椭圆形骨道与圆形骨道重建膝关节前交叉韧带术后移植物成熟度对比研究

张家豪 刘振龙 胡晓青 赵逢源 马勇 王海军 敖英芳

北京大学第三医院运动医学研究所（北京100191）

北京市运动医学关节伤病重点实验室（北京100191）

1 前言

前交叉韧带（anterior cruciate ligament，ACL）是对抗性运动员最容易受伤的膝关节结构之一，断裂后会导致膝关节不稳并造成膝关节半月板、关节软骨的继发性损伤[1]。关节镜下重建ACL可改善膝关节的稳定性，因此被广泛作为治疗ACL断裂的最佳选择。近年来随着解剖研究的深入，有学者发现前交叉韧带是由中心束及扇形纤维组成的完整一束[2-4]，股骨止点接近椭圆形，胫骨止点近似不规则椭圆形、“C”形或鸭掌形[2，5，6]。传统单束重建前交叉韧带术式均以圆形骨道重建，无法模拟韧带纤维走行、止点形态及生物力学特性。Peterson等学者对椭圆形骨道重建ACL做了初步研究，认为椭圆骨道重建比圆骨道重建更接近解剖形态，术后随访可以获得较高的Lysholm评分[7-9]。

MRI是一种安全有效且无创的评估移植物塑形改建及成熟度的检查，其矢状位图像并不能完整显示骨道内移植物形态，且关节内移植物和骨道内移植物的分界不明确，而MRI斜冠位图像可以观察移植物的完整形态并容易明确其分界[10，11]。很多研究通过斜冠位图像来观察ACL重建后移植物的生物愈合过程，通过计算信噪比（signal/noise quotient，SNQ）评估术后移植物的成熟度，移植物信噪比越低代表移植物含水量越低，成熟度越高[12-14]。

国内外目前尚未见椭圆形骨道与圆形骨道的移植物成熟度的对比研究，因此，本研究通过计算两种手术方式的患者术后MRI中移植物的SNQ值，来探索椭圆骨道重建ACL的移植物成熟度的优势，讨论其临床应用价值。

2 对象与方法

2.1 研究对象

本研究为前瞻性研究，检验效能设为90%、显著水平设为0.05，两组患者样本量相等，经计算两组样本量分别需要20例。以北京大学运动医学研究所2015年8月至2016年6月诊断为ACL断裂的就诊患者为研究对象，纳入标准：（1）年龄16～45岁；（2）膝关节单一ACL损伤；（3）既往无膝关节手术史。排除标准：（1）膝关节明显退变者；（2）过度肥胖屈曲角度明显受限患者。依上述标准共纳入40例患者，男27例，女13例；年龄18～40岁，平均27.70±5.79岁；左膝19例，右膝21例；病程0.5～54个月。所有患者均为初次手术，合并半月板损伤者23例，依据损伤类型分别行半月板成形、切除和缝合术。随访时间为11～14个月，平均12.24±0.36个月；将患者随机分为圆骨道组和椭圆骨道组，其中圆骨道组20例，椭圆骨道组20例，两组患者年龄、性别、左右患膝、受伤到手术时间、随访时间差异均无统计学意义（P＞0.05），见表1。所有手术均由同一高年资医师完成。研究方案经北京大学第三医院伦理委员会审核通过，所有患者签署知情同意书。

表1 患者一般资料

2.2 椭圆骨道理论值计算

假设圆骨道和调整后的椭圆骨道与移植物完全匹配，则两骨道截面积相等。π代表圆周率，用D代表圆骨道直径，a和b分别代表椭圆骨道长短径，根据面积公式得出圆骨道直径与椭圆骨道长短径的关系D2=a×b，依次计算出临床四股移植物常见直径（6～8 mm）所对应的调整数值，见表2。

2.3 手术方法

常规连续硬膜外麻醉，取仰卧位，患肢大腿根部扎气囊式止血带。取胫骨结节内侧斜形切口，长约3 cm，逐层分离暴露鹅掌，分离副腱，用取腱器取出半腱肌腱、股薄肌腱，对折后用2号涤纶编织线编织两端预备牵张用。编织完成后测量移植物直径。

