采用激光技术实现经胫骨隧道单束解剖重建前交叉韧带的可行性研究*

袁振郝跃峰许檬磊吴乾宗路杰胡丹**

（1.苏州市立医院（北区）运动医学中心，江苏苏州215000；2.苏州大学医学院，江苏苏州215000）

前交叉韧带（anterior cruciate ligament,ACL）损伤为运动医学中最常见的损伤之一，发病率较高。在美国，每年发病率约为1‰，且平均年龄为32岁[1]。而在我国，随着体育运动的发展，该疾患的发病率逐年上升。保守治疗远期可导致关节不稳定[2]，附属结构损伤[3]以及骨关节炎[4,5]，故现多主张手术治疗。其中，经胫骨隧道韧带重建术（transtibial,TT）是最经典的手术方式，其为等长重建[6]，由于手术简单，患者恢复快，主观感觉好[7]，曾在亚洲地区普遍采用[8]。但其为非解剖重建，股骨隧道位置较高，移植物过于垂直[9]而不足以控制旋转[10]，从而继发半月板损伤及骨关节炎[11-13]，故学术界尚存争议。解剖重建[2,14]有望改变这一问题，重建的韧带如果可以模拟天然的ACL的空间结构则会带来更好的疗效[15]。研究[14,16,17]表明，只要符合解剖结构，无论是单束还是双束，均可以有效地增加关节稳定性、增加韧带修复速率及维持时间，防止异常旋转及关节松弛。这使解剖重建成为ACL重建的一种新趋势[2]。当今主流的解剖重建有两种，分别为经前内入路技术[18]（trans-portal,TP）及由外向内技术[19]（outside-in,OⅠ）。但目前并没有骨隧道建立方法的“金标准”，不同的术式有各自的优缺点[14,17,20,21]。普遍认为，一个成功的骨隧道最好是一个呈直线的通道，正如传统的经胫骨隧道技术（transtibial,TT）那样，具有切口较小，移植物置入较方便等优点，但TT技术由于其骨隧道的非解剖位置而饱受质疑[11-13]。回顾文献，大多数研究提示经胫骨隧道解剖重建会失败，有些学者认为经胫骨隧道技术不可能完成解剖重建[22-24]。为了解决这个问题，本研究设计了实验论证经胫骨隧道技术解剖重建ACL的可行性。我们首先假设了TT技术可以在90°时安全地解剖重建ACL，再通过双面激光技术虚拟了ACL的空间构型，并准确地描述胫骨股骨隧道内口及外口的位置来验证这个假设。本研究由医院伦理委员会批准。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选择25具标本进行研究，排除了膝关节内、外翻畸形及损伤，在解剖过程中发现其中一个膝关节存在轻微的骨关节炎予以排除，剩余标本关节内结构完整，前后交叉韧带及半月板完好。最终剩余25具尸体共49个膝关节用于研究，其中男性19具，女性6具，平均年龄（59.5±11.1）岁，平均身高（164.92±7.27）cm。

1.2 解剖方法

尸体取仰卧位，仔细剥离皮肤及皮下脂肪，保留肌肉组织，辨认股四头肌及髌腱，测量髌腱长度后切断髌腱，沿髌腱下方向上剥离,经过髌骨,继续在股四头肌下方贴近股骨进行剥离，直至显露膝关节线上方约20 cm的股骨干，极度屈曲膝关节，仔细清除关节内部滑液后暴露前后交叉韧带，若膝关节前方滑膜较多，需非常仔细的清除滑膜及脂肪垫，以免损伤ACL结构及半月板前角，直至清理至ACL止点足印区及胫骨的近端为止，屈伸膝关节，观察ACL的活动情况。

1.3 通过“双面激光技术”描绘ACL的空间构象及骨隧道的外口并测量

使用带数字显示的量角器（数显角度尺0~200 mm，ELECALL）进行膝关节屈曲角度的测量，操作者将测角仪的一侧臂与股骨干长轴对准，而另一端与胫骨干长轴对准，屈膝并保持90°，该角度为术中最容易控制的常见角度（图1）。

