桡骨近端的三维形态学参数测量及其对假体设计的指导意义

王 哲，杨文博，韩 青，李彦轩，荣家瑞，程凯亮，李幼琼，朱庆三

(1.吉林大学中日联谊医院放射线科，吉林 长春 130033；2.吉林大学第二医院骨科，吉林 长春 130041；3.吉林大学基础医学院人体解剖学教研室，吉林 长春 130021；4.吉林大学中日联谊医院骨科，吉林 长春 130033)

对于桡骨小头骨折，采取半肘关节假体置换手术可产生许多并发症，诸如异位骨化和桡骨向近端移位等[1]。一个形状合适的假体可以很好地覆盖骨骼并避免软骨组织损伤[2]，目前所使用的假体多来自于国外。大部分学者[3-4]的研究只针对某一地区人群桡骨小头的形态，并未进行不同地区人群的比较，因而并不能证明依据国外人群设计的假体适合中国人使用。有学者[5]发现：国内外人群桡骨小头部分形态学参数存在较大差异，依据国外人群测量的数据设计的假体并不一定适合国人使用。与肱尺关节研究比较，国内外针对肱桡关节的研究较少。本研究对桡骨小头相关形态进行更为全面的大样本测定，并与之前学者的测定结果进行比较，寻找相关参量的差异性，从而为设计出更符合国人使用的桡骨小头假体奠定基础。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2016—2018年吉林大学中日联谊医院放射科PACS数据库中国人正常肘关节CT扫描数据，共计130例，其中男性68例，女性62例，年龄20～70岁，平均年龄(43.80±10.02)岁。BERRIZBEITIA[6]和GUPTA等[7]研究显示：并无明显证据证明左右桡骨小头存在差异，故本研究对左右侧不做要求。纳入标准：①扫描部位为单侧肘关节；②具有完整的薄层CT数据；③图像显示清晰，可以满足所有参数的测量要求。排除标准：①桡骨近段骨质异常，包括骨折、骨质破坏、明显骨质增生和畸形等；②骨骺未闭合者；③扫描范围不全，桡骨近段长度不足60 mm者。

1.2 检测仪器及其参数

使用64层螺旋CT扫描仪(型号：Discovery CT 750HD，美国GE公司)对受试者肘关节进行CT扫描。扫描参数包括：管电流auto-mA 、管电压 120 kV，像素 512×512，扫描野 25 cm，层厚0.625 mm，层间距 0.625 mm，螺距0.984∶1。将DICOM格式的CT数据传输到工作站(GE AW 4.5)进行重建和测量。

1.3 测量方法

在工作站中选取多平面重组(multiplanar reformation，MPR)重建方式，不同平面测量不同数据。

1.3.1 颈干角和颈头长的确定及测量 第一个平面为经桡骨长轴冠状面(图 1A)，该平面内同时勾画桡骨颈轴线和桡骨干近端轴线，两轴线的夹角定义为颈干角(∠α)；将角顶点至上关节面凹陷处的最低点的距离定义为桡骨近端颈和头长度(length of neck and head, LNH)。

1.3.2 桡骨小头直径的确定和测量 第二个平面为水平面(图1B)，该平面垂直于桡骨颈轴线且经过桡骨小头直径最宽处，在平面内测量桡骨小头最大直径(maximum diameter of radial head, D1MAX)及与之垂直的最小直径(minimum diameter of radial head, D2MIN)。

1.3.3 桡骨小头上关节面冠状位参量的确定和测量 第三个平面为通过桡骨小头关节面最低点，且平行于桡骨颈轴线的冠状面(图1C)，该平面内测量桡骨小头凹陷关节面最大直径(maximum diameter of articular surface, D3MAX)、最大垂直凹陷深度(maximum perpendicular depth of D3MAX, DD3)、最大直径与定义水平面夹角(∠β3，定义内侧高外侧低夹角为正值)。

1.3.4 桡骨小头上关节面矢状位参量的确定和测量 第四个平面为第三个平面的垂体面，即通过桡骨小头关节面最低点，且平行于桡骨颈轴线的矢状面(图1D)，该平面内测量凹陷关节面最小直径(minimum diameter of articular surface, D4MIN)、最大垂直凹陷深度(maximum perpendicular depth of D4MIN, DD4)、最小直径与定义水平面的夹角(∠β4，定义后侧高前侧低为正值)。

A: Measurement of ∠α and LNH; B: Measurement of D1MAX and D2MIN; C：Measurement of D3MAX, DD3 and ∠β3; D： Measurement of D4MIN, DD4 and ∠β4.

