膝骨关节炎中骨性力线改变的影像学及临床研究

甘浩然，程楷，赵文胜，陈琦，吴晓宇*

(1.江西中医药大学，江西 南昌 330006；2.利川市人民医院骨一科，湖北 利川 445400)

膝关节骨关节炎是一种慢性退行性疾病，中老年多见，女性多于男性。60岁以上人群患病率达50%，75岁以上达80%，致残率高达53%[1]。随着人口老龄化加重，膝骨关节炎患者数量日益增多[2]。不均匀沉降理论在膝关节骨关节炎发病中的重要性是最近研究的热点问题[3-4]。膝内翻是骨关节炎患者最常见的下肢畸形，代表着下肢力线改变。以往观点认为[5-6]，这是继发于软骨磨损的结果，内侧软骨磨损大于外侧、内侧关节间隙狭窄较外侧明显，导致力线向内侧偏移。但膝关节间隙的厚度仅数毫米，若内侧间隙完全消失，膝内翻也应小于10°；但临床上严重的“O”型腿患者，内翻畸形可达十几至几十度。这显然不完全由软骨磨损导致。胫骨平台不均匀沉降后，平台关节面倾斜，可直接导致力线向内侧偏移，产生膝内翻畸形[7]。这可以很好地解释上述现象，但目前尚无研究证实。本研究通过对骨关节炎患者进行影像学研究，回顾性分析探讨膝关节骨关节炎患者软骨因素外的力线改变，并结合临床表现分析其在骨关节炎发病中的作用。

1 资料与方法

1.1 研究对象 2017年9月至2017年12月于我院就诊30位膝关节骨关节炎患者。纳入标准：a)根据美国风湿学会的影像学和临床标准诊断为膝关节骨关节炎，Kellgren-Lawrence分级2级以上；b)患者年龄≥50岁；c)单纯内侧间室病变或以内侧间室病变为主。排除标准：a)创伤性关节炎或明确膝关节周围外伤史；b)风湿、类风湿等自身免疫性骨关节炎；c)先天性膝内翻畸形；d)单纯外侧间室骨关节炎。

1.2 影像学评估和测量方法 影像学评估和测量方法患者入院后在膝关节完全伸直状态下进行X线负重位下肢拼接全长摄片检查。利用影像归档与收集系统收集所有患者的下肢负重位拼接全长片进行病情评估[8]，并通过系统自带的长度和角度测量工具进行测量。影像学病情严重程度根据Kellgren-Lawrence(KL)分级标准，0级：正常关节间隙狭窄；Ⅰ级：可疑关节间隙狭窄，骨赘唇样改变可能；Ⅱ级：明显骨赘，关节间隙狭窄可能；Ⅲ级：中度多发骨赘，确定关节间隙狭窄，一定关节僵硬，关节畸形改变可能；Ⅳ级：大量骨赘，明显关节间隙狭窄，关节僵硬，关节畸形改变。

关节间隙采用Tourville等[9-10]的测量方法，在膝关节正位X线片上测量：a)经胫骨平台画出胫骨干轴线C；b)经内、外侧髁间结节最高点画两条与胫骨轴线C平行的直线，分别标为D、E；c)直线F为经胫骨平台最宽径线；d)经直线D、E与平台边缘之中点分别做线C的平行线A、B，在该两条参考线上测量膝关节内外侧间隙，记作mJSW(内侧)、lJSW(外侧)(见图1)。HKA角测量：股骨头中心、膝关节中心、踝关节中心连线的夹角，采用正值表示，小于180°代表内翻，大于180°代表外翻。骨性HKA角计算：骨性HKA角为将患者实际测得的HKA角通过平衡两侧关节间隙宽度进行校正后得到的不受关节间隙改变影响的HKA角。计算骨性HKA角首先需要测量内外侧关节间隙、内外侧间隙测量线距离胫骨轴线距离以及患者实际的HKA角(见图2)。理论上说，骨性HKA角就是为将内侧间隙延长至与外侧间隙等宽时，再次测量的HKA角，反映的是实际骨性下肢力线，通过反正切函数计算得出。将内、外侧间室中点间距离分别记作m+l，则骨性HKA角=患者实际的HKA角+tan-1(lJSW-mJSW)/(m+l)(见图3)。

