Ranawat三角法对确定正常髋关节旋转中心的意义

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.17.001

摘要/Abstract

摘要：

背景：通过X射线片确定髋关节的旋转中心具有重要的临床意义，目前常使用Ranawat三角法来确定髋关节发育不良或关节置换后伴骨缺损病例的关节旋转中心，但此方法对确定正常髋关节旋转中心的意义研究较少。 目的：探讨Ranawat 三角法和Mose圆法对确定发育正常的髋关节旋转中心的差异。

方法：选择30例发育正常创伤性股骨颈骨折进行单侧全髋关节置换的患者，分别通过Ranawat 三角法和Mose圆法对置换后骨盆正位X射线片进行测量，比较二者确定的髋关节旋转中心与参考线(X轴为两侧泪滴的连线，Y轴为通过Kohler线与X轴交点的垂线)的距离(Ranawat三角法确定的髋关节旋转中心与X轴的距离为dx1，与Y轴的距离为dy1，Mose圆法分别为dx2，dy2)及其占骨盆高度(两侧髂骨翼最高点连线和两侧坐骨结节最低点连线之间的距离)、宽度(两侧髂嵴最外缘间的距离)比例(dx1/H，dy1/W；dx2/H，dy2/W)的差异。

结果与结论：Ranawat 三角法dx1=(19.52±3.03) mm，dy1=(24.43±2.26) mm，Mose圆法dx2=(11.90±3.55) mm，dy2=(34.29±3.79) mm，二者之间差异有显著性意义(P < 0.001)；其所占骨盆高度、宽度的百分比(dx1/H= 0.099 2±0.013 3，dy1/W=0.085 5±0.006 9；dx2/H=0.061 1±0.019 4，dy2/W=0.120 1±0.017 8)，差异有显著性意义(P < 0.001)。使用散点图对以上数据进行分析发现，Ranawat三角法所确定的髋关节旋转中心更靠近端和内侧，可能对关节周围的力学环境产生一定的影响。对于双侧髋关节发育不良及关节翻修的病例，由于髋臼周围结构的改变，使用Ranawat三角来确定髋关节的旋转中心不失为一种可行之法。而对于单侧病变的病例，以健侧为对照采用Mose圆法能更准确的确定髋关节旋转中心。

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

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关键词: 植入物, 人工假体, 关节旋转中心, 全髋关节置换, 发育不良

Abstract:

BACKGROUND: It is crucial to determine the location of the rotation center of the hip joint using X-ray. Ranawat’s triangle is commonly used to define the hip rotational center in bilateral developmental dysplasia of the hip and revision hip surgery especially in cases with bone stock deficiency, but there are rare articles about its value in normal hip.

OBJECTIVE: To compare the difference between Ranawat’s triangle method and Mose circle method in determining the healthy hip joint rotational center.

METHODS: We selected 30 patients with normal traumatic femoral neck fracture, who underwent unilateral total hip arthroplasty. Ranawat’s triangle method and Mose circle method were applied to measure the anteroposterior radiographs of the pelvis after arthroplasty and to compare the distance between the hip rotational center and the reference lines (X-axis: teardrop line; Y-axis: a line perpendicular to the X-axis, drawn from the intersection of the Kohler line and the teardrop line. The distance from the hip joint rotational center to X-axis is dx1, dx2 and the distance to Y-axis is dy1, dy2 in Ranawat’s triangle and Mose circle respectively.). We also compared the ratios (dx1/H, dy1/W; dx2/H, dy2/W) in the pelvic height (H: the distance between the highest point on the iliac wing and the lowest point on the ischial tuberosity) and width (W: the distance between the most lateral points on the iliac crests).

