常用股骨髓内定位杆进针点选择的CT三维重建评价

虞丁柱 王翠 张驰 田少奇 任远中 孙康

[摘要] 目的 通過CT三维重建从常用股骨髓内定位杆进针点中寻找操作简便且精确可靠的髓内定位进针点。方法 选取60例膝关节炎病人（100膝）进行CT扫描，利用Mimics Research 21.0软件三维重建功能获得股骨髓内定位理论进针点（点A），测量其与后交叉韧带（PCL）止点上方1 cm（点B）、髁间凹中点（点C）、通髁线和Whitesides线交点（点D）3个常用进针点之间的距离AB、AC、AD。结果 股骨髓内定位杆进针点的位置靠近股骨内侧髁，AB、AC、AD分别为（4.06±1.09）、（13.04±1.90）、（18.25±2.47）mm，各距离间比较差异有统计学意义（F=1 662.38，P<0.01）。男性左右膝AB、AC、AD差异无统计学意义;女性左右膝AB、AD差异无统计学意义（P>0.05），AC左右膝差异有统计学意义（t=2.64，P<0.05）。男性与女性AB、AC、AD比较差异均有统计学意义（t=4.87～6.71，P<0.01）。结论 以滑车点作为PCL止点时，其上方1 cm处确定的髓内进针点可以更精确地进行股骨远端截骨，为术后获得良好的股骨假体力线提供保障。

[关键词] 体层摄影术，X线计算机;成像，三维;定位标记;关节成形术，置换，膝

[中图分类号] R687.42  [文献标志码] A  [文章编号] 2096-5532（2020）05-0509-04

doi：10.11712/jms.2096-5532.2020.56.167 [开放科学（资源服务）标识码（OSID）]

[ABSTRACT] Objective To investigate the simple， accurate， and reliable intramedullary positioning entry point among the entry points of femoral intramedullary positioning rod based on CT three-dimensional reconstruction.  Methods A total of 60 patients （100 knees） with knee arthritis were selected for CT scan. The three-dimensional reconstruction function of Mimics Research 21.0 was used to obtain the theoretical entry point （Point A） of femoral intramedullary positioning and measure the distances between Point A and 1 cm above the femoral endpoint of the posterior cruciate ligament （Point B）， between Point A and the midpoint of the intercondylar notch （Point C）， and between Point A and the point of intersection of the femoral transepicondylar axis and the Whitesides line （Point D）， which were expressed as AB， AC， and AD， respectively.  Results The theoretical position of the entry point of femoral intramedullary positioning rod was close to the medial femoral condyle， and AB， AC， and AD were （4.06±1.09）， （13.04±1.90）， and （18.25±2.47） mm， respectively， with no significant difference between AB， AC， and AD （F=1 662.38，P<0.01）. In male patients， there were no significant differences in AB， AC， and AD between the left and right knees; in female patients， there were no significant differences in AB and AD between the left and right knees （P>0.05） and there was a significant difference in AC between the left and right knees （t=2.64，P<0.05）. There were significant differences in AB， AC， and AD between the male and female patients （t=4.87-6.71，P<0.01）.  Conclusion When the trochlear point is used as the femoral endpoint of the posterior cruciate ligament， the intramedullary entry point determined at 1 cm above the femoral endpoint of the posterior cruciate ligament can help to achieve more accurate distal femur osteotomy and provide guarantee for obtaining a good line of force of femoral prosthesis after surgery.

[KEY WORDS] tomography， X-ray computed; imaging， three-dimensional; fiducial markers; arthroplasty， replacement， knee

全膝关节置换术（TKA）是治疗膝骨性关节炎（KOA）的有效方法[1-2]。TKA取得疗效的关键在于恢复下肢力线[3-4]。术后下肢力线与假体的生存率相关[5-6]，异常的下肢力线不仅影响关节的功能，还会产生一些并发症[7]。髓内定位法的应用仍较广泛，髓内进针点的位置对股骨远端截骨的精确性产生较大影响，是获得精确下肢力线的关键。不同经验、不同区域的手术医师选择进针点的位置往往不同，常用的进针点位置有后交叉韧带（PCL）止点上方1 cm[8-10]、股骨外上髁最凸点与股骨内上髁最凹点连线（通髁线）和髁间最深处至髁间窝中点连线（Whitesides 线）交点[11]、股骨髁间凹中点[9，12]。目前尚无研究比较过上述进针点的精确性。本研究应用Mimics Research 21.0软件进行三维重建及数据测量，旨在获得精确性最高的进针点的位置。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2018 年7月—2019 年8月，选取在我院西海岸院区关节外科行TKA的病人60例100膝（左侧53膝，右侧47膝）作为研究对象，其中男性17例（左侧13膝，右侧13膝），女性43例 （左侧40膝，右侧34膝）;年龄52～84岁，平均（65.20±6.71）岁。均符合KOA的诊断标准。排除标准：①膝外翻及严重骨缺损病人;②膝关节周围既往手术史及下肢骨性组织存在创伤史、疾病史病人;③严重的膝关节及股骨畸形病人;④股骨重度骨质增生、大量骨赘形成病人。本研究获得青岛大学附属医院伦理委员会批准，所有纳入研究的病人均知情同意。

