膝关节置换术后内侧副韧带形态及功能的高频超声对比

江 凌，刘延青，崔立刚，孟 颖，田 华，张 克，王金锐

北京大学第三医院 1超声诊断科 2骨科，北京 1001913北京大学国际医疗部超声诊断科，北京 102206



·论 著·

膝关节置换术后内侧副韧带形态及功能的高频超声对比

江 凌1，刘延青2，崔立刚1，孟 颖3，田 华2，张 克2，王金锐1

北京大学第三医院1超声诊断科2骨科，北京 1001913北京大学国际医疗部超声诊断科，北京 102206

目的 利用高频超声对膝关节置换术后内侧副韧带进行扫查，探讨超声评估内侧副韧带形态及功能的可行性及其临床价值。方法 以38例常规膝关节置换术后膝关节(A组)和22例明确内侧副韧带损伤而使用限制性垫片的膝关节置换术后膝关节(B组)为研究对象，分别进行内侧副韧带长轴切面高频超声扫查，依次测量距离关节截骨面约1 cm处股骨端及胫骨端内侧副韧带的厚度，比较两组间韧带厚度的差异。随后进行外翻应力动态观察，测量股骨侧假体金属部分与垫片之间的间隙，比较两组间隙的分布及构成比。结果 高频超声能清晰显示膝关节置换术后的关节假体及内侧副韧带。两种术式后的内侧副韧带纤维结构连续，其中B组胫骨端内侧副韧带厚度为(0.25±0.06)cm，较A组的(0.32±0.14) cm明显变薄(t=2.12，P=0.040)；但B组股骨端内侧副韧带厚度[(0.37±0.09)cm]与A组[(0.42±0.12)cm]厚度差异无统计学意义(t=1.65，P=0.110)。外翻应力条件下扫查，B组患者中11例可以测出股骨侧假体金属部分与垫片之间的间隙，而A组患者中仅1例可测出间隙；B组患者出现间隙的比例较A组明显增高(Fisher 确切检验，P=0.000)。结论 高频超声可以清晰显示膝关节置换术后假体及内侧副韧带，术中内侧副韧带损伤后可以愈合但是厚度明显变薄。外翻应力条件下，根据假体与垫片之间的间隙可以评价关节置换术后稳定性。

膝关节置换术；内侧副韧带；高频超声

ActaAcadMedSin，2016,38(5)：574-578

全膝关节置换术是膝关节畸形和严重功能障碍的最终治疗手段[1]。膝关节置换术中需平衡松解内侧副韧带，此过程可能导致松解过多，甚至损伤内侧副韧带，造成关节内外侧软组织失平衡，影响术后恢复[2]。因此，手术医师根据术中内侧副韧带是否出现损伤会采取不同的术中垫片弥补内侧副韧带损伤。然而，术后有关内侧副韧带损伤及其损伤后愈合情况受金属假体的影响，无法行磁共振检查，仅靠体格检查给予判断缺少客观评价标准。本研究采用高频超声对膝关节置换术后内侧副韧带进行扫查，探讨了超声评估内侧副韧带形态和功能的可行性及其临床价值。

对象和方法

对象 2014年1月1日至2015年6月30日在北京大学第三医院就诊、符合并进行全膝关节置换手术的骨性关节炎患者52例，其中，男2例，女50例，平均年龄(67.9±6.6)岁(60～76)岁。52例患者共进行了60例人工膝关节假体置换，其中8例为双侧膝关节同时置换。

手术方法及分组 采用常规髌骨旁内侧入路，剥离内侧副韧带胫骨侧止点显露膝关节，置入Genesis ⅡPS假体(英国施乐辉公司)。根据术中是否有内侧副韧带损伤可以分为：(1)A组(n=38):无内侧副韧带损伤，采用PS高屈曲垫片；(2)B组(n=22)：术中内侧副韧带损伤或松弛，采用PS限制垫片。所有患者均在术后1年随访并进行X线摄片及内侧副韧带超声扫查。

膝关节功能评价 所有患者复查时均由同一临床医师根据美国特种医院膝关节功能评分(the hospital for special surgery, HSS)[3]给予评分，膝关节外翻应力试验于屈膝90°时为阳性，提示膝关节不稳定。