1.3 临床评价 对患者进行VAS评分评价关节疼痛程度 。

注：A、B-经内、外侧间室中点与直线C平行，于此两直线上测量膝关节间隙；C-胫骨轴线；D、E-与直线C平行，分别经过内、外侧髁间结节；F-胫骨平台最宽径线

图1 关节间隙测量方法示意

图2 HKA角、膝关节内外侧间室间隙示意

图3 骨性HKA角(B-HKA角)示意

1.4 统计学处理 应用SPSS 19.0统计学软件进行统计学分析。计量资料首先使用Shapiro-Wilk检验判断数据是否为正态分布，Levene检验判断方差齐性。非正态资料采用Mann-Whitney U检验比较组间差异，Spearman秩相关分析相关性。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

本组患者共30例，36膝(左10膝 右26膝)，其中男11例(12膝)，女19例(24膝)，年龄50～71岁，平均(61.0±5.15)岁。患病时间1～20年，平均(7.72±4.59)年。KL分级如下：Ⅱ级10例，Ⅲ级14例，Ⅳ级12例。BMI 22.04～34.29 kg/m2，平均(27.63±3.92)kg/m2。所有患者中，合并糖尿病者3例，为Ⅱ型糖尿病；合并高血压疾病者2例，为高血压2级；合并腓骨骨折者1例，骨折愈合；合并髌骨关节炎5例。患者VAS评分60～90分，平均(74.44±9.39)分。KL分级如下：Ⅱ级10例，Ⅲ级14例，Ⅳ级12例。HKA角163°～180°，平均(172.00±3.54) °。患者内侧关节间隙1.41～5.65 mm，平均(2.66±1.12)mm；外侧关节间隙 2.14～7.75 mm，平均(5.31±1.16)mm。患者胫骨平台横径70.13～92.24 mm，平均(80.20±5.27)mm。

经计算，本组患者骨性HKA角165.04°～182.84°，平均(175.36±3.69) °。骨性HKA角≤174.4°，平均年龄64.33岁，患病时间平均11.83年，BMI平均27.22 kg/m2。VAS评分平均81.67分。内侧关节间隙(2.11±0.87)mm，外侧关节间隙(4.49±1.08) mm。关节间隙差值(2.38±1.23)mm，比值0.49±0.22。患者胫骨平台横径(80.40±5.31)mm。骨性HKA角>174.4°，患者平均年龄59.33岁，患病时间平均5.67年，BMI平均27.84 kg/m2。VAS评分平均70.83分。内侧关节间隙(3.02±1.13)mm，外侧关节间隙(5.84±0.88)mm。关节间隙差值(2.82±1.48)mm，比值(0.53±0.21)。患者胫骨平台横径(80.08±5.37)mm。两组患者的年龄、患病时间、内外侧关节间隙、VAS评分比较差异有统计学意义(P<0.05)；BMI、内外侧关节间隙差值、内外侧关节间隙比值、胫骨平台横径比较差异无统计学意义(P>0.05)。骨性HKA角与患者年龄明显相关(r=-0.360P=0.031)，与患病时间明显相关(r=-0.472，P0.004)。骨性HKA角与患者内侧关节间隙明显相关(r=0.339P=0.043)；与外侧关节间隙明显相关(r=0.560，P=0.000)；与关节间隙差值相关性不明显(r=0.131，P=0.446)。骨性HKA角与患者VAS评分明显相关(r=0.475，P=0.003)，骨性HKA角越大，VAS评分越高。患者胫骨平台横径与骨性HKA角相关性不明显(P=0.931)。患者BMI与骨性HKA角相关性不明显(P=0.740)，相关性检验结果见表1。

表1 骨性HKA角与内外侧关节间隙、BMI、年龄、病程、及VAS评分等指标的相关性检验结果

3 讨 论

骨关节炎患者常伴下肢力线改变及膝内翻畸形[11-12]，可能的原因有两种：传统观点认为关节软骨长期负重磨损变薄，内侧关节间隙狭窄，外侧相对增宽，关节面不平行引起下肢力线改变和膝内翻畸形[13]。此种观点被广泛接受，其重要原因是这些改变在影像学上显而易见。如图1所示，可见到内外侧关节面明显不平行，导致与其垂直的机械轴线产生夹角，即内翻畸形。近年来不均匀沉降理论的提出为膝内翻的原因提供了新的思路。根据不均匀沉降理论，胫骨平台下骨质疏松是骨关节炎发病的始动因素。在体重作用下，疏松的胫骨平台发生微骨折并不断愈合，在此过程中逐渐沉降。与胫骨平台不同，腓骨几乎不发生骨质疏松。其在外侧起支撑作用，故胫骨平台的沉降内侧重于外侧，为不均匀沉降[7，14-16]。由于胫骨平台内侧沉降值大于外侧[17]，为保持膝关节面贴合，股骨内侧髁向下方移位，引起股骨干和胫骨干轴线夹角改变，形成内翻畸形。

