基于CT三维重建对股骨髓内定位杆进针点位置的研究

刘珈　裴晓东　刘阳子

作者单位：1.014040 内蒙古 包头，内蒙古科技大学包头医学院；2.内蒙古自治区包头市第四医院骨二科；3.大连大学附属新华医院



基于CT三维重建对股骨髓内定位杆进针点位置的研究

刘珈1裴晓东2刘阳子3

作者单位：1.014040 内蒙古 包头，内蒙古科技大学包头医学院；2.内蒙古自治区包头市第四医院骨二科；3.大连大学附属新华医院

【摘要】目的 通过利用股骨远端三维重建模型，探讨股骨髁间窝最高点与股骨髓内定位杆进针点位置之间的关系，为全膝关节置换术中的精确截骨提供解剖学依据。方法 应用PET-CT和Mimics 15.0软件分别建立20位健康志愿者的股骨远端三维立体模型，以股骨髁间窝最高点为参照，对进针点的位置进行测量、描述及分析。结果 在冠状面上，股骨髓内定位杆进针点位于髁间窝最高点内（3.03±2.00）mm（-1.00～7.03 mm）；在矢状面上，位于髁间窝最高点前（8.36±3.31）mm（1.42～14.69mm）。结论 本实验提供了一种在全膝关节置换术中确定髓内定位杆进针点位置的方法，术前实施三维测量可协助个体化治疗，提高手术成功率。

【关键词】全膝关节置换术；三维重建；髓内定位杆进针点；髁间窝最高点

全膝关节置换术（total knee arthroplasty， TKA）是目前治疗膝关节疾病的主要手术方法之一，已有30余年的发展历程［1］。全膝关节置换术成功的关键在于下肢力线的恢复。目前，临床上普遍采用股骨髓内定位系统指导术中截骨，而在该系统中，股骨髓内定位杆进针点位置的准确选取对术后下肢力线的恢复起到至关重要的作用。本实验尝试在三维立体模型上，以髁间窝最高点为参照，对入髓点的位置进行测量和描述。同时建议术前实施三维测量，以期真正实现个体化治疗。

1　对象与方法

1.1研究对象 于2014年1月—2015年8月在内蒙古医科大学附属第一医院随机选取20例国人志愿者，其中女12例、男8例；年龄18～61岁，平均36.5岁；行双下肢PET-CT扫描；志愿者双下肢骨性组织均无创伤史、疾病史及手术史。

1.2三维模型的建立 将经PET-CT扫描获取的DICOM数据导入Mimics 15.0软件中，通过“阈值分割”功能获取原始蒙板，再经“蒙板编辑”对各个骨性结构进行分割，从而创建新蒙版，通过“三维重建”建立股骨远端三维立体可视化模型。

1.3股骨解剖轴、股骨髓内定位杆进针点及髁间窝最高点的确定 应用Mimics 15.0软件中的圆形拟合功能标记股骨干中点所处平面的髓腔圆心，以及膝关节平面上10 cm处的髓腔圆心，连接上述两点并延长至股骨远端平面，此连线即为股骨解剖轴（图1），而该线与股骨远端平面的交点即为理论上股骨髓内定位杆的进针点（图2）。由股骨近端向远端观察，选取最后出现股骨内、外髁皮质相连的图像，圆形拟合该皮质的上、下边缘并标记其圆心，该圆心即为股骨髁间窝最高点（图2）。

1.4测量入髓点与髁间窝最高点之间的距离 在冠状位及矢状位上，分别测量股骨髓内定位杆进针点位置与髁间窝最高点之间的距离。

2　结果

在冠状位上，股骨髓内定位杆进针点位于髁间窝最高点偏内（3.03±2.00）mm（-1.00～7.03 mm）；在矢状位上，股骨髓内定位杆进针点位于髁间窝最高点偏前（8.36±3.31）mm（1.42～14.69 mm）。