超声检测 采用迈瑞M9超声诊断仪L14- 6Ns探头，东芝Aplio500超声诊断仪PLT- 1204BT探头，均为高频线阵探头，内置肌肉骨骼系统扫查条件。受检者平卧于检查床，患侧膝关节屈曲90°，髋外展约10～20°。为了保持超声检查测量位置固定，在膝关节内侧首先用卷尺测量关节后方至髌骨后缘距离并在体表标记，然后取其中点沿内侧副韧带长轴切面扫查(图1)。利用金属强回声后方混响回声作为声像图解剖标志，寻找并显示内侧副韧带结构。观察韧带的形态、连续性以及周围软组织有无肿胀及压痛。分别测量内侧副韧带股骨端、胫骨端距离关节截骨面约1 cm处的韧带厚度径值，每次均测量3次后取平均值。由助手协助，一只手置于膝关节外侧，另一只手握住足踝，进行膝外翻动作。此时操作者保持探头位置稳定，观察膝关节假体股骨端金属部分与关节间垫片之间的距离。若两者之间始终无间隙，测量值为零。以上操作均由1名专门从事肌肉骨骼超声5年以上的医师完成扫查，扫查时该医师并不知晓患者的临床相关资料。本研究获北京大学第三医院医学伦理委员会批准，所有受试者接受B超检查均签署知情同意书。

统计学处理 应用Excel建立数据库并录入核对，采用SPSS 17.0统计软件，计量资料以均数标准差表示，组间比较采用独立样本t检验；计数资料以率表示，组间比较采用Fisher确切概率法；P<0.05为差异有统计学意义。

MCL：内侧副韧带

MCL：medial collateral ligament

图 1 膝关节置换术后超声扫查MCL时探头位置

Fig 1 Probe position during the ultrasonic scan of medial collateral ligament

结 果

一般情况 两组患者在年龄[(68.26±6.78)岁比(67.56±6.91)岁，t=0.38，P=0.700]、病程[(8.45±5.88)年比(7.95±2.98)年，t=0.43，P=0.66]、体重指数(body mass index，BMI)[(22.8±0.56)kg/m2比(22.82±0.51)kg/m2，t=0.26，P=0.790]等方面差异均无统计学意义。52例患者的60例人工膝关节均无关节不稳定的主诉。临床医师通过查体确认膝关节内侧不稳定患者4例，均为B组患者。术后两组患者HSS评分差异无统计学意义[(91.68±4.11)分比(92.32±2.23)分，t=-0.67，P=0.505]。

静态超声评价内侧副韧带 全部患者人工膝关节假体及内侧副韧带均能被高频超声清晰显示。在膝关节内侧纵断面扫查，人工关节的金属部分显示为强回声伴后方混响伪像，股骨端和胫骨端金属部分之间为声波不能穿透的聚乙烯垫片，表现为线样强回声伴声影，与X线平片结构相对应(图2)。所有患者内侧副韧带长轴扫查显示为连续的带状低回声，内部回声不均匀。分别测量其股骨端及胫骨端的韧带厚度(图3)，结果显示A组及B组患者股骨端韧带厚度差异无统计学意义[(0.42±0.12)cm比(0.37±0.09)cm，t=1.65，P=0.110]。但是，B组胫骨端韧带厚度较A组明显变薄[(0.25±0.06)cm比(0.32±0.14)cm，t=2.12，P=0.040]。临床医师通过查体确认膝关节内侧不稳定的4例患者，其厚度均值为0.2 cm。

Fem：股骨;Tib：胫骨；TKA：全膝关节置换术

Fem：femur bone；Tib: tibia；TKA：total knee arthroplasty

A.65岁男性TKA后，内侧纵断面扫查TKA后声像图显示金属假体-聚乙烯垫片界面，聚乙烯垫片(箭)为低回声伴后方声影，金属假体(箭头)为强回声伴后方彗星尾征；B.同一患者X线侧位片显示高密度金属假体(箭头)，和两者之间低密度聚乙烯垫片(箭)