本研究旨在明确患者是否存在因骨性不均匀沉降导致的膝内翻畸形，故需除去软骨改变对其的影响。我们对此建立数学模型，以膝关节外侧间隙标化其内侧间隙，根据圆的弧度及三角形正切值等数学公式计算出此时内翻纠正角及骨性下肢力线。骨性下肢力线定义为排除膝关节间隙内软组织(包括软骨、半月板、关节液及韧带等)影响后的仅由骨骼系统组成的下肢力学传导路径，采用骨性髋膝踝角表示(骨性HKA角)。骨性HKA角通过数学模型计算，将内侧膝关节间隙延长至与外侧等宽，除去软骨等软组织影响，测得的髋关节中心-膝关节中心-踝关节中心的连线。骨性HKA角反应的是除软骨因素外的力线改变。本研究中，患者的骨性HKA角平均仅175.36°，小于健康人HKA角平均值177.4°[8]，22.22%的患者骨性HKA角低于正常平均值减两倍标准差。这提示除软骨磨损、关节间隙狭窄以外的膝内翻畸形确实存在，从力线改变的角度揭示并证明了膝关节不均匀沉降理论。

关节炎患者骨性HKA角改变系原发性或继发于关节软骨不对称性磨损[18]，目前尚不明确，现对此进行讨论。若骨性HKA角减小系继发改变，则对应的原发改变(软骨不对称磨损导致的关节间隙不对称，内侧关节间隙明显小于外侧)应更加明显-即内、外侧关节间隙差距越大，骨性HKA角应越小。但本研究中骨性HKA角与内、外侧关节间隙的差值、比值并无明显相关(P>0.05)，提示骨性HKA角并非继发于软骨磨损。并且，如骨性HKA角系继发性改变，则其应当向着代偿原发因素的方向变化，即：骨性HKA角为抵消软骨磨损造成的内翻畸形会向外翻方向改变，代偿内侧间隙减小；反之，若外侧间隙小于内侧间隙，骨性HKA角应当向内翻方向改变，代偿外侧间隙减小。但事实是患者膝关节为内翻畸形，骨性HKA角亦为内翻，且实际内翻角度大于骨性HKA角，这也提示其改变独立于关节软骨磨损导致的关节间隙狭窄。综合上述两点，我们认为骨性HKA角的减小与胫骨平台不均匀沉降有关，而非软骨磨损导致。

本研究结果显示，膝关节炎患者骨性HKA角与患者年龄及患病时间均明显相关(P<0.05)。膝关节骨关节炎作为一种慢性退行性疾病，老年患者，尤其女性绝经后骨量丢失加速[19]，骨质疏松明显，随年龄及患病时间的增加，胫骨平台内侧沉降值增大；同时由于关节软骨不断退变丢失，两个独立因素累加进而导致关节炎患者年龄越大骨性HKA角越小，患病时间越长，骨性HKA角亦越小。关节炎患者骨性HKA角与VAS评分明显相关，骨性HKA角越大，VAS评分越高，说明骨性HKA角作为独立因素引起膝内翻畸形，进而加重患者临床症状，引起主观疼痛，骨性HKA角改变越显著，患者病程长、病情重。而骨性HKA角与患者BMI相关性则不明显，引起上述现象的原因可能是由于患者间不同的营养状况等因素致骨质疏松程度不同有关。纳入患者样本量较小，建立的数学模型较简单及理想化是本研究的不足之处。

综上所述，膝关节骨关节炎患者的下肢力线改变并不完全由软骨磨损导致的关节间隙狭窄引起，其中存在骨性力线改变。骨性力线改变与关节软骨厚度、VAS评分、病程、患者年龄等明显相关；而与软骨厚度差距，BMI、胫骨平台横径等无关。