安装假体时股骨旋转定位轴线及相关角度的解剖学特征

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.17.002

摘要/Abstract

摘要：

背景：人工全膝关节置换过程中股骨假体旋转定位良好是置换成功的关键之一，与置换后关节功能密切相关。股骨髁各项解剖参数也非常重要，熟悉其各项数据能够合理截骨以及选择轴线，避免假体安装位置不佳导致全膝关节置换后关节功能障碍。
目的：通过对股骨髁标本的解剖结构进行观察，测量股骨髁标本解剖参数及定位轴线之间的角度。
方法：固定架固定共40例股骨骨性标本，观察内上髁及外上髁形态变化，测量股骨髁解剖参数，包括长度、宽度等；应用定位导向器于内外上髁之间穿克氏针固定，垂直股骨后髁轴截骨后以万能角度量角器测量股骨4条轴线——手术髁上轴、临床髁上轴、后髁轴、AP轴之间的相关角度关系。
结果与结论：内上髁凹陷出现比例较低，约占所有标本比例总数的25%；股骨髁的高度与西方人相比差别不大，宽度与西方人相比差别较大。提示股骨髁宽度与西方人群差别较大，手术操作应充分注意；股骨髁内上髁凹陷出现比例不高，故参照髁上轴的后髁角定位只适用于部分人群；而AP轴较易定位，两条轴线与后髁轴线之间成角数值稳定，变异性较小，证实AP轴可做为股骨假体旋转定位的可靠标记。

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, 全膝关节置换, 股骨, 后髁轴, 髁上轴, 前后轴(AP轴)

Abstract:

BACKGROUND: Good rotational location for femoral prosthesis is a key in total knee replacement, which is strongly associated with joint function after replacement. Each anatomical parameter of femoral condyle is also very important. To familiar with each data can do reasonably ostectomy and select axis, can avoid poor location of prosthesis-induced joint dysfunction after total knee replacement.
OBJECTIVE: To observe the anatomical structure of femoral condyle specimens, and measure the angle between anatomical parameter and the axis.
METHODS: A total of 40 femoral bone specimens were fixed on the frame. Morphological changes in the medial epicondyle and the lateral epicondyle were observed. Femoral condyle parameters, including length and width, were measured. Kirschner wire was used between the medial epicondyle and the lateral epicondyle using a targeting device. After ostectomy, four axial lines were measured with a conimeter, including surgical epicondylar axis, clinical epicondylar axis, posterior condylar line and anterior-posterior axis.
RESULTS AND CONCLUSION: The depression of medial epicondyle appeared relatively low, accounting for 25% of the total number of all specimens; the height of the femoral condyle did not have significant difference compared with westerners, but width was smaller compared with westerners. Thus, the surgeons should be fully aware of the width of femoral condyle in operative procedures. The appearance of depression of medial epicondyle was not frequent, so posterior condylar angle of epicondylar axis was only fit for some persons. However, anterior-posterior axis was easily to be located. The angle between two axes and posterior condylar line was stable, and variability was small. Thus, the anterior-posterior axis can be used as a reliable label for rotational position of femoral prosthesis.

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Key words: arthroplasty, replacement, knee, prosthesis implantation, femur, anatomy

中图分类号:

R318

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图/表（结果） 2

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引言

全膝关节置换是治疗骨性关节炎晚期效果最佳的标准手术方式，术中股骨假体旋转定位良好是置换成功的关键之一。定位良好可使置换后膝关节功能达到最大化，定位不良会导致膝前痛、假体磨损、髌骨半脱位及脱位等多种并发症^[1-4]，使假体早期失败，给患者造成重大经济及社会负担。

全膝关节置换过程中确定股骨假体定位有解剖定位方法、器械定位方法、影像及导航定位方法，依据器械定位方法旋转角度为固定角度，容易出现偏差，而应用影像及导航定位方法使患者花费增高，而最基本的方法即依据股骨本身解剖标志进行定位。于定位轴线及轴线之间的局部解剖相关角度研究至关重要，目前至少有3条与股骨髁解剖标志相关的轴线可供参考，包括髁上轴线、后髁轴线、AP轴线等，对于相关轴线的影像学研究较多，而解剖学研究相对较少。

股骨髁各项参数显示国人股骨髁宽度与西方人群存在差异，使用欧美假体会出现假体与股骨髁出现不匹配，而合理选择假体大小至关重要，应合理截骨使股骨髁假体高度与宽度相匹配，达到置换后满意的膝关节功能。股骨后髁截骨决定着股骨假体的旋转对线及屈曲间隙的形状，过度外旋增加内侧屈曲间隙，会导致屈膝位不稳定；假体内旋引起髌骨向外侧倾斜，髌股关节不稳定，会导致髌骨半脱位、脱位等并发症。总之，全膝关节置换中股骨假体旋转定位角度非常重要，假体旋转定位不良可导致多种并发症，已有多项临床及影像学研究得到证实。股骨髁各项解剖参数也非常重要，熟悉其各项数据能够合理截骨，合理选择轴线，合理应用假体。

