不清楚。

目的：通过对蒙古族人胫骨近端截骨面各线性参数测量，分析中国北方地区蒙古族人胫骨近端截骨面解剖形态学特点。

方法：CT薄层扫描38例健康蒙古族人志愿者双膝关节，扫描膝关节线上下各20 cm；原始Dicom数据导入电脑。应用Mimics软件，重建膝关节三维模型，隐藏股骨和髌骨。STL格式的胫骨三维模型图像导入3-Matic软件，显示出胫骨的正内侧面，以内侧胫骨平台最低点为基点，在内侧胫骨平台下方6 mm处，保持胫骨7°后倾角模拟全髋关节置换截骨，测量胫骨近端截骨面参数。

结果与结论：①测量参数数据：健康蒙古族人志愿者38例胫骨左右侧径(79.99±3.70) mm (左)，(80.25±4.01) mm (右)；胫骨前后径(52.27±3.07) mm(左)，(51.75±2.40) mm(右)；胫骨内侧前后径(55.40±2.00) (左)，(56.67±2.47) mm(右)；胫骨外侧前后径(49.84±2.78) mm(左)，49.58±2.80) mm (右)；②测量参数差异：蒙古族人左右侧胫骨近端截骨面各线性参数差异无显著性意义(P > 0.05)；胫骨近端截骨面内侧前后径大于外侧前后径(P > 0.05)；男性胫骨近端截骨面各线性参数大于女性(P < 0.05)；蒙古族人胫骨近端截骨面与部分国内外测量结果比较，各线性参数与国外及中国其他民族和地区存在一定差异；③结果证实，东西方种族间胫骨平台截骨面解剖形态学存在明显差异；中国人不同民族及地域，胫骨平台几何学参数同样可能存在差异，未来有必要应用数字骨科技术，对不同地域不同民族进行大样本数据调查和分析。

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: 0000-0001-9112-7987(郑金洋)

关键词: 骨科植入物, 数字化骨科, 蒙古族人, CT扫描, 胫骨, 解剖, 全膝关节置换, 三维重建, 测量

Abstract:

BACKGROUND: Whether the proximal tibial osteotomy in Mongolia populations has difference with other populations at home and abroad remains unclear.

OBJECTIVE: To analyze the anatomical characters of the proximal tibial osteotomy in Mongolia populations in the northern region of China by measuring the relevant linear parameters.

METHODS: Thirty-eight healthy Mongolia populations were selected, and their bilateral knee joints were scanned by CT. The original data were exported in DICOM format. Mimics software was used to reconstruct the knee three-dimensional model. The tibial data stored in STL format were imported into 3-matic software, showing the medial surface of the tibia, and 6 mm below the medial tibial plateau maintaining 7° posterior slop was subjected to total hip arthroplasty osteotomy. Subsequently, the relevant parameters were measured.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) The left tibia transverse diameter was (79.99±3.70) mm, and the right was (80.25±4.01) mm. The left anteroposterior diameter was (52.27±3.07) mm, and the right was (51.75±2.40) mm. The anteroposterior diameter of medial tibia was (55.40±2.00) mm (left), and (56.67±2.47) mm (right); the lateral was (49.84±2.78) mm (left), and (49.58±2.80) mm (right). (2) In Mongolian populations, the linear parameters showed no significant differences between two sides of the proximal tibial osteotomy (P > 0.05). The anteroposterior diameter of medial tibia was longer than that of lateral one (P > 0.05). The linear parameters of the proximal tibial osteotomy in male were significantly larger than those in female (P < 0.05). There were differences in the linear parameters of the proximal tibial osteotomy between Mongolian populations and other populations. (3)These results indicate that there are significant differences in the anatomical morphology of the tibial plateau between western and eastern countries. Besides, the geometric parameters of the tibial plateau may be different in different ethnic groups and regions. It is necessary to use the digital orthopedic technique to investigate and analyze the large sample data of different ethnic groups in different regions.

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: Tissue Engineering, Knee Joint, Femur

中图分类号:

R318

郑金洋，任志勇，张国梁，莫日格乐，普日布苏荣，李强，王跃文. 中国蒙古族正常人胫骨近端截骨面数字化形态学特征[J]. 中国组织工程研究, 2017, 21(27): 4348-4353.