A.longitudinal ultrasound image obtained on the MCL in a 65-year-old man with TKA shows metal-one-olyethylene interface, note the straight echogenic interface (arrows)posterior acoustic shadow generated by polyethylene；in contrast, the metallic tibial component (arrowhead) exhibits posterior reverberation artifact；B. correlative lateral radiograph obtained with the same patient shows the normal radiographic appearance of the tibial metallic component (arrowhead)and the radiolucent polyethylene line(arrow)

图 2 TKA后X线侧位片和声像图

Fig 2 X-ray lateral radiographs and sonogram with TKA

测量标记处：内侧副韧带

Mark point: medial collateral ligament

A. TKA后，A组患者胫骨表面MCL愈合厚度；B. TKA后，B组患者术中胫骨表面MCL有损伤后愈合厚度

A. after TKA, the MCL thickness on the tibial surface of A group；B. after TKA, the MCL thickness on the tibial surface of B group with diagnosed MCL injury

图 3 TKA后胫骨端MCL声像图

Fig 3 Sonogram of the MCL on the tibia in a patient after TKA

动态超声评价内侧副韧带 被动应力外翻时扫查，测量膝关节股骨侧金属部分与垫片之间的距离(图4)。48例膝关节未见两者间存在明显间隙；12例膝关节在膝关节最大外翻位时，膝关节股骨侧金属部分与垫片之间的平均距离为(0.36±0.13)cm(0.24～0.56 cm)。12例患者中，1例(2.6%，1/38)为A组，11例(50.0%，11/22)为B组，B组比例明显高于A组(P=0.000)。

讨 论

在全膝关节置换手术中，必需对膝关节内侧副韧带胫骨表面部分进行剥离，目的是为了显露膝关节和松解内侧副韧带而矫正内翻畸形。然而，术中的过度剥离会带来内侧副韧带损伤。文献报道，膝关节置换术后由于内侧副韧带损伤导致膝关节不稳发病率为0.5%～3.0%，对于肥胖患者的发病率甚至达8.0%[4]。为了减少术后内侧副韧带损伤带来的不稳定，学者们在术中根据内侧副韧带损伤的情况采用不同的垫片，本研究中B组患者即应用了限制性垫片，其实质是对术中内侧副韧带损伤的一种补救方法。限制性垫片可以阻止膝关节的侧方不稳定，从而利于内侧副韧带损伤处的愈合和长期稳定。然而，限制垫片自身会使应力传导到假体与骨界面，不利于假体稳定，文献报道可能使假体松动发生时间提前[5]。因此，需要一种方法术后有效地评估内侧副韧带损伤愈合情况以及关节的稳定性。

测量标记处：间隙距离

Mark point: gap between the femoral metal prosthesis and polyethylene spacer

A.膝关节屈膝90°时，中立位股骨内金属假体(箭头)与聚乙烯垫片(箭)之间无明显间隙；B.给予患者膝关节外翻时动态扫查，股骨内金属假体与聚乙烯垫片之间出现间隙(+…+)

A. coronal view of knee, there is no gap between the femoral metal prosthesis (arrowheads)and polyethylene spacer(arrows) when knee in neutral position with flexion 90 degrees；B. a dynamic scan of the knee with valgus stress, the gap between the femoral metal prosthesis(arrowheads) and polyethylene spacer(arrows) is detected(+…+)

图 4 动态扫查膝关节完全置换术后股骨内金属与聚乙烯垫片之间距离测量的声像图

Fig 4 Dynamic sonogram with measurement of gap between the femoral metal prosthesis and the polyethylene spacers after TKA

高频超声对附着在关节表面的肌腱、韧带有良好的分辨力，已有文献表明高频超声显示软组织的细微结构优于CT和MRI[6- 7]。利用高频超声评估膝关节副韧带损伤及愈合情况的临床应用已经被普遍接受[8- 9]。膝关节置换术后评估内侧副韧带时，首先应辨识假体的形态。声波传播至金属假体表面时可发生多次内部混响(振铃效应)，形成典型“彗尾征”伪像， 因此可以帮助识别金属假体的存在和位置。随后，即可在金属假体表面显示内侧副韧带，呈条状低回声结构。本研究重点扫查胫骨表面内侧副韧带。结果发现，B组患者尽管术中对内侧副韧带剥离较多并造成一定损伤，但在1年后的声像图显示内侧副韧带纤维结构连续性完整，手术后由于纤维结构黏连，瘢痕形成，导致韧带回声不均匀，但韧带内未见撕裂带来的裂隙样回声，表明韧带愈合良好。但是，愈合韧带的厚度较A组显著变薄，提示韧带的支持力量可能会受到影响。本研究中，术后1年随访，已经有4例患者经查体确认膝关节内侧不稳定，该4例患者的内侧副韧带厚度平均为0.2 cm。虽然内侧副韧带变薄的患者尚无关节不稳定的主诉，但这可能与术后随访时间较短，术中预防性使用限制性垫片有关。针对这组人群，应增加术后随访的频率，长期进行随访。