RESULTS AND CONCLUSION: When the values were compared with both methods, highly significant differences were observed for both X and Y, Ranawat’s triangle method dx1=(19.52±3.03) mm, dy1=(24.43±2.26) mm; and Mose circle method dx2=(11.90±3.55) mm, dy2=(34.29±3.79) mm (P < 0.001) and these ratios (dx1/H=0.099 2±0.013 3, dy1/W=0.085 5±0.006 9; dx2/H=0.061 1±0.019 4, dy2/W=0.120 1±0.017 8) in pelvic height and width (P < 0.001). Scatterplot results demonstrated that the hip rotational center identified by Ranawat’s triangle method is near to the proximal end and medial end, which may affect mechanical environment surrounding the joint. For cases of bilateral hip dysplasia and joint revision, because of the changes in structure surrounding the acetabulum, Ranawat’s triangle method can be a feasible method to identify the hip rotational center. For cases of unilateral lesion, Mose circle method can exactly identify the hip rotational center taking healthy side as a control.

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Key words: Arthroplasty, Replacement, Hip, Hip Joint, Acetabulum

中图分类号:

R318

刘亚斌，马信龙. Ranawat三角法对确定正常髋关节旋转中心的意义[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(17): 2625-2630.

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图/表（结果） 3

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引言

全髋关节置换是最成功的重建手术之一，它能极大的改善患者的生活质量^[1]。置换后应恢复肢体的长度和关节的旋转中心，否则会对行走能力产生影响，甚至会导致关节脱位和假体断裂^[2]。关节脱位做为人工全髋关节置换后最常见的早期并发症，文献报道发生率为1%-10%^[3]。导致关节置换后假体脱位的因素很多^[4^-^5]，包括患者相关因素如神经肌肉疾病及认知障碍等，手术相关因素包括手术入路、假体置入位置、股骨偏心距的恢复、软组织张力等^[6]，为减少术后并发症的发生，大多数医生建议在全髋关节置换术中尽可能的恢复关节正常的旋转中心^[7-8]。而且对于发育不良的病例，真臼的位置常常有更好的骨质覆盖，减少了髋臼外侧植骨^[9]，有利于实现假体的初始稳定。关节旋转中心的改变对关节的运动状态会产生明显影响，其通过改变外展肌的力矩，对外展肌力产生显著影响^[10]，研究表明，旋转中心上移2 cm，外展肌肌力下降44%，关节主动活动能力下降49%；内移2 cm，使外展肌肌力下降26%，关节主动活动能力下降40%^[11]，同时关节旋转中心的改变也会对肢体长度产生影响，因此准确定位关节旋转中心非常重要。目前确定髋关节旋转中心的方法很多^[2^，^12-14]，有学者通过骨盆上的解剖标志结合X射线片上骨盆径线等确定关节旋转中心^[12]，Bell等^[13]认为通过体表放置标记物结合三维运动分析系统计算得出的关节旋转中心与X射线片测得的旋转中心之间相差16-65 mm。Bouffard等^[14]以X射线片测量数值为基准，通过研究发现使用功能定位法比提前预置标记物通过计算得到关节旋转中心的预测法具有更高的精确度，但此方法对肢体三维步态分析可能具有重要的意义，对于关节置换术中定位还缺乏进一步的相关研究。Grunert等^[2]使用特定的摄像机，捕捉肢体的活动，通过软件系统重建出肢体的3D模型，通过特定的软件来判断髋关节的旋转中心，目前尚处于实验阶段。临床上对于单侧髋关节病变的病例，以健侧为参照进行患侧重建常被视为重建的标准^[15-16]，而对于双侧病变及关节翻修的病例准确确定髋关节的旋转中心往往存在困难^[17]，常需要进行术中透视^[16]。由于Ranawat三角法简便易行^[12]，而广泛应用于髋关节发育不良及翻修病例中关节旋转中心的确定^[18-21]，但是对于Ranawat三角法其在正常关节旋转中心测定中的意义，目前相关文献研究较少，而且以往的文献在研究髋关节旋转中心时多忽略了X射线片缩放率的影响，对所测数据进行直接比较而得出结论^[18-20]。文章通过对已知直径假体的测量来判断X射线片的缩放率使所测定的数据更加准确，尝试使用数据间的比值来减少测量中的误差及个体差异等因素的影响，从而明确Ranawat三角法对确定正常髋关节旋转中心的意义。