表2 椭圆骨道调整理论值

2.3.1 胫骨骨道制备

胫骨骨道用点对肘瞄准定位器定位于ACL残端中心，参照胫骨内侧髁间嵴与外侧半月板前角游离缘的关系，尽量避免损伤外侧半月板前角，膝关节屈曲90°，定位器角度为40°。沿定位器穿入导针。传统圆骨道组依据移植物直径选取相同直径空心钻，沿导针钻透骨道。椭圆骨道组依据患者ACL胫骨止点范围及移植物直径选取对应直径空心钻，钻透骨道，再用骨道锉依据椭圆骨道调整理论值（表2）调整骨隧道口为椭圆形，深度为10 mm，术中利用镜下比例尺测量辅助达到标准化，见图1。

图1 胫骨骨道制备

2.3.2 股骨骨道制备

通过经胫骨骨道技术钻取股骨骨道。经胫骨骨道定位股骨止点，定位点结合外侧髁间棘及ACL股骨止点残端与外髁后缘距离，射频标记定位点，穿透导针，4.5 mm空心钻钻透股骨外侧皮质，测量细股骨骨道长度。同胫骨骨道制备，传统圆骨道组依据移植物直径选取相同直径空心钻钻取粗股骨骨道，椭圆骨道组依据患者ACL股骨止点范围及移植物直径选取对应直径空心钻，钻取粗骨道，再用骨道锉依据椭圆骨道调整理论值（表2）调整骨隧道口为椭圆形，深度为10 mm，术中利用镜下比例尺测量辅助达到标准化，见图2。依据粗细骨道长度及宽度选取对应长度的固定装置，保证移植物在骨道内长度为20～25 cm。用导引线将连接Endobutton的肌腱沿胫骨骨道引入关节内，股骨端待Endobutton出骨道后翻转固定，胫骨端屈膝20°拉紧移植物，后推应力下利用Intrafix固定。伸屈膝关节确认移植物张力，检查与髁间窝是否撞击。

图2 股骨骨道制备

2.4 术后康复

两组患者均以北京大学运动医学研究所制定的标准康复计划进行康复，术后均佩戴可调节式膝关节支具，4周后可去除支具。术后当日待麻醉恢复后卧床状态下即可开始踝泵和股四头肌主动收缩练习，术后第2天可于支具保护下拄拐行走，1周后屈膝达90°，1月后达120°，2个月后屈膝达正常角度，6个月可开始慢跑，8个月可参加体育活动。

2.5 MRIMRI评价

两组患者均随访获得术后1年的膝关节MRI，所有患者均在同一台核磁共振机器（超导磁共振Optima MR360 1.5T四肢骨关节检查专用成像系统，GE公司，美国）完成检查。从PACs终端调出PD-FSE斜冠状位图像进行分析，在关节内韧带部分选取三个关注区域（图3A），即ROI（region of interest），每个ROI面积为0.1 cm2，记录每个ROI像素值，背景ROI选取在内侧关节隙内侧1 cm，远端2 cm。核磁数据由2名具有5年以上从业经验的临床医师每隔2周分别测量1次，总共测量3次取平均值。利用信噪比计算公式：信噪比=（关注区域信号－后交叉韧带信号）/背景信号[13]，得出相应ROI信噪比。

图3 冠状位核磁ROI

2.6 统计学方法

评价观察者自身和观察者之间的可靠性用相关系数（intraclass correlation coefficient，ICC）度量。患者一般资料利用独立样本t检验或卡方检验，对术后移植物SNQ采用独立样本t检验。结果均以均值±标准差表示。统计学分析采用SPSS20.0，采用双侧检验（P＜0.05）。

3 结果

两组患者术中未出现股骨骨道后壁破裂、移植物通过困难、血管神经损伤等并发症，术后MRI测量观察者自身一致性为高度一致0.994（95%置信区间0.993～0.995），观察者之间一致性为中度一致0.868（95%置信区间0.816～0.916）。最终计算得出圆骨道组移植物SNQ为3.72±2.29，椭圆骨道组移植物SNQ为2.33±1.58，具有显著统计学差异（P＜0.001），见图4A。由图4B的SNQ散点分布图可见，圆骨道组SNQ多分布于2～4之间，椭圆骨道组SNQ多分布于0～2之间。圆骨道组近端ROI的SNQ为3.53±2.11，中间ROI的SNQ为3.17±2.39，远端ROI的SNQ为4.46±2.28；椭圆骨道组近端ROI的SNQ为1.97±1.30，中间ROI的SNQ为2.25±1.63，远端ROI的SNQ为2.76±1.75，见表3。椭圆骨道组三个关注区域的SNQ均小于圆骨道组，其中近端ROI（P=0.008）和远端ROI（P=0.012）差异具有统计学意义，见图4C。

