腓骨近端截骨对胫骨近端骨密度影响CT值测量研究

季卫平 沈继全 何世杰 陈金堂 李婕 王波 范秋平

[摘要] 目的 探討膝关节前内侧骨关节炎患者行腓骨近端截骨对胫骨近端骨密度的变化情况。 方法 将2015年1月至2018年8月在丽水市人民医院行腓骨近端截骨治疗的54例膝关节前内侧骨关节炎患者纳入本研究，观察术前、术后2年膝关节评分、视觉模拟评分、膝关节活动度、髋-膝-踝角和胫骨近端各部位CT值差异。 结果 （1）与术前相比，术后2年膝关节评分、视觉模拟评分、膝关节活动度、髋-膝-踝角均得到不同程度的改善;（2）术前及术后2年膝关节胫骨近端CT值内侧>外侧>髁间，胫骨近端上层>下层（P<0.05）（除上下层髁间比较）;（3）与术前相比，术后2年胫骨近端上层CT值内侧下降，外侧增加，然而近端下层内侧、外侧无明显变化。 结论 通过对膝关节内侧骨关节炎患者腓骨截骨术前、术后胫骨近端不同层面、不同部位的CT值变化，了解胫骨近端骨密度变化，同时进一步佐证“膝关节不均匀沉降”理论的合理性。

[关键词] 骨关节炎;不均匀沉降;CT值;胫骨平台;腓骨近端截骨术

[中图分类号] R687.3          [文献标识码] A          [文章编号] 1673-9701（2021）09-0014-05

Research on the measurement of CT value in the impacts of proximal fibular osteotomy on bone mineral density of proximal tibia

JI Weiping1   SHEN Jiquan1   HE Shijie1   CHEN Jintang1   LI Jie1   WANG Bo1   FAN Qiuping2

1.Department of Orthopedics， Lishui City People′s Hospital in Zhejiang Province， Lishui   323000， China; 2.Institute of Orthopedic Research， the First Affiliated Clinical Medical College of Lishui University， Lishui 323000， China

[Abstract] Objective To investigate the changes of bone mineral density of proximal tibia after proximal fibular osteotomy in patients with anterior medial knee osteoarthritis. Methods A total of 54 patients with anterior medial knee osteoarthritis undergoing proximal fibular osteotomy in Lishui City People's Hospital from January 2015 to August 2018 were included in this research. The knee score， visual analogue score， knee range of motion， hip-knee-ankle angle and CT value difference of proximal tibia were observed before and two years after operation. Results （1）Compared with pre-operation， the knee score， visual analogue score， knee range of motion and hip-knee-ankle angle were improved in different degrees 2 years after operation. （2）Before and two years after operation， the CT value of proximal tibia of knee joint was medial>lateral>intercondylar， and proximal tibia was superior >inferior（P<0.05）（except the intercondylar comparison）. （3）Compared with preoperative， the CT value of proximal superior tibia decreased on the medial side and increased on the lateral side 2 years after operation， but there was no obvious change on the medial side and lateral side of proximal inferior tibia. Conclusion Through the changes of CT values in different layers and different parts of proximal tibia before and after fibular osteotomy in patients with medial osteoarthritis of knee joint， the changes of bone mineral density in proximal tibia were understood， and the rationality of the theory of "uneven settlement of knee joint" was further proved.