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材料方法

设计：自身对比试验。

时间及地点：于2010年9月至2011年3月在天津医院关节外科完成。

对象：选择天津医院2010年9月至2011年3月收治的髋关节发育正常的创伤性股骨颈骨折采用全髋关节置换治疗后的30例患者做为研究对象，男11例，女19例；年龄50-79岁，平均64.4岁。

纳入标准： ①创伤性股骨颈骨折患者髋关节发育正常，单侧全髋关节置换后，对侧髋关节无病理改变。②置换后拍摄标准骨盆正位X射线片^[22]，骨盆没有倾斜、旋转。③在X射线片上，两侧泪滴形态基本对称并清晰可见，髂骨和坐骨结节均没有明显的骨赘增生。④患者对治疗及试验方案知情同意，且得到医院伦理委员会批准。

排除标准： ①病理性骨折伴有骨质破坏的病例。②髋关节发育不良及双侧关节置换或人工双极头置换后的病例。③X射线片不符合标准，无法进行准确测量的病例。

材料：本研究使用中所有病例所使用假体均为TOP杯- Ribbed股骨柄(Link，德国)。TOP杯为压配型半球形钛合金(Tilastan®)杯，其表层有70 μm微孔同时有15 μm羟基磷灰石涂层，其“赤道”上间断的“倒齿”设计增加臼杯置入的稳定性^[23]，能保证假体与骨界面之间形成紧密接触和稳固的初始固定，进而保证多孔表面假体骨的长入^[24]。Ribbed股骨柄其材质为钛合金(Ti-6Al-4V)颈干角有126°和135°两种设计(本组患者均采用135°)，其矢状面上呈S型设计与股骨近端髓腔高度匹配；其多凹槽设计使其弹性模量更接近于正常股骨，减少了应力遮挡效应，同时增加了假体与骨质的接触面积，增加了假体的抗旋转性能；利于假体实现稳定的初始固定，假体近段2/3采用微孔或微孔+羟基磷灰石喷涂工艺，利于骨长入而实现稳定的继发固定。Ribbed股骨柄的这些特点使其能适应不同的股骨髓腔类型，进而取得良好的临床疗效^[25-27]。

方法：

测量方法：对符合研究纳入条件病例的术后X射线片进行测量。首先确定骨盆的高度H和宽度W经两侧泪滴的连线定为X轴^[28]，经Kohler’s线(f)与X轴的交点做X轴的垂线定为Y轴(见图1)。通过已知置入股骨头直径(D1)和在X射线片上测得的相应假体的直径(D2)相比来判断X射线胶片的缩放率。应用此缩放率判断Ranawat三角中，Kehler’s线和Shenton’s线交点a外侧5 mm处s点在X射线片上的位置，进而画出Ranawat三角用来判断髋关节旋转中心的位置P。将P点与两侧泪滴连线(X轴)的距离dx1与骨盆高度H相比(dx1/H)；同样将P点与纵向参考线(Y轴)的距离dy1与骨盆宽度W相比(dy1/W)。同法对使用Mose圆法确定的髋关节的旋转中心o(由于髋臼本身及股骨头并非几何学上的正圆，本研究中采用的是X射线片上髋臼顶部负重区与对应的股骨头部分的弧线所在圆的圆心)，其与X轴和Y轴的距离分别记作dx2，dy2；与骨盆的高度和宽度的比，分别记做dx2/H，dy2/W。然后将所得的数据进行比较。

主要观察指标： ①测量使用Ranawat三角法确定的髋关节旋转中心与X轴和Y轴的距离dx1和dy1。②使用Mose圆法确定的髋关节旋转中心与X轴和Y轴的距离dx2和dy2。③测量骨盆的宽度W和骨盆的高度H。④分别计算dx1/H，dy1/W；dx2/H，dy2/W。

统计学分析：统计学分析由第一作者在第二作者的指导下完成，应用SPSS 16.0统计学软件(SPSS公司，美国)处理所测得的数据。组间比较采用配对t 检验，P < 0.05认为差异有显著性意义。