Zheng Jin-yang, Ren Zhi-yong, Zhang Guo-liang, Mori Gele, Puri Busurong, Li Qiang, Wang Yue-wen. Anatomical characters of the proximal tibial osteotomy in healthy Mongolia populations [J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2017, 21(27): 4348-4353.

图/表（结果） 3

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引言

材料方法

1.1 设计 影像学试验。

1.2 时间及地点 于2013年9月至2016年7月在内蒙古医科大学附属医院数字医学中心完成。

1.3 对象 内蒙古医科大学在读蒙古族大学生志愿者38例，76膝，男18例，女20例；年龄18-26岁，平均22岁；身高为1.52-1.82 m。

纳入标准：①研究对象家族一直生活在牧区，后入学来到内蒙古医科大学；②膝关节无外伤及疾病史；③经体格检查，无发育畸形；④相关实验经志愿者知情同意，并签署知情同意书；⑤CT扫描后显示无畸形、骨折、肿瘤等异常的膝关节。

排除标准：①既往有膝关节疾病者；②不愿参加试验者。

1.4 方法

1.4.1 CT扫描采用64排螺旋CT(美国GE公司)扫描38例志愿者双膝关节，志愿者平卧于扫描台上，双膝关节旋转中立位；以膝关节间隙为中心线，扫描中心线上下各20 cm范围；扫描条件：层厚0.625 mm，矩阵：512×512，管电流：200-300 mA，管电压：120 kV。原始Dicom数据导入个人计算机(Thinkpad w520笔记本脑，Windows 7系统)。

在个人计算机系统上，应用Mimics软件(Materialise Mimics Innovation Suite 16.0，Materialise，比利时；内蒙古医科大学数字医学中心提供的交互式医学图像控制系统)，重建膝关节三维模型，隐藏股骨和髌骨。

全膝关节置换要求胫骨近端截骨在矢状位与胫骨解剖轴垂直，通常认为胫骨解剖轴与机械轴重合^[7]。

将STL格式的胫骨三维模型图像导入3-Matic软件(数字化CAD(STL)工程软件3-Matic，Materialise)，以下肢机械轴作为中心轴，旋转90°，显示出胫骨的正内侧面，以内侧胫骨平台最低点为基点，在内侧胫骨平台下方6 mm处，保持胫骨7°的后倾角，垂直于力学轴平面(矢状面)模拟全膝关节置换，进行截骨^[8-9](图1)。

1.4.2 CT参数测量参照Kwak等^[8]采用的胫骨平台测量参数和测量方法，胫骨近端截骨面内外最长径定为左右侧径(TML)，通过左右侧径中点并垂直左右侧径的前后距离定为胫骨中间前后径(TAP)，通过内侧胫骨平台后髁最低点并且平行于中间前后径的径线定为胫骨平台内侧前后径(TMAP)，而将通过外侧胫骨后髁最低点并平行于中间前后径的径线定为胫骨平台外侧前后径(TLAP)。隐藏胫骨截骨后近端部分，旋转胫骨远端，显露截骨断面，在截骨断面上分别对上述各线性参数进行测量(图2)。

1.5 主要观察指标 测量对象胫骨近端截骨面左右侧径、中间前后径、内侧前后径及外侧前后径。

1.6 统计学分析 应用SPSS 13.0软件分析处理。对样本数据进行正态性检验和方差齐检验，数值符合正态分布，计量资料以x(_)±s表示。组间数据差异的比较采用独立样本t 检验，P < 0.05表示差异有显著性意义。

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讨论

人工全膝关节置换是治疗膝关节严重病变的手段，它可以使膝关节恢复解剖结构，恢复原有的力学功能，作为一种成熟的手术技术在中国广泛的被采用。

重要的是膝关节假体的几何形态和尺寸大小要与患者全膝关节置换中骨骼截面具有较高的匹配度和较高覆盖率，才能使假体与周围的关节韧带协调运动^[10]，降低假体的磨损^[11]，改善假体的应力分布^[12]；同时，增加覆盖率可减少术后出血，还可减少术后骨水泥磨损碎屑侵入松质骨，造成假体松动的机会。