此时不能施加横向及侧方的力，同时评估胫骨及股骨的位置，确保胫骨及股骨无旋转，使用单边外固定支架（上海开为公司，直形型，Ⅱ型）固定膝关节内外侧，确保膝关节无移位，在使用外固定架固定的同时，维持膝关节于90°，在其他方位使用量角器评估，保证膝关节位置无变化。固定后，去除ACL韧带，选择足印区的中心点作为隧道的中心点。准备两个高精度激光发射器（Yuan Da LASER，650 nm，型号 YD-L650P100-26-110），该激光发射器为红色光，其可制造一个激光面。图2所示为一种确定ACL空间构型的方法。本研究使用该方法，优点在于可以在不损伤骨质的前提下测量一个关节多个角度的ACL空间构象，并可标记出关节外骨隧道的出口位置。具体如下：

图1 确保膝关节在90°固定

①标记ACL的足印区中心点，这一点是ACL长轴与纵轴的交点，分别用龙胆紫标识。股骨点为C点、胫骨点为D点，那CD线段即为ACL的空间构型；

②使用面型激光发射器（1、2）构筑2个面，分别为A面及B面；

③移动激光发射器1，使C及D点同时落在A面上，固定激光发射器1；

④移动激光发射器2，使C及D点同时落在B面上，固定激光发射器2；

⑤此时CD线段同时落在A面及B面上，而A及B面能且仅能决定一条线L，那么CD线段落在L上；

⑥此时A面与B面的交点均落在线L上，AB两面在胫骨外表面相交于E，AB两面在股骨外表面相交于F，故可认为E与F均在线L上，在此时，如建立的骨隧道呈一直线，那么EF两点即为骨隧道的中心点，且分别是胫骨及股骨隧道的骨隧道外口。此时标记E及F点。

进而通过游标卡尺测量解剖重建ACL骨隧道的相关数据（图3）：

①E点到D点的距离，即胫骨隧道长度；

②矢状面上E点到胫骨平台最近点的距离；

③水平面上E点距离髌腱的距离；

④水平面上E点与内侧副韧带的距离；

⑤C点到F点的距离，即股骨隧道长度。

使用传统前交叉韧带定位器（Smith&Nephew，Handed Placement+Tip.Elb.Drctr ACL guide+ANgled Bullet）固定在D点及E点，使用克氏针进行钻孔，贯穿胫骨及股骨干，比较此时F点与克氏针股骨止点的距离，并用游标卡尺测量。

图3 右膝胫骨内侧面

沿股骨表面仔细的剔除在股骨内侧髁上的软组织结构，当股骨内侧髁无软组织覆盖时使用摆锯（型号D-MW300，厂家Yourlife）在膝关节中线稍靠内侧的位置倾斜于股骨中线约45°小心的移除股骨内侧髁，以便于股骨止点的观察，在此过程中需仔细操作,以免摆锯损伤胫骨平台及半月板,从内侧副韧带附着部位剪开后方关节囊，保护半月板后角，之后离断软组织并向膝关节外侧继续分离,直至彻底切断股骨与胫骨之间的软组织，仔细剔除胫骨与股骨上ACL残端，暴露足印区确认ACL残端完全从胫骨和股骨足印区上剥离下来而未破坏骨性结构。

ACL足印区目测及触摸来确定其轮廓并测量尺寸（图4~5）。胫骨及股骨的相关数据测量需通过下面步骤完成：

胫骨数据：①测量胫骨横径及胫骨前后径，将胫骨平台内外侧的最大距离定义为胫骨横径，将胫骨横径中点附近垂直于横径的前后最短距离定义为胫骨前后径（图4）；②测量胫骨止点的长度，即胫骨足印区长轴的最大距离；③测量胫骨止点的宽度，即足印区中心点附近垂直于长轴的最大距离。

图2 双面激光技术

图4 胫骨相关解剖参数示意图

股骨数据：①使用观察及触摸的方法进行外侧髁间嵴与外侧分叉嵴[25]的分辨，这两骨嵴为ACL股骨止点足印区，具有独特的骨性标志，外侧髁间嵴是ACL止点的前侧界，而外侧分叉嵴为AM和PL的分界线（图5）；②股骨止点的长度，即股骨足印区长轴的长度；③股骨止点的宽度，即在足印区中心点垂直于股骨足印区长轴的最宽距离；④股骨止点与后壁的距离，即从ACL股骨足印区的边界到外侧髁后缘关节软骨的最短距离。