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讨论

3.1 确定髋臼旋转中心的方法无论是初次髋关节置换还是翻修手术，重建髋关节的旋转中心都非常重要，为此人们进行了大量的研究^[2^，^29-30]。Bell等^[13]以骨盆X射线片为标准，比较了使用预置法和功能法确定髋关节旋转中心，认为使用功能定位法确定关节旋转中心更加精确。Grunert等^[2]通过自己编程的软件配合摄像机的使用，来建立3D模型，进而探测关节的旋转中心及肢体长度，其报道的不同3D模型数据96.4%存在于0-10 mm的范围内，并据此认为其方法在判断肢体长度和确定关节旋转中心是可靠的，但是其测量过程需要特定的软件及设备，限制了临床的广泛使用。Dib等^[30]采用功能定位法来确定髋关节的旋转中心，即通过将股骨围绕骨盆进行活动，采用计算机辅助外科技术记录下股骨活动的轨迹，通过特定的算法确定髋关节的中心，而不依赖于股骨头的解剖标志，用此方法确定的髋关节的旋转中心对下肢力线的影响较小，但其缺乏可重现性。Dalury等^[27]以泪滴为参照进行相关测量来判断关节置换后旋转中心的恢复情况。Ranawat三角法由于以骨盆的高度和宽度为参照进行测量，故多用于髋关节发育不良及翻修病例中旋转中心的确定^[18-19^，^31]，但其测量一定程度上仍然依赖泪滴的显影。 3.2 髋臼旋转中心的改变对关节的力学影响髋关节旋转中心的改变会影响关节的活动度及关节受力情况^[32]。Abolqhsaemian等^[1]研究发现，髋关节旋转中心的改变对关节受力及外展肌肌力产生显著性影响。旋转中心的内移能显著减少关节受力及外展肌肌力，而向远侧移位则使其轻度增加，旋转中心的外移比内移对关节受力及外展肌肌力的影响更加明显；旋转中心的下移比内移能更加显著的影响臀中肌的长度，进而影响步态。Bicanic等^[18]对女性骨盆研究认为，髋关节旋转中心每外移1 mm，髋关节负荷增加0.7%；向近端每移位1 mm，髋关节负荷增加0.1%。既往研究显示旋转中心的改变对关节周围力学及假体的使用寿命会产生影响。Heller等^[33]研究认为髋关节旋转中心向近端和外侧移位10 mm，髋关节负荷分别增加1%和8%(在上楼时分别增加2%和7%)；经过平均9.3年的随访，Heller发现当髋关节旋转中心内移时，能明显减少髋臼内衬的磨损，而向近端的移位对髋臼内衬的磨损并没有明显的影响。Nawabi等^[34]通过对23例(27髋)髋关节发育不良的病例平均随访12年发现髋关节旋转中心外移会加速假体的磨损，而将旋转中心适度内移及上移的病例并不会增加假体的松动。Kaneuji等^[35]通过对髋关节发育不良的30例髋进行长达最短10年的随访发现髋关节的旋转中心位于两侧泪滴连线近侧(26.8±4.8) mm[明显高于健侧的(13.4±2.7) mm，二者之间差异有显著性意义]，无向外移位时，没有发生髋臼假体的松动。有实验研究表明髋关节旋转中心的内移能减少髋关节受力^[1]。Edurado等^[21]认为臼杯的松动与旋转中心水平移位超过25 mm相关。Baghdadi等^[36]认为假体旋转中心每向内或向外偏移1 mm，会使非骨水泥型臼杯无菌松动率增加1%。Kaneuji等^[37]研究发现将髋关节的旋转中心置于泪滴近侧20 mm处，髋臼内衬的磨损没有明显变化。Bicanic等^[38]认为，关节旋转中心每向近侧移位1 mm，髋关节的负重就会增加0.1%。同时考虑到局部解剖结构的改变、臀中肌力臂变化等可能导致局部剪力增加进而增加假体的松动^[39]。García-Rey等^[31]认为髋关节旋转中心水平方向上的改变与髋臼假体影像学上松动的表现密切相关，而与臼杯外展角度和垂直方向上的移位无相关性。