但是，现实的情况是，中国使用的假体大多是国外直接引进的，其几何参数均为依据欧美白人的数据设计^[13-14]，国内的仿制假体同样存在上述情况。

由于白种人和中国人的几何参数的差异，其胫骨平台和国人相比较，左右径宽^[15-17]；以及中国幅员辽阔，民族群多，存在着种族间的身高、体质量、骨骼形态的差异，导致南北方各民族间膝关节几何参数的差异；虽然国内外学者做了大量研究^[18-21]，尚缺乏具有北方代表性民族蒙古族的胫骨平台几何学参数的文献报告。

传统的膝关节几何参数的测量以术中或尸体标本手工测量获得，标本少，人为测量误差大，或在干燥骨标本脱水后收缩形变，测量结果的精度和近年来兴起的数字骨科技术相差甚远，数字骨科技术基于CT影像数字化三维重建和测量，可以对连续CT图像进行重建后，较为真实的重现膝关节解剖形态，并对模型进行任意方向旋转，任意角度的模拟手术截骨，对其进行精确测量，测量结果可真实反映人体参数，对人工假体设计和临床意义更大。

试验对蒙古族正常胫骨平台模拟全膝关节置换手术截骨，以胫骨平台关节面为基点向下6 mm截骨(假设软骨厚度3 mm)，可以模拟全膝关节置换中胫骨髁部9 mm截骨后，显露出的胫骨截骨面进行测量。测量结果显示左右侧各线性参数差异无显著性意义；性别间各线性参数有明显差异，男性各参数明显大于女性，和Johnson等^[22]报告的对欧洲白人的研究结果相似，关于性别间的差异研究报告较多^[23-24]，均证实膝关节几何参数有性别间差异，认为有必要设计性别假体，目前关于性别假体的讨论出现分歧，有研究分析认为性别间的差异与其说是由性别决定的^[25-26]，或是由多种因素决定的，体型、身高、性别以及骨骼尺寸综合差异，最后使每个人骨骼参数都是独一无二的，和Johnson等^[22]认为的体型比性别在决定胫骨尺寸大小方面有更重要影响的观点一致，与其设计制造性别差异假体，倒不如增加假体型号，使全膝关节置换中有更多，更合适的选择。

试验结果和国外研究结果比较存在一定差异，Stulberg等^[27]报告对西方人的胫骨平台宽度测量结果(平均76.9 mm)大于试验结果；Uehara等^[28]报告的80例，100个膝关节测量结果，无论是胫骨平台左右径[(74.3±6.6) mm]还是前后径[(48.3±5.4) mm]和试验结果相近似。

而李建军等^[29]研究报告了就诊于华中科技大学同济医学院附属协和医院64例志愿者正常膝关节的三维重建测量的结果，平台宽度(71.99±5.96) mm，何沛东等^[30]报告中国南方人胫骨平台截骨面的测量结果(68.89±4.83) mm，刘峰等^[31]报告的北京市健康志愿者58例膝关节测量结果，胫骨平台宽度，男(72.51±2.29) mm，女(65.58±3.00) mm，均小于正常蒙古族人的测量结果。

对于内侧前后径和外侧平台前后径的数据分析中发现，蒙古族正常胫骨内外侧平台前后径差别较大，和国外报告的外侧平台前后径比内铡平台前后径小3 mm的结果有差异^[32]，和丁小明等^[33]报告的福建省东南部女性的内外侧平台前后径差值6.0-7.0 mm的结果相近似，显示出东西方人种间的差异^[34-58]。故目前临床上使用的胫骨平台假体各品牌均为对称性设计，可以较好适应内外平台前后径相差不大的人群，而对于国人，则可导致截骨面不匹配、覆盖不良。

总之，由于种族不同，生活习俗不同，运动方式不同，导致东西方种族间胫骨平台截骨面解剖形态学存在明显差异；由于国人民族及地域不同，导致的体型等综合因素使胫骨平台几何学参数同样存在差异，因此，有必要应用数字骨科技术，对中国不同地域不同民族进行大样本数据调查和分析，为设计制造适合各族人民的膝关节假体提供参考。

随着计算机技术及3D打印技术的发展，给膝关节置换这种择期手术带来更多优势。但因使用费用高，制作周期相对较长，打印材料限制等方面的原因，该项技术目前主要用于基础科学研究，尚未在临床得到广泛应用。随着科学技术的进步，术前应用数字骨科技术，根据膝关节的解剖形态，设计适合患者独一无二的膝关节假体，在不久的将来可能会普遍实现。

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