1.2 CT图像的获取

病人均取仰卧位，尽量伸直膝关节行CT平扫检查。扫描范围：从髂前上棘水平开始，至膝关节线下10 cm处。断面方向与股骨远端的关节面平行。扫描层厚0.5 mm，间距0.5 mm。

1.3 观察指标及方法

1.3.1 图像处理及其重建 将病人CT检查影像学资料自DICOM导入到Mimics Research 21.0软件中，通过软件的三维重建功能建立股骨远端三维立体模型。

1.3.2 理论进针点确定 应用Mimics软件中的圆形拟合功能拟合出膝关节平面以上10 cm（图1①）及20 cm（图1②）处的髓腔圆心，连接两圆心并延长，连线与股骨远端的交点即为理论进针点，标记为点A（图1③）。

1.3.3 PCL止点上方1 cm的位置 由于PCL的解剖特点，其附着点是一个范围，参考相关研究将髁间窝顶和内侧壁交界处作为PCL止点[13-14]，获取交界处的X、Y、Z空间数值，在不改变X数值的条件下通过改变Y、Z的数值确定PCL止点上方1 cm处的位置，标记为点B（图1③）;以滑车点作为PCL止点[15-16]，将其上方1 cm处的位置标记为点B2。

1.3.4 股骨髁间凹中点（即髁间切迹中点）的位置取股骨远端最后出現股骨内、外髁皮质相连的层面，画出与前后骨皮质均相切的圆，圆与股骨髁后骨皮质的切点即为股骨髁间凹中点，通过改变Z的数值获得其在股骨远端上的位置，标记为点C（图1③）。

1.3.5 通髁线与Whitesides线交点的位置 于股骨远端标记出股骨外上髁最凸点和股骨内上髁最凹点并连接两点即为通髁线。在股骨远端标记出滑车最低点，其与髁间窝中点的连线即为Whitesides线。在垂直于股骨机械轴的连续横断面图层中，选取图像最为完整的横断面图层，通过坐标值的转换，得到通髁线与Whitesides线在该横断面图层上的投影，将两线的交点标记为点d（图1④），然后通过改变Z的数值获得其在股骨远端上的位置，标记为点D（图1③）。

1.3.6 观察指标 选取点d所在的层面，将点A、B、C坐标Z的数值改变，将三维视图上点A、B、C转换为二维视图上点a、b、c（图1④），连接ab、ac、ad并测量ab、ac、ad的长度，以其作为AB、AC、AD间的垂直距离。

选点由同一研究者进行2次、另一研究者进行1次确定，结果取其平均值。

1.4 统计学方法

采用SPSS 19.0软件进行统计学分析，计量资料结果以±s形式表示，两组数据间比较采用t检验;多组数据间比较采用方差分析，两两比较采用LSD方法。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结  果

2.1 不同进针点之间准确性的比较

髓内进针点的位置靠近股骨内侧髁，AB、AC、AD分别为（4.06±1.09）、（13.04±1.90）、（18.25±2.47）mm，组间差异有显著意义（F=1 662.38，P<0.01）。以滑车点（B2）作为PCL的股骨止点，其上1 cm到A点的垂直距离AB2为（3.43±0.83）mm，与AB比较，差异有显著意义（t=8.41，P<0.01）;AB2、AC、AD比较，差异亦有显著性（F=1 927.64，P<0.01）。提示以滑车点作为PCL股骨止点时准确性更高。

2.2 不同性别各指标比较

男性和女性总体AB、AC、AD比较，差异均有统计学意义（t=4.87～6.71，P<0.05）。男性左右侧AB、AC、AD比较，差异均无统计学意义（P>0.05）。女性左右侧AB、AD比较差异无统计学意义（P>0.05），左右侧AC比较差异有显著性（t=2.64，P<0.05）。见表1。