图1 CT影像中桡骨小头各参数测量示意图

Fig.1 Measurement diagram of parameters of radial head in CT images

1.4 统计学分析

2 结 果

2.1 正常男性和女性10个桡骨小头形态学参数

共测量10个参数的平均值，∠α(167.12°±2.67°)、LNH(21.74 mm±4.28 mm)、D1MAX(21.44 mm±2.16 mm)、D2MIN(21.48 mm±2.08 mm)、D3MAX(15.81 mm±1.82 mm)、DD3(1.82 mm±0.44 mm)、∠β3(3.08°±1.76°)、D4MIN(14.85 mm±1.84 mm)、DD4(1.71 mm±0.43 mm)和∠β4(5.97°±3.00°)。经检验，男性和女性每个参数的测量结果均符合正态分布，组间比较结果见表1。

2.2 正常男性和女性4个桡骨小头形态学参数比值

男性和女性桡骨小头形态学参数比值(DD3/ D3MAX、D4MIN/D3MAX、∠β3/∠β4和D2MIN/D1MAX)经检验均符合正态分布，组间比较差异均无统计学意义(P>0.05)。见表2。

2.3 主要参数之间的相关性

∠α、LNH、D1MAX、D2MIN、D3MAX和D4MIN任意2个参数之间均存在较强的正相关关系(P<0.05)，∠β3与∠β4之间也存在较强的正相关关系(P<0.05)。样本不同参数之间的相关性见表3。

表1 国人男性和女性桡骨小头的形态学参数

表2 国人男性和女性桡骨小头形态学参数比值

表3 主要参数之间的相关关系

3 讨 论

3.1 形态学测量对假体设计的影响

桡骨头骨折发病率为0.028%，占成人肘部骨折的30%，占全身骨折的 1.7%～5.4%[8]。桡骨小头骨折更是肘部最常见骨折之一，约占肘部骨折的1/3[9-10]。对于桡骨小头骨折，目前主要的治疗手段有3种，即桡骨头切除术、内固定术和假体置换术。但是桡骨头切除会破坏肘关节的完整结构，使术后远期并发症增多，如异位骨化，桡骨近端的切除残端发生移位、疼痛、脱位和创伤性关节炎[1,11]，同时会增加肱尺关节应力导致更多的磨损引起关节退行性病变等[12]。从解剖和生理学的角度分析可知：形态完整的桡骨头更有助于维持肘关节的稳定性，切除桡骨头，肘关节承受外翻应力的能力将降低30%[13]。针对这3种诊疗手段，为评判其优劣，许多学者[1,14-15]进行了相关研究并跟踪记录术后患者的临床表现。在临床实践中，与传统的桡骨头切除术和内固定术比较，人工桡骨头置换术治疗肘关节桡骨粉碎性骨折(Mason 型桡骨头骨折)更有效[1,14-15]。因此在桡骨小头受创伤的情况下，建议采用桡骨小头关节置换术进行治疗[16]。

桡骨头骨折时会并发许多常见损伤，如肘关节恐怖三联征、尺骨冠突骨折和Essex-Lopresti骨折等，此时非常适于进行桡骨头假体置换[17-19]。但国内部分医院实际诊疗时仍选择桡骨头切除术，舍弃了假体置换术，部分原因是国内患者采用假体置换术后会产生许多并发症。国内使用的人工桡骨小头假体大部分从国外进口，西方人的这些解剖学参数是否适合中国人仍不确定[5]。并发症有假体松动和脱位等，但主要问题是桡骨头假体的大小和正常桡骨头大小不匹配[17]。目前假体的桡骨头仍设计为圆形。生物力学研究[20-21]显示：与解剖学形态不匹配的桡骨头假体似乎在肘关节屈伸时改变了尺骨的旋转；同时，桡骨颈延长或缩短≥2.5 mm将显著改变内侧副韧带缺陷的肘关节的运动学，因此需要准确地重构桡骨颈的长度。金属桡骨小头假体直径与关节不匹配会造成填充过度，继而引发一系列术后并发症。可见，准确设计对于重建桡骨小头假体十分重要[7]。近年来桡骨小头假体的类型和材料已经不断更新完善，但仍需进一步改进桡骨头假体以尽可能恢复肘关节的灵活性和稳定性，不断满足患者更高的功能要求[17]。

3.2 国人桡骨小头解剖形态学参数的相关性

∠α与LNH、D1MAX、D2MIN、D3MAX和D4MIN之间存在显著相关关系，而与DD3、∠β3、DD4及∠β4之间无相关性，表明随着骨骼整体形态规格的增大，∠α逐渐变大。同时，本实验受试者为中国东北人群，∠α实验结果与目前使用的去双极假体(∠α=165°)比较显示：其比双极假体大，且差异有统计学意义(P<0.05)。与POPOVIC等[22]测量的结果(164.92°±1.49°)比较也偏大，表明目前使用的假体在∠α方面不一定适合国人使用，需要略做修正。建议在制造深入桡骨干的假体柄时，适当增大假体柄弯曲的角度，使得假体更符合国人骨骼的生理学构造。