为保证结果的可靠性，上述所有的标本均使用同一种方法，解剖、测量均由单一操作者完成，重复取平均值，并记录及拍照，最后进行数据分析，所有的数据均用同一把精确到1/100毫米的数码游标卡尺测量（型号PD-151，Pro'sKit），并用数码相机进行记录（型号D5100，Nikon）；将尸体左右膝关节的数据进行对比来证明通过双面激光技术测量数据的可靠性。

图5 股骨相关解剖参数示意图

1.4 统计学方法

采用SPSS 24.0软件进行统计学分析，连续变量先通过Kolmogorov-Smirnov检验分析其正态性，正态分布的计量数据以均数±标准差表示，左右腿数据比较采用独立配对样本t检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 标本解剖资料

本研究男尸19具，女尸6具，平均年龄（59.5±11.1）岁，平均身高（164.92±7.27）cm，髌腱长度（35.23±5.10）mm，胫骨横径（73.50±4.89）mm，胫骨前后径（45.18±4.02）mm；胫骨止点的长度（15.75±2.44）mm；胫骨止点的宽度（8.00±1.28）mm；股骨止点的长度（15.39±2.17）mm，股骨止点的宽度（8.97±1.61）mm，股骨止点与后壁的距离（2.61±0.62）mm，外侧髁间嵴出现的概率为76%，外侧分叉嵴出现的概率为49%，有明显外侧分叉嵴而无外侧髁间嵴的标本较少。隧道重建前左右膝数据比较，差异无统计学意义（P＞0.05，表1）.

2.2 ACL重建的隧道数据

屈曲90°时，通过D点及E点的克氏针在股骨ACL足印区的中心点钻入，并从F点附近钻出，距离F点的距离平均（1.14±0.82）mm，胫骨隧道长度（31.83±4.09）mm，距离胫骨平台（16.33±4.56）mm，距离髌腱（10.79±5.85）mm；距离内侧副韧带（23.12±5.99）mm；股骨隧道长度（42.70±7.83）mm。除1例标本在钻孔过程中出现穿出股骨后壁，股骨长度无法测量外，上述其他指标两膝比较，差异均无统计学意义（P＞0.05，表2）。

3 讨论

ACL损伤较为常见[1]，保守治疗效果差[26]，现多主张行关节镜下ACL重建术。传统的等长重建术由于其为非解剖重建，股骨隧道位置较高而导致髁间窝的异常旋转及过高的移植物张力，可使重建后的膝关节出现继发性半月板损伤及骨关节炎[11-13]。而解剖重建能改变这种情况，其重现了正常的ACL结构，有助于防止旋转[10]且具有更小的病理性损伤，最终使得膝关节更好的运动。研究发现，无论是解剖单束还是解剖双束重建，其在松弛度方面均优于传统的非解剖重建[16]，不仅修复速率提高了1倍[17]、能维持较长时间[14]，还不会出现髁间窝撞击[27]，降低了髁间窝成形后所致的解剖结构改变，增加了手术的准确性，故此，解剖重建已成为了一种趋势[2,28]，这种趋势推崇尽可能将ACL恢复到接近天然的解剖结构。

表1 尸体的相关解剖学数据及左右两膝比较结果（±s）

表1 尸体的相关解剖学数据及左右两膝比较结果（±s）

测量部位胫骨前后径胫骨横径胫骨止点长度胫骨止点宽度股骨止点长度股骨止点宽度股骨止点与后壁的距离髌腱长度双腿解剖数据（mm）45.18±4.02 73.50±4.89 15.75±2.44 8.00±1.28 15.39±2.17 8.97±1.61 2.61±0.62 35.23±5.10左腿（mm）45.58±3.96 73.13±5.22 15.87±2.27 8.00±1.26 15.41±2.16 9.07±1.72 2.65±0.67 35.30±4.98右腿（mm）45.13±4.20 73.66±4.92 15.95±2.54 7.93±1.35 15.27±2.24 8.90±1.53 2.61±0.60 35.29±5.61 t值0.491-0.802-0.174 0.303 0.342 0.544 0.219 0.014 P值0.628 0.431 0.863 0.764 0.735 0.592 0.829 0.989