分布图显示，股骨髓内定位杆进针点位于髁间窝最高点偏内0～6 mm、偏前1～12 mm各占总数的90%（仅1例男性偏外1.00 mm）（图3）。

图1　灰色圆柱即为三维重建模型中的股骨解剖轴

图2　在三维重建模型中标记入髓点及髁间窝最高点

图3　股骨髓内定位杆进针点与髁间窝最高点位置关系分布图

3　讨论

对于全膝关节置换术而言，目前临床上普遍采用股骨髓内定位系统指导术中截骨。然而，该系统并非绝对精确、无误差，也曾出现过术后下肢力线过度内翻或外翻的报道［2-4］。在全膝关节置换术中采用股骨髓内定位系统出现术后下肢力线对位不良的原因可能包括：患肢关节畸形、股骨非正常生理性弯曲、股骨髓腔异常宽大、股骨髓内定位杆进针点位置偏移或进针方向偏差、定位杆长度或直径不适宜等。

就入髓点而言，国内外众多学者已通过各种实验方法对其进行描述。1997年，Reed等［5］对X线平片进行观察和测量得出：股骨髓内定位杆的进针点应在股骨解剖轴与股骨远端关节面的交点上，且入髓点平均位于髁间窝偏内6.6 mm处。1999年，Jeffery等［6］对25例病人的双下肢X线平片进行测量，结果为：股骨解剖轴与股骨髁之间的交点距滑车顶点偏外平均3.4 mm。2001年，Novotny等［7］对45例股骨标本的正、侧位X线平片进行测量，结果显示：从冠状面上观察，入髓点位于外侧皮质内0.53×股骨远端内外髁皮质的宽度；从矢状面上观察，则位于前皮质偏后0.33×前后皮质的宽度。2009年，Wangroongsub等［8］通过研究尸体标本的正、侧位X线平片，认为股骨髓内定位杆的最佳进针点应位于髁间窝内（1.5±2.0）mm、上（12.0±2.7）mm处。我国学者卢宏章等［9］于2004年对40例病人进行全膝关节置换术术前、术后膝关节正、侧位X线平片的拍摄，并在此基础上进行标记和测量，结果显示：股骨髓内定位杆的进针点位于股骨解剖轴上，此点与滑车中心的距离平均为7 mm。

上述研究多以二维图片为基础进行观察和测量，数据的客观性、真实性可能会因操作技巧、摄片角度、股骨的前弓、股骨头的旋转、放大比率、测量方法及骨性疾病等出现偏差［10-12］。除此之外，在全膝关节置换术中，国内普遍采用的假体尺寸、手术操作方案等多以西方人的骨性结构为参考标准，但众所周知，就解剖学特点而言，东、西方人种之间存在显著差异，这可能会导致入髓点的位置在二者之间略有不同。对于手术的精细化而言，差之毫厘，谬以千里，几毫米的误差也可能会对术后效果产生巨大的影响。若入髓点的位置不慎选择在股骨解剖轴之外，则股骨髓内定位杆尖端的内移会增大外翻误差；反之，若入髓点的位置在股骨解剖轴之内，则会增大内翻误差［13-15］。

本实验尝试在三维立体模型上进行测量，以期最大限度避免二维摄片时所出现的角度误差和测量误差，使所得数据的准确度及精确度均高于X线平片。本次实验结果与国内外学者的相关研究不尽相同，这可能与实验材料、对象、方法等不同有关。本实验以活体CT图像为基础，利用三维重建技术进行测量，而有些研究会选择尸体标本或活体、尸体标本的X线平片作为实验材料；不同的实验方法会以不同的角度对股骨远端的解剖学构象进行展示，并选择不同的参照物对股骨远端的髓腔进行标记，而测量方法又有人工和机械之分；另外，人种间的解剖学差异也是重要的影响因素。

本实验结果显示，无论在冠状位还是矢状位上，股骨髓内定位杆进针点与髁间窝最高点之间的距离均有较大波动，这提示：入髓点的位置可能存在较大的个体差异。在全膝关节置换术前，通过应用本实验所提供的方法，在股骨远端三维重建模型上测量并标记股骨髓内定位杆入针点的位置，对确保后续术中的精确截骨和假体的适宜安置有重要的现实意义，真正实现个体化治疗。本研究的局限：未对术前实施入髓点三维定位的病人进行5年随访，没有在关节功能与放射学检查等方面与实施传统手术的病人进行对比评估。但术前三维重建及测量对术中精细化操作的重要性是毋庸置疑的。

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临床经验荟萃

通讯作者：裴晓东，Email：peiming18@163.com

【中图分类号】R68

【文献标识码】A

【文章编号】1672-7185（2016）04-0063-03 doi﹕10.3969/j.issn.1672-7185.2016.04.030

收稿日期：（2016-01-11）