为进一步提高对全膝关节置换的认识，减少置换并发症，作者测量保定地区人群股骨髁标本解剖参数及定位轴线之间的角度，以期为全膝关节置换过程中假体选择及操作提供充分的解剖学依据，减少轴线认识不佳，假体定位不当等相关并发症。

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材料方法

设计：重复测量设计。

时间及地点：于2013年3月至10月在河北大学医学院解剖教研室及廊坊卫生学院解剖教研室完成。

材料：人体股骨髁成人标本40例，男22例，女18例，所有股骨髁无发育不良。实验方法得到涿州市医院伦理委员会批准。

方法：

大体标本观察：应用外固定架固定股骨骨性标本，标本包括全长股骨，分别固定两端，其中股骨近端垫高，使股骨双后髁在水平面，保持正常的股骨前倾，便于确定4条轴线，4条轴线为手术髁上轴(内上髁凹陷与外上髁最高点之间连线)、临床髁上轴(内外上髁最高点之间连线)、后髁轴(双后髁关节面之间连线)、AP轴(内上髁凹陷与髁间窝中点之间连线)，观察股骨内上髁及外上髁突起及内上髁凹陷存在情况，均为髁的最高点和凹陷的中心点，并用标记笔进行标记及记录。

数据测量：应用游标卡尺测量股骨髁解剖参数，包括股骨髁长度、宽度等(图1)；应用关节镜韧带重建定位导向器于内外上髁之间穿克氏针固定，并定位AP轴线，垂直股骨后髁轴截骨(图2A)，截骨后再应用万能角度量角器测量股骨四条轴线之间相关角度关系(图2B, C)。由此初步决定股骨髁行手术截骨时假体定位及截骨方向、厚度等参数，为手术提供依据。

主要观察指标：股骨内上髁凹陷存在率，股骨髁各项解剖参数，内外上髁形态，后髁轴、髁上轴、AP轴等4条轴线之间的相关角度。

统计学分析：第一作者负责统计数据及分析，股骨髁各项解剖参数、角度大小以x(_)±s表示。采用SPSS 13.0软件进行统计分析，P < 0.05为差异有显著性意义。

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讨论

3.1 股骨髁解剖参数测量结果 股骨远端的解剖参数研究用来确定假体各项参数范围以设计更加符合髁部位解剖的关节置换置入假体，本文样本均为正常成人股骨，数据没有较大解剖变异，数据显示男性与女性相比，髓腔中心与后髁轴之间距离则无明显差别，其余各组数据包括内外侧髁高度、髁间宽度、髁间切迹的宽度均有明显差别，差异有显著性意义。

Berger等^[4]测量股骨髁内外上髁之间宽度男性与女性平均分别为85.6，75.4 mm，与上述数据相比，国人内外上髁之间宽度明显较小，本项研究对其进一步证实，表明在人工全膝关节置换时应给予充分注意，尽量选择与解剖相匹配假体。吴剑彬^[5]对78侧正常膝关节行磁共振扫描，测量经股骨上髁轴宽度，结果显示，经手术股骨上髁轴宽度在男性为(79.55±4.90) mm，女性为(71.18±4.22) mm，经临床髁上轴宽度在男性为 (80.8±5.06) mm，女性为(72.64±4.35) mm。Pearson 相关分析示股骨远端内外上髁的前后径大小与经股骨上髁轴宽度具相关性。磁共振扫描研究全膝关节置换股骨假体旋转对线骨性标志可靠，而且国人股骨假体外旋度数较欧美国家大，股骨远端上髁解剖大小明显小于欧美国家人群。

研究显示股骨内上髁凹陷不存在比例较大^[6]，故无法依据髁上轴定位，本文通过解剖进一步证实内上髁凹陷存在情况，结果证实内上髁凹陷存在比率为25%，并不是很高。

姜侃等^[7]对80例哈萨克族志愿者160个正常膝关节进行MRI扫描，重建股骨远端模型，测量正常哈萨克族股骨远端轴线，分性别及侧别分组，分析两组间的差异有无显著性意义，其中股骨后髁角与髁扭转角男性大于女性，而前后轴线的垂线与外科上髁轴线夹角则为女性大于男性，建议施行人工全膝关节置换时，根据个体股骨远端形态特征、性别差异正确地选择对线标志，以确保患者术后效果良好。

3.2 确定股骨旋转定位轴线之间相关性分析 为更加精确定位及测量股骨骨性标本各条轴线，本文对髁上轴、前后轴进行标记后依据其进行截骨，截骨时垂直于后髁轴，从而保证结果准确性，减少手术操作导致误差，数据经3人分别测量后取平均值。