3 讨  论

TKA中髓内定位法因其操作简洁、易于掌握、耗时短等优点被广大关节医生所青睐。髓内进针点的位置直接影响定位杆插入髓腔的位置，进而影响股骨远端截骨的准确性。如何获得精确的定位点是TKA需要解决的重点问题。既往国内外研究多以二维X线片为基础进行观察和测量，使得数据的客观性、真实性可能因X线片放大率、股骨前弓、旋转角度等影响出现偏差[17-19]。通过CT三维重建可以在术前确定髓内进针点的位置，实现个体化截骨，但因经济及技术发展的不平衡，各地区能够利用的资源之间有着明显的差距，在广大偏远及落后地区三维CT应用仍不普遍，且对于这些地区病人三维CT的费用难以承担，病人术后主观满意度降低。本研究尝试在三维立体模型上进行测量，以最大限度避免二维摄片时出现的角度误差和测量误差，使结果更为准确和精确，以指导临床截骨。为消除股骨矢状弓对结果的影响，本文采用了与Wangroongsub类似方法，即将股骨远端解剖轴定义为膝关节面上10 cm与20 cm处股骨髓腔中心的连线。本研究测量膝关节面上20 cm处股骨髓腔直径为10.19～15.65 mm，平均（12.60±1.44）mm，而常规采用的髓内定位杆长度为20 cm，直径为8 mm，术中髓内定位杆能顺利插入髓腔。

目前虽然有研究通过CT三维重建对进针点解剖位置进行了描述，但均存在一些问题。刘珈等[20]研究样本量偏小（n=20）且志愿者平均年龄较小（36.5岁），得出的结论难以指导临床。XIAO等[21]研究对象为18～29岁的正常青年人，而行TKA的人群为KOA老年病人，所以其得出的结论说服力不足。谢孝枫等[9]研究也存在一些问题：①没有说明股骨内、外髁切迹连线是以股骨髁切迹弧形凹陷的最低点进行连线，还是以弧形凹陷的上缘或下缘进行连线;②通过临床观察，在手术中由于增生骨赘的影响无法定位切迹的精确位置，即使去除骨赘后切迹的显露也不清晰;③此研究结果中给出的数据是在三维CT模型中测得的三维空间数据，因股骨远端不是光滑平整的平面，具有一定的曲度，其测得的数据与真实数据间有误差，而该研究在测量数据时忽视了这一点，导致其所测得数据的精确性不足。膝关节置换时几毫米的误差就有可能降低手术的成功率，甚至造成手术的失败。因此，谢孝枫等[9]研究结果是否对临床具有指导意义还需进一步确定。本文中研究对象为KOA老年病人，且测量数据是在二维空间中进行的，避免了上述研究中的不足。

本研究测量并比较了男女性别、左右膝定位点与实际进针点在冠状面上的垂直距离，结果显示男性与女性AB、AC、AD比较差异均有统计学意义;男性左右膝AB、AC、AD差异无统计学意义;女性左右膝AB、AD差异无统计学意义，而AC左右膝差异有统计学意义。这是由于男女之间股骨远端解剖学结构存在明显的形态学差异所致[22]。有研究结果表明，不同个体之间股骨远端形态学存在着明显的差异[16]，且髁间窝的形态对髁间窝顶和内侧壁交界处的位置影响较大。出现这些差异原因也可能与本研究中男女病人的样本量有关。

综上所述，以滑车点作为PCL止点，以其上方1 cm处作为进针点分别较股骨髁间凹中点、通髁线与Whitesides 线交点作为进针点，能够更精确地进行股骨远端截骨，可为术后获得良好的股骨假体力线提供保障。当然，本研究中也存在一些不足：①本研究为单中心小样本研究，需要多中心大样本的相关研究证实数据的可靠性;②本研究只在冠状位上对进针点进行研究，未考虑矢状位因素;③未考虑身高及体质量差异等对进针点位置的影响。需要进行进一步研究。

[参考文献]

[1] FENG B， WENG X S， LIN J， et al. Long-term follow-up of cemented fixed-bearing total knee arthroplasty in a Chinese population： a survival analysis of more than 10 years[J]. The Journal of Arthroplasty， 2013，28（10）：1701-1706.

