汪益 董啟榕 陸守榮 鄭祖根 金志高

蘇州大學(xué)附屬第二醫(yī)院骨科（蘇州215004）

前交叉韌帶重建手術(shù)時(shí)，韌帶內(nèi)口的位置選擇非常重要。在膝關(guān)節(jié)屈曲活動(dòng)過程中，兩內(nèi)口間的距離保持不變是前交叉韌帶重建手術(shù)成功的重要條件。選擇何內(nèi)口位置滿足這一條件目前尚有爭(zhēng)議。以往學(xué)者多以尸體膝關(guān)節(jié)進(jìn)行研究。隨著影像醫(yī)學(xué)的發(fā)展，利用CT或MR進(jìn)行三維重建已成為可能。利用活體膝關(guān)節(jié)的三維重建模型進(jìn)行測(cè)量，可以得到生理狀態(tài)下更為真實(shí)的資料。本研究建立了正常膝關(guān)節(jié)在不同屈曲角度狀態(tài)下的三維模型，測(cè)量股骨髁間外側(cè)面和脛骨髁間脊之間各個(gè)點(diǎn)之間的距離，并測(cè)量這些距離在不同屈曲角度下的變化值，從而探尋到符合或接近于等距特性的點(diǎn)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

10名健康志愿者的10個(gè)膝關(guān)節(jié)，其中左膝7個(gè)，右膝3個(gè)。男性6名，女性4名；年齡20歲～32歲，平均28歲。既往無關(guān)節(jié)疼痛病史，無膝關(guān)節(jié)外傷史。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 掃描方法

采用意大利百勝公司生產(chǎn)的關(guān)節(jié)專用磁共振E-san，永磁型，場(chǎng)強(qiáng)0.2T。膝關(guān)節(jié)表面線圈，受試者側(cè)臥位，髕骨下極位于線圈中心。分別于膝關(guān)節(jié)伸直位0°、屈曲30°、60°、90°、120°位進(jìn)行掃描（圖 1）。采用 Turbo T1 序列進(jìn)行矢狀面掃描，掃描范圍包括股骨遠(yuǎn)端，脛骨近端及髕骨。TR 38ms，TE 16ms，層厚 1.25mm，層間距1.25mm，F(xiàn)OV 180×180mm，矩陣 256×256，共 52層，激勵(lì)次數(shù)1次。

1.2.2 三維重建

將掃描后獲得的數(shù)據(jù)以標(biāo)準(zhǔn)DICOM格式保存，并將其導(dǎo)入三維建模軟件mimics 10.01。使用Dynamic region growing等命令在每個(gè)層面上描記股骨遠(yuǎn)端和脛骨近端。使用Edit mask等命令進(jìn)行修正。描記邊緣結(jié)束后使用calculate 3D命令進(jìn)行三維重建，并且將參數(shù)Resolution設(shè)為1，保證重建出來的三維物體表面分辨率最高。重建后采用Smoothing命令光滑物體表面，消除毛刺。

1.2.2.1 股骨定位點(diǎn)的確定

（1）A點(diǎn):股骨髁間窩頂后緣邊界的最高點(diǎn)。F點(diǎn):股骨髁間窩頂前緣邊界的最高點(diǎn)。A-F點(diǎn)連線即Blumensaat’s線。G點(diǎn):股骨外髁內(nèi)側(cè)面上距離 Blumensaat’s線最遠(yuǎn)的點(diǎn)。

（2）將Blumensaat’s線分成完全相等的6段，并在靠后的4段邊界5個(gè)點(diǎn)上分別繪制5個(gè)完全垂直于Blumensaat’s線的面。分別命名為A面、B面、C面、D面和E面。該5個(gè)面均與股骨髁間窩外側(cè)面相交（圖2）。

（3）繪制一個(gè)通過G點(diǎn)、并且與Blumensaat's線平行且完全垂直于正中矢狀面的斜冠狀面，稱為G面。在Blumensaat's與G面的垂線中點(diǎn)上繪制一條與Blumensaat's完全平行的線稱α線（圖3）。

（4）繪制7個(gè)圍繞α線旋轉(zhuǎn)的面。該7個(gè)面均與股骨外髁相交，并且與正中矢狀面的角度分別為0°、15°、30°、45°、60°、75°和 90°。并且分別命名為 0 面、15 面、30面、45面、60面、75面和90面。該7個(gè)面也各自與股骨髁間窩外側(cè)面相交（圖4）。

（5）A面、B面......E面和 0面、15面......90面在髁間窩位外側(cè)面上分別交匯出35個(gè)點(diǎn)，分別為A0、A15...A90，B0、B15......E90 點(diǎn)（圖 5，圖 6）。

（6）對(duì)同一患者的5個(gè)屈曲角度的模型分別進(jìn)行以上處理，獲得所有的點(diǎn)。

1.2.2.2 脛骨定位點(diǎn)的確定（圖7）

X點(diǎn):前交叉韌帶脛骨附著處前緣中點(diǎn)。Y點(diǎn):前交叉韌帶脛骨附著處中心。Z點(diǎn):前交叉韌帶脛骨附著處后緣中點(diǎn)（注:因模型的建立是基于MR圖像，因此很容易確認(rèn)這3個(gè)點(diǎn)）。