[Key words] Osteoarthritis; Uneven settlement; CT value; Tibial platform; Proximal fibular osteotomy

张英泽等[1]在2014年提出膝关节骨关节炎（KOA）的发病因素有可能是膝关节不均匀沉降所导致的，因此开展了近端腓骨截骨术治疗KOA，结果显示术后患者疼痛缓解及膝关节功能有很好的改善[2-4]。相关研究指出骨质疏松导致的膝关节不均匀沉降是KOA发生和发展的主要因素，骨密度和骨质量下降，骨微结构破坏，造成骨脆性增加，使得应力的传递与分散功能减弱，由于内侧平台没有腓骨支撑，导致胫骨平台内外侧沉降速率不均匀[5-8]。在“不均匀沉降理论”指导下，采用腓骨截骨术治疗以膝关节内侧或前内侧间室受累为主的KOA患者，可以明显降低患者疼痛并显著改善膝关节功能，然而对于症状严重者，也可有效延缓患者全膝关节置换[9-11]。本研究探讨腓骨近端截骨对胫骨近端CT值变化及骨密度影响，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

将2015年1月至2018年8月在丽水市人民医院行腓骨近端截骨手术患者进行研究，纳入标准：①确诊为内侧或前内侧骨关节炎患者，诊断依据根据骨关节炎诊治指南[12];②我院医学影像信息系统有记录保存术前、术后2年膝关节CT片者;③年龄40～80岁，无人体钙磷代谢障碍合并症者;④对研究知情同意者，经我院医学伦理委员会批准。排除标准：①痛风或类风湿关节炎者;②三间隙均有退变性骨关节炎者;③无CT资料保存者;④随访资料不完整者。根据纳入排除标准，54例患者纳入本研究，男25例，女29例;年龄46～78岁，平均（62.1±4.7）岁;患有内侧或前内侧骨关节炎病程1～6年，平均（25.6±6.3）个月。

1.2 方法

1.2.1 胫骨近端CT值测量  调取我院医院影像信息系统纳入本研究患者术前、术后2年随访时CT片，进行感兴趣区域（Region of interest，ROI）CT值测量（Hu）;①胫骨近端前、中、后层面的定义：选取膝关节CT某一水平面图像，做a线经过胫骨内侧髁、外侧髁中点为胫骨平台轴线，以a线为基准线，向前、后画出等距离c线和b线，将b线所在的平面定义为前层面，a线所在的平面定义为中层面（图1）。②胫骨近端上层、下层的定义：选取膝关节CT 某一冠状面图像，做d线为软骨面与骺线之间的中线，与d线相平行取相等距离e线，d线所在的平面定义为上层，e线所在的层面为下层（图2）。③胫骨近端内侧、髁间、外侧的定义：选取膝关节CT 某一冠状面图像，做f、g、h三线将胫骨近端纵向等分为四部分，将f线所在层面为近端外侧，g线所在平面为近端髁间，h线所在的平面为近端内侧（图2）。④胫骨近端 CT 值测量路线：选取膝关节CT冠状位图像，在b层面上，d线、e线分别与f线、g线、h线相交于 A、B、C、D、E、F 6处，测量该 6处 ROI的 CT 值，同理测量a层面、c层面的 CT 值，共18处（图 2）。

1.2.2 手术方式  所有患者均进行腓骨近端截骨术：给予患者局部或腰硬联合麻醉，于腓骨中上部位距小头4～6 cm处作切口，长度为3～4 cm，切开皮下后可见深筋膜，分开后到腓骨膜，距小头4 cm左右用线锯锯除一段1.5～2.0 cm的腓骨弃之，止血后缝合切口。麻醉醒后即可下地负重。

1.3 观察指标及评价标准

1.3.1 术前及术后2年基础情况比较  （1）膝关节评分（HSS评分）比较：量表满分100分，包括7个项目：疼痛（30分）、功能（22 分）、活动度（18 分）、肌力（10 分）、稳定性（10分）、屈膝畸形（10 分）和减分项;评分与膝关节功能呈正比，优秀≥85分，良好 70～84分，中等60～69分，差≤59分[13]。（2）视觉模拟评分（VAS评分）比较：0 分：无痛，无任何疼痛感觉;1～3 分：轻度疼痛，可忍受，能正常生活睡眠;4～6 分：中度疼痛，疼痛明显并影响睡眠;7～10 分：重度疼痛，疼痛难以忍受，影响睡眠、食欲、生活等[14]。（3）膝关节活动度（ROM）比较：嘱患者屈伸膝关节，采用测角器测量膝关节 ROM角度[15]。（4）髖-膝-踝角（HKA角）比较：在双下肢全长片进行测量HKA角，角度为股骨力学轴（股骨头中心与髁间窝中心连线）和胫骨力学轴（胫骨近端中心与踝关节中心连线）相交的内侧夹角[16]。