[2] XIE F， LO N N， PULLENAYEGUM E M， et al. Evaluation of health outcomes in osteoarthritis patients after total knee replacement： a two-year follow-up[J]. Health and Quality of Life Outcomes， 2010，8：87.

[3] 柴旭峰，卫小春. 下肢力线的X线测量及影响因素[J]. 中国矫形外科杂志， 2007，15（12）：915-917.

[4] MORELAND J R. Mechanisms of failure in total knee arthroplasty[J]. Clinical Orthopaedics and Related Research， 1988（226）：49-64.

[5] 张先龙，SEOW K H. 人工全膝置换在严重膝内翻畸形患者中的应用[J]. 中国矫形外科杂志， 2001，8（12）：1153-1156.

[6] RITTER M A， FARIS P M， KEATING E M， et al. Posto-perative alignment of total knee replacement. Its effect on survival[J]. Clinical Orthopaedics and Related Research， 1994，299（299）：153-156.

[7] KUTZNER I， BENDER A， DYMKE J， et al. Mediolateral force distribution at the knee joint shifts across activities and is driven by tibiofemoral alignment[J]. The Bone & Joint Journal， 2017，99-B（6）：779-787.

[8] 王波，溫宏，王咏梅，等. 髓内与髓外定位法全膝关节置换术后胫骨假体力线分析[J]. 中国骨与关节损伤杂志， 2012，27（12）：1128-1129.

[9] 谢孝枫，郑斌，顾雪平，等. 股骨内外髁切迹定位全膝关节置换术中股骨髓内插入点的解剖学分析[J]. 临床外科杂志， 2019（4）：305-308.

[10] 吴鹏，陈雷，郎俊哲. 人工全膝关节置换术股骨假体矢状位位置的影响因素[J]. 中国骨伤， 2016，29（4）：340-344.

[11] 丁裕润，王伟力. CT三维重建在全膝关节置换中的应用[J]. 中国组织工程研究， 2012，16（48）：9020-9024.

[12] 肖建林，刘潼，秦彦国，等. 基于CT图像三维重建测量股骨外翻角[J]. 中国实验诊断学， 2011，15（12）：2041-2043.

[13] 蔡俊丰，马敏，罗树林，等. 单髁关节置换中股骨髓内定位杆插入点的解剖学研究[J]. 中华关节外科杂志（电子版）， 2017，11（5）：511-515.

[14] 刘平，敖英芳. 膝关节后交叉韧带股骨止点与韧带重建股骨骨道定位的临床解剖学研究[J]. 中国运动医学杂志， 2008，27（3）：270-274.

[15] ANDERSON C J， ZIEGLER C G， WIJDICKS C A， et al. Arthroscopically pertinent anatomy of the anterolateral and posteromedial bundles of the posterior cruciate ligament[J]. The Journal of Bone and Joint Surgery. American Volume， 2012，94（21）：1936-1945.

[16] MA L Y， WEI H Y， WAN F Y， et al. An innovative three-dimensional method for identifying a proper femoral intramedullary entry point in total knee arthroplasty[J]. Chinese Medical Journal， 2018，131（21）：2531-2536.

[17] WADA K， MIKAMI H， HAMADA D， et al. Measurement of rotational and coronal alignment in total knee arthroplasty using a navigation system is reproducible[J]. Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery， 2016，136（2）：271-276.

[18] KHUANGSIRIKUL S， SMITHARAK T， CHOTANAPHUTI T. Comparative study of femoral sizing between intraoperative measurement and CT-based PSI in total knee arthroplasty[J]. Chotmaihet Thangphaet， 2014，97（3）：322-327.

[19] RUSSELL D F， DEAKIN A H， FOGG Q A， et al. Quantitative measurement of lower limb mechanical alignment and coronal knee laxity in early flexion[J]. The Knee， 2014，21（6）：1063-1068.

[20] 劉珈，裴晓东，刘阳子. 基于CT三维重建对股骨髓内定位杆进针点位置的研究[J]. 中国实用乡村医生杂志， 2016，23（4）：63-65.

[21] XIAO J L， WANG C Y， ZHU L Y， et al. Improved method for planning intramedullary guiding rod entry point in total knee arthroplasty[J]. Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery， 2014，134（5）：693-698.

[22] LEE C Y， LIN S J， KUO L T， et al. The Benefits of computer-assisted total knee arthroplasty on coronal alignment with marked femoral bowing in asian patients[J]. Journal of Orthopaedic Surgery and Research， 2014，9：122.

（本文编辑 黄建乡）