LNH与∠α、D1MAX、D2MIN、D3MAX和D4MIN之间亦有显著正相关关系，而与DD3、∠β3、DD4和∠β4之间无相关关系，可见LNH与国人桡骨小头主要形态学参数之间具有极强的相关性，骨骼大体规格越大，则国人桡骨头和桡骨颈的长度越长。VAN GLABBEEK等[21]提出恢复桡骨的长度也非常重要，如果肱桡关节间填充过度(桡骨头和颈长度超过正常长度2.5 mm)或者填充过少(桡骨头颈长度比正常骨骼长度短2.5 mm)均将改变肘关节运动轨迹，提示LNH可以作为国人桡骨小头假体分型的标准，同时指导医生为患者选择合适的桡骨小头假体。

本研究结果显示：D1MAX与D2MIN相差0.96 mm，D2MIN/ D1MAX检测结果表明：桡骨小头截面形态比较接近圆形。与POPOVIC等[22]测量的D1MAX(22.92 mm±1.98 mm)和D2MIN(21.92 mm±1.96 mm)比较，国内人群骨骼略偏小。与SWIESZKOWSKI等[23]测量的D1MAX(23.41 mm±1.12 mm)和D2MIN(22.32 mm±1.17 mm)比较，国内人群骨骼明显偏小，表明在国内需求量大的假体规格比国外华沙地区需求量大的假体规格小。

本研究结果显示：D3MAX与D4MIN相差0.96 mm时，二者具有较强的相关性。测量时D3MAX均为近似左右方向测得，而D4MIN均为近似前后方向测得，表明桡骨小头凹陷的上关节是一个左右略长，前后略扁的椭圆形。与SWIESZKOWSKI等[23]测量的D3MAX(16.55 mm±0.99 mm)和D4MIN(14.96 mm±0.93 mm)比较，整体形态偏小。D4MIN/D3MAX(0.94±0.05)与SWIESZKOWSKI等[23]测得的D4MIN/D3MAX(0.90±0.04)比较，国内东北地区人群桡骨上关节面短轴长轴比值偏大，因此国内东北地区人群上关节面形状离心率更小。本实验结果中DD3和DD4亦符合正态分布，DD3与D3MAX之间呈显著正相关关系，关节面越大，关节面凹陷越深，表明与华沙地区人群比较，国内人群的上关节面形状更倾向于圆形。因此建议为国人设计桡骨小头假体时，适当改变关节面的形状，针对不同规格大小的桡骨头假体设计不同的关节窝深度，增大假体与肱骨小头之间的接触面积。

∠β3比∠β4小，表明长轴方向上的倾斜角远小于短轴方向上的倾斜角，∠β3/∠β4比值小表明长轴方向上倾斜角约为短轴方向上倾斜角的一半。但∠β3和∠β4与其他参量之间均无相关性。设计更加准确的假体时必然需要用到倾斜角度，但本实验并未发现其他参数与二者有良好的相关性，有待后续研究。与SWIESZKOWSKI等[23]测量的∠β3(2.50°±0.04°)和∠β4(9.47°±0.54°)比较，本实验样本中长轴方向上倾斜角偏大，短轴方向上倾斜角偏小，表明国内东北地区人群与华沙地区人群在桡骨小头倾斜角方面差异较大，依据国外人群骨骼设计的假体并非完全适合国人使用。倾斜角的大小会影响假体与肱骨小头以及尺骨桡切迹2个关节的接触面积，建议设计假体时适当改变桡骨头假体与桡骨柄假体之间的夹角[24-25]。

本研究结果显示：男性桡骨小头的∠α、LNH、D1MAX、D2MIN、D3MAX、DD3、D4MIN和DD4这 8个主要形态学参数均大于女性。男性的∠α明显大于女性。而对于∠β3、∠β4、DD3/D3MAX、D4MIN/D3MAX、∠β3/∠β4和D2MIN/D1MAX，男性和女性比较差异无统计学意义，表明对于男女应当选用不同∠α的假体，男女桡骨小头大体形态一致，但男性骨骼规格偏大。因此，建议国人桡骨头假体的头部和颈部之间依据∠β3(2.50°±0.04°)和∠β4(9.47°±0.54°)的结果适当倾斜。

目前，国外桡骨小头假体主要依据西方人的桡骨小头解剖数据而设计。但本研究结果表明：在众多参数方面国人与国外人群存在差异，说明国外假体不适用于国人。国内男女之间骨骼形态相似，但男性骨骼普遍大于女性。因此建议对目前使用的假体进行修正以提高治疗效果。

综上所述，本研究仅测量了130例东北地区人群桡骨小头的解剖数据，无法准确评估国内各地区是否存在差异，未来还需要加大样本量、进行多中心多地区的数据收集，进一步为国人桡骨小头假体的设计提供更详实的解剖学依据。