1.3.2 术前、术后2年胫骨近端CT值比较  （1）术前胫骨近端上、下层各部位CT测量值比较;（2）术后胫骨近端上、下层各部位CT测量值比较;（3）术前与术后2年胫骨近端上层各部位CT测量值比较;（4）术前与术后2年胫骨近端下层各部位CT测量值比较。

1.4 统计学方法

采用SPSS 20.0统计学软件进行分析。胫骨近端内侧、外侧及髁间比较采用方差分析，胫骨近端上、下层比较采用独立样本t检验;术前、术后HSS、VAS评分、ROM角及HKA角均采用独立样本t检验，结果均以均数±标准差（x±s）表示;计数资料以率表示，采用χ2检验;P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 术前及术后2年基础情况比较

与术前相比，患者术后2年HSS、VAS、ROM以及HKA均明显改善，差异有统计学意义（P<0.05）。

2.2 胫骨近端上、下层各部位CT测量值（Hu）

术前胫骨近端 CT 值胫骨近端内侧>外侧>髁间，胫骨近端上层>下层（除上下层髁间比较），差异有统计学意义（P<0.05）。

术后2年胫骨近端 CT 值胫骨近端内侧>外侧> 髁间，胫骨近端上层>下层（除上下层髁间比较），差异有统计学意义（P<0.05）。

与术前近端上层相比，患者术后2年近端上层内侧下降，外侧增加，而髁间无明显变化。

与术前近端下层相比，患者术后2年近端下层内侧、外侧以及髁间比较，差异均无统计学意义（P>0.05）。

3讨论

3.1 胫骨近端各兴趣点骨量CT值测量的临床意义

膝原发退变性骨关节炎大多数缺乏明确的病因。传统上认为某些生物因素（如遗传、年龄、炎症等）及机械性因素等先造成关节软骨的损伤，继而造成结构上的破坏，进一步引起生物力学方面的紊乱以致病情渐加重，即传统观点关节软骨的破坏是主因。从膝关节解剖学及生物力学角度来分析，当膝关节处于站立位时，重力由髋关节中轴转移至膝关节，最后到达踝关节。当膝关节在负重作用下弯曲和伸展时，胫骨平台分别向内及向外旋转，在整个过程中内侧胫骨平台旋转较少，从而压力大部分负荷在膝关节内侧。根据该压力传导原理，White等[17]在1991年首先提出了膝原发退变性骨关节炎的发病机制并提出了“膝关节前内侧骨关节炎”的概念，其认为在该病中，首先引起受压力较大内侧平台病变，在不断的受压过程中，进一步导致膝关节内翻畸形，导致承受压力更大，加重了骨关节炎的病理进展，最终导致恶性循环。本文作者也在1997年对膝关节前内侧骨关节炎患者行“胫骨近端截骨加锲形骨垫植骨”治疗取得满意疗效[18]。目前相关文献[19]的研究结果对传统的KOA理念提出了挑战，其在研究中发现KOA的症状改变与膝关节软骨下骨质量改变相关，而并非是传统观念中的关节软骨磨损程度。骨质疏松程度在KOA疾病的发展中尤其重要，其中该病和疏松与单位面积承受的压强存在正相关性。张英泽等[1]也曾对胫骨平台内侧、外侧软骨下骨、髁部等处的 CT 值进行比较，研究发现不同部位CT值之间有所差异，并且提出“膝关节不均匀沉降”理论，从而推动腓骨截骨术在膝关节前内侧骨关节炎中的治疗研究进展。但其研究仍存在一些不足，本文运用张氏测量方法，对54例行腓骨近端截骨治疗术前及术后2年左右随访时分别测量患者的胫骨近端上、下层的内、外侧平台及髁间隆起部，共18处的ROI点进行 CT 值测量，能更全面地了解腓骨近端截骨术前后胫骨近端不同部位骨密度变化情况，明确其变化的趋势、分布区域和特点，进一步验证“膝关节不均匀沉降”理论的客观基础，为腓骨近端截骨治疗膝关节前内侧退变性骨关节炎提供一定的客观证据支持。