表2 固定膝关节为90°时通过“双面激光技术”模拟重建ACL后的相关参数比较（±s）

表2 固定膝关节为90°时通过“双面激光技术”模拟重建ACL后的相关参数比较（±s）

测量项目胫骨隧道长度距离关节线距离距离髌腱距离距离内侧副韧带距离股骨隧道长度两腿数据（mm）31.83±4.09 16.33±4.56 10.79±5.85 23.12±5.99 42.70±7.83左腿（mm）31.87±4.35 16.09±4.20 11.28±5.41 23.09±5.21 42.54±7.86右腿（mm）31.48±3.96 16.97±5.02 11.11±6.27 23.36±5.45 42.33±7.88 t值0.520-1.005 0.174-0.325 0.341 P值0.608 0.326 0.863 0.748 0.736

当今的解剖重建方式多种多样，按照解剖重建束的数量可分为单束、双束及三束重建。在我们的假设中，以单束解剖重建作为研究的前提，依据在于本研究中ACL胫骨止点的长度为（15.75±2.44）mm；股骨止点的长度为（15.39±2.17）mm，这可能并不是双束重建的适应证。有研究[28-30]表明，解剖足印区长轴＞16 mm时，可安全地行双束重建，而ACL足迹宽度＜14 mm的情况下，经常不能进行双束重建。除此之外，双束重建适应证较窄，不能用于严重的开放性骨挫伤、狭窄的缺口、严重的关节炎或多发性损伤，手术时间长、技术繁琐[31]，学习曲线陡直且手术复杂[31]，还需要在两束之间留有至少2 mm的骨架桥[32]，这进一步压缩了双束的适应证。2016年进行了一项对22项研究的meta分析[15]，用以评估单双束解剖重建的差异，结果发现解剖双束重建仅表现出少许旋转的优势，较于单束解剖重建，除了国际膝关节文献委员会膝关节评估表（the international knee documentation committee knee evaluation form,ⅠKDC）评分以外，主观客观评分并没有明显的区别。故我们选择单束解剖重建来进行研究。

推荐使用尽量粗的移植物。近来的研究[33-35]均支持胫骨移植物的直径越粗越好这个观点，较粗大的移植物失败率较低，可转化为更多的ACL韧带组织[33-35]而越薄的移植物效果越差[36]。但其宽度也要遵循一定的限度，近期的研究表明，隧道的尺寸由ACL足迹的尺寸确定[37]，如植入部位胫骨止点长度为18 mm，宽度为8 mm，则建议采取宽度选择8 mm作为隧道直径。本研究通过测量发现，苏南地区样本中胫骨止点的宽度为（8.00±1.28）mm，股骨止点的宽度为（8.97±1.61）mm。这提示该地区ACL单束重建的宽度可在7.8 mm左右，临床应用时可选用8 mm宽度。

本研究选择经胫骨隧道技术进行解剖重建，不仅简单安全，而且经胫骨隧道技术在亚洲应用广[8,38,39]。Rahrwagner等[40]调查了2007~2010年丹麦登记的ACL重建手术，1945例为AM技术，6430例为TT技术，这表明了TT在世界其他地区认可度也较高。

近来很多学者质疑经胫骨隧道行ACL解剖重建的可能性[23,41,42]。Kopf等[23,42]通过创建3D-CT模型，使58例患者的股骨和胫骨隧道的位置可视化和量化，并实施了传统的经胫骨单束ACL重建。其通过CT建立骨模型解剖学坐标系，对传统隧道位置与天然止点位置进行比较，这项研究证明了传统的TT技术不能准确地将股骨和胫骨隧道放置在天然ACL止点。然而，在上述研究中，对象是传统的前交叉韧带重建术,并未对经胫骨隧道技术进行改良。

本研究证明经胫骨隧道技术有达到ACL重建的潜力。当今，至少有2种方法可以使经胫骨隧道技术达到解剖重建。Sung等[43]报道了98例患者,通过改良经胫骨隧道技术,并在术后用3D-CT及放射学评估,结果证明改良的经胫骨隧道技术可以进行ACL的解剖重建。而Youm[44]与Joon[45]报道另一种技术,对40例患者设计了良好的随机对照试验（randomized controlled trial,RCT），分别使用改良的经胫骨隧道技术或前内入路技术进行前交叉韧带重建，使用ⅠKDC等临床评分及3D-CT影像学评价，并通过两年的随访，发现无论是隧道特征还是临床结果方面，两者均相当。

鉴于外侧髁间嵴出现的概率为76%，该解剖标记较为恒定，可以将其作为ACL解剖重建的标记。在本研究的测量中，使用了双面激光技术，该技术简单，价格低廉，可在多个角度对隧道进行评估，实际的克氏针出口与激光预估的股骨隧道外侧点的距离较为恒定，两者相距仅（1.14±0.82）mm，鉴于激光更加精确，此区别可能源于克氏针在钻孔过程中骨骼对其方向产生的影响。