表3 信噪比（SNQ）

图4 信噪比结果

4 讨论

传统单束ACL重建手术中圆形骨道与ACL解剖止点的形态相差较大，为了更大程度恢复ACL止点形态进而恢复纤维走向，一些学者对椭圆骨道重建技术进行了初步探索。Peterson[8]等学者利用椭圆形扩孔器制备股骨隧道，胫骨隧道形态不调整，通过术后三维CT证实椭圆骨道比圆形骨道更贴近ACL解剖形态，但扩孔器制备骨道仍存在造成骨道破裂的风险且骨道位置不易调节。Noh[7]等学者通过双圆骨道模拟类椭圆骨道的方法重建ACL，发现椭圆骨道组患者术后2年Lysholm评分显著高于圆骨道组，但并未对其方法下骨道定位是否更贴近解剖进行相关研究。本研究在前期研究[15，16]基础上更详细地阐述了椭圆形骨道重建ACL的手术技术，加入镜下比例尺测量，使骨道镜下测量及调整过程更加精确。我们提出的椭圆形骨道重建技术对股骨骨道和胫骨骨道均做出改良，利用骨道锉可以更方便地调整骨道位置并减少对骨道壁的热损伤，术后三维CT测量骨道定位在ACL解剖止点范围内，移植物与骨道良好匹配，移植物更贴近解剖形态[15]，相比圆形骨道技术减少了移植物在冠状位的体积，增加了矢状位的体积，降低了对于髁间窝宽度的要求。

ACL重建术后移植物生物愈合成熟过程包括移植物塑形改建和腱骨愈合，MRI尚不能对腱骨愈合过程做出很好的评价，但可以通过对比移植物的信号强度来判断塑形改建的成熟度[14]。MRI斜冠状位图像可以观察到关节腔内移植物的完整形态[12]，因此利用MRI研究膝关节腔内韧带部分更加准确。本研究最重要的结果是通过测量关节腔内韧带部分三个关注区域的信号强度，发现椭圆骨道组术后MRI中移植物的信噪比（2.33±1.58）低于圆骨道组（3.72±2.29），具有显著统计学差异，而信号强度越低代表移植物含水量越低，成熟度越高。其原因可能为：首先，椭圆骨道技术相比圆形骨道技术使移植物在止点位置形态更贴近于解剖形态，而良好的骨道位置及止点形态是移植物塑形改建的基础；其次，通过改变骨道形态可以直接改变整个移植物形态及纤维走行，理论上扁圆柱状韧带比圆柱状韧带在旋转稳定性上更具优势，而良好的旋转稳定性也会为移植物塑形改建提供良好生物力学基础；最后，移植物塑形改建过程离不开关节液营养物质，而同等截面积下的扁圆柱韧带物质交换面积大于圆柱状韧带，因此可能更有利于移植物塑形改建。另一研究结果是椭圆骨道组近端ROI和远端ROI的信噪比低于圆骨道组相应ROI信噪比，我们考虑这可能与骨道形态改变后两端移植物形态更接近ACL原始形态，因此移植物成熟度相对较好。本研究不足之处为仅随访了患者术后1年核磁移植物信号强度，而多节点长时间的随访能更好地反映移植物塑形改建的动态过程。

综上而言，椭圆形骨道重建比圆形骨道重建ACL对移植物塑形改建过程更好，移植物成熟度更高。既往研究已经证实术后MRI中移植物信号强度可反映移植物的成熟程度，并且与患者术后临床效果紧密相关[17-19]。这为椭圆骨道重建技术的研究提供了很好的指导意义，关于运动水平、功能评分及临床效果的长期随访将是进一步研究的主要方向。

5 结论

本研究通过对比椭圆骨道与圆骨道重建前交叉韧带手术后1年膝关节MRI的移植物信噪比，发现椭圆骨道技术比圆骨道技术移植物信噪比低，移植物成熟度好，具有较好的临床指导意义。