除进行内侧副韧带静止状态下的形态学观察外，还充分发挥超声检查的优势对膝关节稳定性进行动态评估，即在患者膝关节屈曲90°时，施行侧方应力外翻试验，观察膝关节股骨侧金属假体部分与垫片之间的距离，评价膝关节冠状方向的稳定性。以往利用X线或关节测量仪[10]测量关节间隙距离和外翻角度的生物力学研究，大部分都是在关节静止状态下进行，有关动态分析研究较少[11]。本研究采用实时动态超声测量膝关节股骨侧金属假体部分与垫片之间，在应力状态下可出现间隙，平均范围为(0.36±0.13) cm。金属假体与垫片之间在应力状态下出现间隙，表明关节冠状方向上存在不稳的风险，间接提示内侧副韧带支持力量薄弱。12例出现间隙的患者，11例为B组患者，其内侧副韧带亦薄，说明术中内侧副韧带损伤，应用限制性垫片的必要性。

针对假体置换后关节稳定性的研究，国外Itokazu等[12]采用与我们相似的方法，但他们利用超声测量膝关节伸直位，关节假体间的分离间隙约0.22 cm。文献中还提到有学者对于有明确内侧副韧带损伤患者，麻醉后利用X线测量股骨与胫骨分离间隙约为0.5～1.0 cm[13]。这些数值的不同与测量的体位、测量的手法和位置不同有关。

本研究不足之处在于术后随访时间较短，虽然发现限制性垫片对于内侧副韧带损伤有一定弥补作用，但该垫片的长期效果如何，该垫片对假体稳定性的长期影响均需进一步研究。

综上，本研究结果显示，对于膝关节置换术患者，采用超声实时动态扫查可以清楚显示术后假体及其表面内侧副韧带声像图。超声检查不仅可以观察到内侧副韧带的形态、结构，评价其连续性，测量其厚度，还可以通过动态检查评价其功能。对于使用限制性垫片的膝关节置换术后患者，内侧副韧带可以愈合，不影响患者功能，但其胫骨表面韧带厚度较对照组薄，且对关节稳定作用产生一定影响。

[1]Dragosloveanu S, Cristea S, Stoica C, et al. Outcome of iatrogenic collateral ligaments injuries during total knee arthroplasty[J]. Eur J Orthop Surg Traumatol, 2014, 24(8):1499- 1503.

[2]Nakahara H, Okazaki K, Hamai S, et al. Does knee stability in the coronal plane in extension affect function and outcome after total knee arthroplasty[J]. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc, 2015, 23(6):1693- 1698.

[3]彭颂，胥伯勇，曹力.单髁置换与全膝置换患者膝关节评分的比较：随机对照实验[J]. 中国组织工程研究，2015，19(48)：7724- 7730.

[4]Bohl DD, Wetters NG, Del Gaizo DJ, et al. Repair of intraoperative injury to the medial collateral ligament during primary total knee arthroplasty[J]. J Bone Joint Surg Am, 2016, 98(1):35- 39.

[5]Athwal KK, Hunt NC, Davies AJ, et al. Clinical biomechanics of instability related to total knee arthroplasty[J]. Clin Biomech, 2014, 29(2):119- 128.

[6]郭丽娟，崔立刚，李玉梅，等.专业运动员髌腱末端病保守疗法的超声随访[J].中国医学科学院学报，2015，37(5)：580- 584.