隧道长度大于30 mm可允许更多的固定方式，如挤压螺钉固定等，而呈直线的骨隧道更容易使如BPT-B等带骨块的移植物通过。本研究胫骨隧道长度为（31.83±4.09）mm，距离关节线的距离为（16.33±4.56）mm，这表明苏南地区人群可通过经胫骨隧道技术解剖重建ACL。有两个方面支持这个观点[46,47]：第一，ACL移植物在隧道内有18 mm就能基本保证腱骨愈合，而移植物在隧道内超过25 mm也并不能增加腱骨愈合的效应，而我们的隧道长度平均值为（31.83±4.09）mm，可以适用于大多数的固定物；第二，Heming等认为理想的经胫骨隧道轨迹的起点需要距离内侧平台边缘14.1 mm，而我们测量的距离关节线的平均距离为（16.33±4.56）mm。因此认为，很多学者[23,41,42]质疑经胫骨隧道行ACL解剖重建的可能性是源于无法精确的定位股骨隧道上的点导致,而一种新型ACL定位器[48]（专利号为CN205758617U，图6)的应用可能改变这种情况。该ACL定位导向器包括弓形定位器和激光装置,在弓形定位器中设有供克氏针穿过以对其定位的克氏针导向通道,在弓形定位器的前端设有定位钩。激光装置设置在弓形定位器的前端的前侧面上,激光装置的出光方向平行于克氏针导向通道的轴线。因此，能够先通过定位钩固定胫骨隧道的关节内位置，再通过激光装置在股骨预计点确立隧道方向，从而确定胫骨隧道外口的位置，使得胫骨隧道和股骨隧道同时建立,进而减少了手术及麻醉时间，并且能够提高手术精确度。通过该定位器不仅可定位胫骨隧道内口，且可同时定位股骨隧道内口，避免了以往传统定位器在经胫骨隧道凭经验的缺陷。而本研究也论证了经TT技术解剖重建ACL的可能，该装置有助于解剖重建的精确化及简便化。

本文中暂未涉及该技术在保残重建中的运用。近年提出的保残重建的意义源于两方面，其一，该术式对关节的稳定性有明显帮助[49]，其二，使膝关节的本体感受接近正常[50]。但上述结论仍然存在争议，加之保残重建会增加髁间窝的拥挤，可能还需要进行髁间窝成形术以及行后交叉韧带表面滑膜切除以增加髁间窝的容量，此过程可能会破坏住院医师棘等骨性标志，而本篇研究中所提及的方法需要暴露清晰的胫骨及股骨的骨性标志，寻找止点中心点行精确重建，故本篇文章暂未讨论保残重建的问题。

图6 带激光定位的新型前交叉韧带定位器使用示意图

本研究亦存在不足之处：①标本年龄较为集中，都为中老年；②标本数量有限；③福尔马林灌注固定标本比冰冻尸体硬，而冰冻尸体更软，且保持了天然的颜色，脂肪韧带结构更加清晰可见，更加便于解剖及区分结构，且福尔马林浸泡对尸体骨骼的影响尚未可知。这可能也是本研究的测量与以往不同的原因。本研究已尽可能搜集样本相关信息，并通过多人测量取平均值的方式控制混杂因素，更好地还原样本的本质情况。此外，成功的重建术还和其他很多方面有关，如钻取胫骨隧道角度、术式的选择，移植物种类及术后康复等，这也值得进一步探讨。

综上所述，我国苏南地区ACL损伤的治疗可以采用经胫骨隧道技术进行单束解剖重建前交叉韧带，但是，由于胫骨隧道限制了股骨隧道的方向和角度，重建时必须非常小心。推荐使用带激光定位的新型前交叉韧带定位器，其可同时定位胫骨及股骨隧道内口，一次性建立骨隧道，避免了以往凭经验TT钻孔的缺陷，且此时胫骨骨隧道出口距离周边重要结构较远，故较安全；外侧髁间嵴较为恒定,可作为解剖重建的标志。

志谢

该项目从苏州大学医学院解剖教研系主任刘朝晖教授与上海交通大学第六人民医院何耀华教授处获得了大量帮助及指导，并从本医院院级科研基金中获得了资助。

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