3.2 CT值测量骨量与骨密度的关系

CT 值[19]是测定人体某一局部组织或器官密度大小的一种计量单位，其用亨氏单位（Hounsfield unit，Hu）来表达，亨氏单位将线性衰减系数划分为2000个单位，以水为0 值，最上界为骨CT 值为+1000，最下界为空气CT 值为-1000。实际上CT值是CT图像中各组织与X线衰减系数相当的对应值。无论是矩阵图像或矩阵数字都是CT 值的代表，而CT 值又是从人体组织、器官的μ值换算而来的。CT值不是绝对不变的数值，它不仅与人体内在因素如呼吸、血流等有关，而且与X 线管电压、CT 装置、室内温度等外界因素有关，实际使用中需经常校正，否则将导致误诊。骨密度（BMD）是临床上通常用来反映骨质量的重要标志，双能X线骨密度仪（DEXA）是评估骨密度的金标准，然而，DEXA 可能导致在神经退行性疾病、压缩骨折和（或）血管钙化患者骨密度测量中出现假性升高。目前，用CT测量骨量已被作为评估骨密度和骨质量的替代方法。国外Zaidi等[20]报道指出：非退行性疾病患者的Hu值和BMD值，与退行性疾病患者的Hu值和BMD值相比，相关系数分别为2140.52和2140.18。CT的Hu值测量是一种简单、快速地评估骨质量的技术，对于所有已有CT扫描的患者都应该进行。相关文献[19]报道，通过诊断性CT扫描直接测量Hu有可能被用于骨质疏松症筛查。国内李博[21]也报道了腰椎不同部位CT值与骨密度的相关性。我院用的是320排高分辨率CT扫描机，高分辨力扫描是指用较薄的扫描层厚（一般为1～2 mm）、较小的扫描视野（FOV）、高空间分辨力算法（即骨组织重建算法）重建的一种扫描方式，能方便地对某个区域进行薄层扫描和CT值的读取。在胫骨近端测量的研究中，可以测定胫骨近端上某一点的CT值来反映该部位的骨量变化，从而间接了解骨密度的变化。Burnett WD等[22]认为，KOA的特征是软骨下骨的特性变化，包括骨密度、厚度以及骨体积分数等，而局部骨密度的变化可能破坏神经支配功能，导致膝关节力学改变引起关节疼痛。疼痛程度与骨密度下降程度有一定关联，随着KOA的不断进展，局部骨密度逐渐下降，引起膝关节剧烈疼痛[23]。