[7]Lee J, Robinson G, Finlay K, et al. Evaluation of the quadriceps tendon, patellar tendon, and collateral ligaments after total knee arthroplasty: appearances in the early postoperative period[J]. Can Assoc Radiol J, 2006 , 57(5):291- 298.

[8]De Maeseneer M, Marcelis S, Boulet C，et al. Ultrasound of the knee with emphasis on the detailed anatomy of anterior, medial, and lateral structures[J]. Skeletal Radio, 2014, 43(8):1025- 1039.

[9]Craft JA, Kurzweil PR. Physical examination and imaging of medial collateral ligament and posteromedial corner of the knee[J]. Sports Med Arthrosc, 2015，23(2):e1- e6.

[10]Takeda M, Ishii Y, Noguchi H, et al. Changes in varus-valgus laxity after total knee arthroplasty over time[J]. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc, 2012, 20(10): 1988- 1993.

[11]Bejek Z, Paróczai R, Szendröi M, et al. Gait analysis following TKA: comparison of conventional technique, computer-assisted navigation and minimally invasive technique combined with computer-assisted navigation[J]. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc, 2011, 19(2):285- 291.

[12]Itokazu M, Masuda K, Wada E, et al.Influence of anteroposterior and mediolateral instability on range of motion after total knee arthroplasty: an ultrasonographic study[J]. Orthopedics, 2000, 23(1):49- 52.

[13]Ikuma H, Abe N, Uchida Y, et al. Novel magnetic resonance imaging evaluation for valgus instability of the knee caused by medial collateral ligament injury[J]. Acta Med Okayama, 2008, 62(3):185- 191.

Evaluation of the Morphology and Function of Medial Collateral Ligament after Total Knee Arthroplasty with High-frequency Ultrasound

JIANG Ling1, LIU Yan-qing2, CUI Li-gang1, MENG Ying3,TIAN Hua2,ZHANG Ke2, WANG Jin-rui1

1Department of Diagnostic Ultrasound,2Department of Orthopaedics, Peking University Third Hospital, Beijing 100191, China3Department of Diagnostic Ultrasound, Peking University International Hospital, Beijing 102206, China

LIU Yan-qing Tel:010- 82267370, E-mail: yanqing_liu@sohu.com

Objective To explore the feasibility and clinical value of ultrasonography in evaluating the morphology and function of medial collateral ligaments (MCL) after total knee arthroplasty (TKA). Methods Totally 38 patients undergoing routine KTA (group A) and 22 patients undergoing constrained condylar knee arthroplasty KTA with MCL injury (group B) were included. Long axis views of MCL were taken and the MCL thickness was measured on femur side and tibial side 1 cm away from the joint line, respectively. The thicknesses were compared between the two groups. Subsequently, the gap between the metal part of the femoral prosthesis and the spacer after dynamic valgus stress was measured. The distribution and composition of the gap between the two groups were compared. Results High-frequency ultrasound clearly showed the prosthesis and MCL after TKA. MCL fiber structures of both groups were intact. The MCL thickness on the tibial side in group B was (0.25±0.06)cm, which was significantly thinner than group A [(0.32±0.14)cm] (t=2.12,P=0.040).For the femur side, there was no significant difference (t=1.65,P=0.110) between these two groups [(0.37±0.09) cm in group B versus (0.42±0.12)cm in group A]. Under the condition of valgus stress, the gaps between the metal part of the femoral prosthesis and the spacer could be found in 11 cases in group B but only in 1 case in group A. The proportion of gaps in group B was significantly higher than that in group A (Fisher’s exact test,P=0.000). Conclusions High-frequency ultrasound can clearly show the prosthesis and MCL after TKA. The injured MCL can be well joined but the thickness is thinner. Under the condition of valgus stress of the knee, the stability of the TKA can be evaluated according to the gap between the prosthesis and the spacer.

total knee arthroplasty; medial collateral ligament;high frequency ultrasound

北京大学第三医院临床重点项目(Y72532- 02)Supported by the Key Clinical Project of Peking University Third Hospital (Y72532- 02)

刘延青 电话：010- 82267370，电子邮件：yanqing_liu@sohu.com

R445.1

A

1000- 503X(2016)05- 0574- 05

10.3881/j.issn.1000- 503X.2016.05.015

2016- 07- 20)