对于股骨髁轴线之间相关分析已有相关研究，股骨内外上髁连线、前后轴线、股骨后髁轴线均可作为参考用来确定股骨假体的旋转对线。如果当股骨后髁表面磨损时，可以使用股骨髁上轴及AP轴线作为参考。目前已有多项影像学研究，对正常和行全膝关节置换患者进行研究，包括应用CT扫描、CT三维重建和MRI技术^[8-13]，MRI 测量为临床提供膝关节置换过程中所需要膝关节数据，以及假体旋转对线，并且其显示软组织远胜于CT，MRI 测量是一种新的膝关节测量方法。多项影像学研究证实建议术前应用CT扫描，PCA进行准确的个体化测量，并将其作股骨髁旋转截骨的参考角度，为临床指导手术截骨、正确进行旋转对线提供测量依据，减少髌骨脱位等并发症。

多项研究证实髁上轴相对可靠，应用其定位后髁角^[14-16]，Sun等^[17]对32例膝骨关节炎患者进行手术治疗，使用手术髁上轴进行股骨假体旋转定位，结果显示膝关节CT影像上80%可以定位手术髁上轴，平均后髁角度为2.36°，结果表明其作为可重复及可靠的参考轴线。Van Der Linden等^[18]对36例尸体股骨标本进行CT扫描后，测量股骨前倾角和股骨后髁角度，平均大小分别约为12.0°和4.8°，且两者之间具有相关性，表明个体间变异性导致常规术中3°外旋导致安装假体位置可能不良，表明后髁角度变异性较大。本项解剖学研究数值显示股骨后髁角，男性与女性在统计学上具有明显不同，后髁角度的数值高峰出现在1°与3.5°，双峰分布证实其可作为股骨假体旋转的参考。测量结果准确，恒定，误差小，可重复性强。在患者全膝关节置换前，首先应对PCA进行准确的个体化测量，并将其作股骨髁旋转截骨的参考角度，为临床指导手术截骨、正确进行旋转对线提供测量依据。

Arima等^[19]对30例股骨标本进行研究，标记后髁轴、髁上轴及AP轴并测量之间角度，结果表明AP轴垂线与后髁轴4度外旋，而髁上轴不易定位，表明前后轴可以作为旋转力线的可靠标记。Manili等^[20]对20例患者实施全膝关节置换治疗，为防止髌股关节及股胫关节并发症，股骨旋转力线依据AP轴进行定位，术后应用X射线评估股骨假体旋转角度，评估AP轴的可靠性，结果显示术后股骨假体外旋角度平均为3°，证实AP轴可做为股骨假体旋转定位的可靠标记。本文结果显示AP垂线与后髁轴之间角度的数值分布呈单峰，最高值出现在3.78°。然而并不常规将髁扭转角用于定位，因为内侧髁选择有明显的突起，导致其变异性较大。

且不同地区人群外旋角度不同，李军等^[21]华南地区正常成人志愿者71例(142膝)，通过螺旋CT扫描膝关节，测量股骨远端髁扭转角。结果股骨远端髁扭转角性别之间差异有显著性意义，平均股骨远端髁扭转角为(6.66± 1.97)°，建议对华南人的人工全膝关节置换过程中，传统的外旋3°截骨可能会导致对线不佳，应该适当提高旋转对线的外旋度数。

孙荣彬等^[22]对89例正常成人膝关节CT扫描，在横断面图像上定位外科经股骨上髁轴、股骨后髁轴和股骨滑车轴。测量股骨滑车轴相对于外科经股骨上髁轴旋转的角度、股骨滑车轴相对于股骨后髁线旋转的角度、股骨后髁线相对于外科经股骨上髁轴旋转的角度，比较它们相对外科经股骨上髁轴的可靠性，结果股骨滑车轴相对于外科经股骨上髁轴旋转的角度为(6.77±3.12)°，股骨滑车轴相对于股骨后髁线旋转的角度为(4.22±2.64)°，显示股骨滑车轴仅可作为股骨假体旋转对位的辅助性标志。

3.3 总结 人工全膝关节置换过程中股骨假体安装良好是置换后功能满意的关键因素之一^[23-34]，本文通过对股骨骨性标本进行测量，并进行截骨后测量各条轴线之间相关角度，结果显示国人股骨髁的宽度明显小于现有西方人群研究结果，术中安装假体时应给予充分考虑，兼顾股骨髁的宽度与高度，而在手术中可以选用髁上轴及AP轴进行股骨髁假体定位及安装，减少假体大小的安装失误，保证股骨假体旋转安装位置满意，相信以上数据可为临床提供充分的解剖参数依据。

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
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