3.3 腓骨近端截骨对胫骨近端骨密度的影响

杨伟铭等[24]在KOA的绝经女性患者中胫骨近端骨密度的对比研究，结果发现随着OA的不断进展，膝关节发生内外翻畸形及胫骨平台受力的改变，胫骨平台内侧受压增加导致骨质增生硬化，使胫骨平台内、外侧骨密度有所差异，内侧明显高于外侧。此外，张美娟[25]综述了膝关节结构改变对膝关节生物力学的影响，从膝关节正常解剖层面上看，胫骨平台内侧要比外侧大，所承受的力量也较大，膝关节局部结构发生明显改变时，如关节软骨损伤、韧带断裂、半月板磨损等，均能导致膝关节周围力学环境改变，从而使生物力学改变，使局部结构损伤加重，推动了KOA的形成。然而在正常的情况下，骨具有自适应性或自优化功能，骨可以根据周围力学环境的改变做出适合自身结构和形状改变：如当膝关节屈曲时，胫骨平台内旋，伸展时外旋，胫骨平台内侧移动度较小且内侧面积较大，从而压力大部分负荷在膝关节内侧[7，9]。本研究发现KOA 患者术前胫骨近端骨密度分布呈现“内侧>外侧>髁间”的特点，差异均具有统计学意义，造成这种骨密度分布不均的结果是由于胫骨平台内、外侧及髁部承受力量不均引起胫骨近端软骨下骨做出的相应适应性改变;当进行腓骨近端截骨后2年，再次测量相应感兴趣点的CT值，术后2年外侧上层CT值升高，内侧上层CT值较术前降低，但内侧上层仍然高于外侧上层，术后下层变化不明显，引起这种结果可能是胫骨近端多为松质骨，国人较多有轻度 “O”型腿改变，在膝关节处于站立位负重时，由于内侧平台没有腓骨等外力支撑及负重时内侧受压较大，导致胫骨平台内侧较外侧更容易、更早出现软骨下骨塌陷及轻微骨折，从而胫骨内侧软骨下骨的骨密度才会显著增高，这种骨密度变化特点随着腓骨近端截骨，外侧平台失去支撑条件的作用下，胫骨平台软骨下骨也漸渐发生适应性改变，外侧上层先出现骨质量的增加，而下层在术后2年左右改变不明显[26-28]。由此得知，腓骨近端截骨可间接影响平台骨密度，主要表现在内外侧上层感兴趣区，内侧平台骨量CT值下降外侧则升高，提示胫骨平台内外侧骨密度的差异在改变，正是由于外侧失去腓骨支撑后出现了沉降，导致疏松的骨小梁受力学作用变的紧实，呈现出高密度的“假象”，说明局部感兴趣区受力的改变是朝着预期发展的，这种现象部分原因是生物力学作用的结果，但用内外侧平台不均匀沉降更易解释，这也从一定程度上佐证了“膝关节不均匀沉降”理论的客观存在。

3.4 腓骨近端截骨手术适应证的思考

通过本研究，发现腓骨近端截骨对膝前内侧骨关节炎患者胫骨近端骨密度确实产生向正态发展的作用，对于关节软骨尚有部分保留的退变性骨关节炎患者效果是明显的，本组随访1年内的HSS评分平均达83.2;但在2年左右时下降到78.1。分析原因：在初次腓骨截骨同时行关节镜治疗的16例中，当时有内侧胫骨平台或股骨髁部软骨磨损较重的12例效果不好，HSS评分平均仅63分。这提醒作者选择手术适应证时需更加严格，这12例如果当时选择单髁置换或HTO效果或满意度可能会更好。因此，根据我们的经验，适应证为膝关节前内侧部疼痛，病史较长，对药物及其他保守治疗已失去信心者（单间隙退变性骨关节炎，影像证据确切）;患者依从性良好;年龄55岁以上;排除重要器官疾病。截骨距腓骨小头顶端6～8 cm以内。为防止截骨端再愈合，需截除1.5～2.0 cm弃之为宜。

通过本研究，膝关节前内侧骨关节炎通过腓骨近端截骨治疗早期可明显缓解疼痛症状，同时随着时间推移，术后2年左右胫骨内侧平台骨密度会发生适应性改变，外侧上层CT值升高，内侧上层CT值较术前降低，但内侧上层仍然高于外侧，内侧下层CT值与外侧下层变化不大，差异无显著意义，截骨术后轻度“O”型腿也会得到部分改变，内侧平台软骨下骨得到重塑，内外侧平台受力趋于接近，减缓了内侧间隙的退变进程，对中老年人是有益的，且该手术微创，具有基层医院推广运用的价值。

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（收稿日期：2020-10-22）