本研究发现，使用Ranawat三角法确定的髋关节的旋转中心与X轴的距离为dx1=(24.43±2.26) mm，与Mose圆法[dx2=(11.90±3.55) mm]相比较差异有显著性意义，Ranawat三角法所确定的髋关节的旋转中心更靠近端和内侧，可能对关节周围的力学环境产生一定的影响，但其所产生的实际临床意义还有待进一步的观察。对于双侧髋关节发育不良及关节翻修的病例，由于髋臼周围结构的改变，使用Ranawat三角法来确定髋关节的旋转中心不失为一种可行之法。

3.3 使用Ranawat三角法确定关节旋转中心的注意点本文通过一定的计算尝试减少使用Ranawat三角法确定髋关节旋转中心时产生的误差，并与以往的文献研究取得了类似的结果。有学者以Mose圆法做为测量标准，对Ranawat三角法和Pierchon法对确定髋关节旋转中心的精确程度进行了比较^[15]，认为Pierchon法对髋关节旋转中心的确定更精确，并认为Ranawat三角法确定的髋关节的旋转中心比Mose圆法测量的结果更靠近近端和内侧，本研究亦得出了相似的结论。但该学者在测量过程中直接使用测量所得的数值进行的比较，而没有考虑不同个体间在拍摄X射线片时存在不同缩放率的误差以及Ranawat三角中确定s点时使用的a点外侧5 mm所受X射线片缩放率的影响，因而其实验测量本身存在着较大的误差，本文作者通过使用单侧人工关节置换术后假体的实际大小和X射线片上测得的大小来判断X射线片的缩放率，进而更精确的判断出Ranawat三角中s点的位置，增加了测量的准确性。Abolqhsaemian等^[1]判断髋关节旋转中心位置改变时将测量所得数值与正常侧股骨头直径做比以增加所得数据的可比性。本研究对所测得的数据通过相似的处理方式（即将旋转中心和相应参考线的距离与骨盆高度、宽度做比），尝试减小个体差异等混杂因素对研究的影响。以往的研究多将股骨头在X射线片上的影像假设为正圆^[22^，^40-41]，本研究中采用的是X射线片上髋臼顶部负重区与对应的股骨头部分的弧线所在圆的圆心做为使用Mose圆法确定的髋关节旋转中心，使髋关节中心的确定更精确，结论更可信。本研究通过对比值与实测数据进行散点图分析发现，二者具有相似的分布趋势，从一定程度上说明，不同的骨盆类型(不同高度、宽度)可能对两种方法(Ranawat三角法和Mose圆法)确定的髋关节旋转中心的差异没有明显的影响。

3.4 Ranawat三角法本身可能存在的缺陷 Ranawat三角法在确定髋关节旋转中心时可能本身即存在产生误差的一些因素：①本方法中对所有个体均采用Kehler’s线和Shenton’s线交点外侧5 mm(5 mm可能为正常人体髋臼软骨厚度的平均值)做为确定三角形的一个顶点的方法，本身没有考虑到个体之间的差异。②X射线片的缩放率也不尽相同其对髋关节旋转中心的确定常产生明显影响^[42]，因而在测量中对该顶点的精确确定常存在困难。此外，由于做为影像学表现的泪滴，并不是一个确切的解剖结构，并不一定在每张X射线片上很好的显现出来，尤其对发育不良及关节置换后节段性骨缺损的病例更是如此，因此Ranawat三角法在无法明确泪滴位置的个体中存在应用上的局限性。此外有文献报道髋关节旋转中心相对骨盆的位置还存在性别上的差异^[17]。因此Ranawat三角法在确定髋关节旋转中心的过程中必然会出现一定的误差。

在本研究中，兼顾了X射线片的缩放率，使Ranawat三角顶点的确定更加精确，同时通过百分比的表示方法减少了个体差异间的影响，使研究的结果更具可信性。但本研究还存在病例数较少等不足。总之，Ranawat三角法对双侧髋关节病变患者旋转中心的确定具有重要的意义。

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
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