所有的股骨點(diǎn)與脛骨點(diǎn)分別進(jìn)行組合，共可獲得105個(gè)組合，測(cè)量每個(gè)組合兩點(diǎn)間的距離（圖8）。

1.2.2.3 找出每一個(gè)組合在不同屈曲角度下的最大值和最小值，兩者相減得到最大變化值。

1.2.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

所有數(shù)據(jù)以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS13.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。采用雙因素方差分析對(duì)組間數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，A因素為股骨各點(diǎn)，剔除明顯不屬于等距點(diǎn)范圍的點(diǎn)（這些點(diǎn)的均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差均大于3mm），B因素為脛骨的X、Y、Z點(diǎn)。P<0.05認(rèn)為有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

當(dāng)膝關(guān)節(jié)從0°屈曲到120°的過程中，股骨與脛骨各點(diǎn)間的距離變化相當(dāng)復(fù)雜，并不能用最大變化值來一概描述。其變化方向并不是單一的變長(zhǎng)或縮短。特別是在有等距特性的點(diǎn)附近經(jīng)常出現(xiàn)先縮短，后變長(zhǎng)。而不具有等距特性的點(diǎn)則出現(xiàn)順序的變長(zhǎng)或縮短。所有膝關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)的均值見圖 9、10、11。

符合生理等距的組合:脛骨點(diǎn)為前點(diǎn)（X點(diǎn)）時(shí)的股骨等距點(diǎn)（以小于 3mm 為標(biāo)準(zhǔn)，下同）:A0（1.68±0.96），A15（1.58±0.96），A30（1.48±0.97），A45（2.08±0.92）。脛骨點(diǎn)為中點(diǎn)（Y 點(diǎn)） 時(shí)的股骨等距點(diǎn):B0（2.09±0.69），B15（2.07±0.70），B30（2.05±0.71），B45（2.28±0.71）。脛骨點(diǎn)為后點(diǎn)（Z 點(diǎn)） 時(shí)的股骨等距點(diǎn):C0（1.94±0.81），C15（1.92±0.78），C30（1.91±0.77），C45（1.97±0.77），C60（2.03±0.78）。

雙因素方差分析結(jié)果:A因素為A0、A15、A30、A45、B0、B15、B30、B45、C0、C15、C30、C45、C60，B 因 素為X、Y、Z。經(jīng)方差檢驗(yàn)證實(shí)，A因素（股骨各個(gè)點(diǎn)）的效應(yīng)顯著，其統(tǒng)計(jì)值F=10.08，P＜0.001，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；B因素（脛骨各個(gè)點(diǎn)）的效應(yīng)顯著，其統(tǒng)計(jì)值F=63.453，P＜0.001，具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

3 討論

3.1 研究現(xiàn)狀

Hey Groves等[1]在 1917年進(jìn)行了第 1例前交叉韌帶重建術(shù)。Odensten等[2]在1985年首次提出了等距的概念。所謂等距是指膝關(guān)節(jié)在伸直位0°到屈曲120°范圍內(nèi)前交叉韌帶移植物的最大長(zhǎng)度變化等于或小于1mm，如果長(zhǎng)度變化量過大，將導(dǎo)致手術(shù)失敗，比如在膝關(guān)節(jié)屈曲位放入長(zhǎng)度合適的前交叉韌帶移植物，在膝關(guān)節(jié)伸直過程中兩個(gè)內(nèi)口間距離增加，將會(huì)受到移植物的牽拉，導(dǎo)致不能伸直，強(qiáng)力伸直的話將會(huì)導(dǎo)致移植物斷裂，反之，如果伸直過程中兩內(nèi)口的距離減小，將導(dǎo)致移植物松弛，不能維持膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定[3，4]。多數(shù)的學(xué)者認(rèn)為，絕對(duì)等距并不存在，故臨床上醫(yī)師多接受生理等距的概念，即在整個(gè)膝關(guān)節(jié)活動(dòng)范圍內(nèi)，移植物的股骨和脛骨附著點(diǎn)之間的距離變化不超過3mm[5]。前交叉韌帶重建手術(shù)中選擇什么樣的隧道內(nèi)口才能保持等距是業(yè)界爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。Odensten等[2]認(rèn)為前交叉韌帶在股骨和脛骨的附著點(diǎn)中心就是等距點(diǎn)。Hefzy[6]等則認(rèn)為在前交叉韌帶附著點(diǎn)中心附近有一個(gè)帶狀的區(qū)域，最接近等距。Cazenave等[7]認(rèn)為股骨外側(cè)髁后緣的弧度恰好是一個(gè)圓的1/3，而這個(gè)圓的中心就是等距點(diǎn)。Zavras等[8]在2001年對(duì)先前有文獻(xiàn)報(bào)道過的多種等距點(diǎn)進(jìn)行總結(jié)，認(rèn)為等距點(diǎn)應(yīng)位于股骨Blumensaat’s線的近端末端附近，靠近“over the top”的位置。然而最新研究表明，雖然等距對(duì)于內(nèi)口的選擇很重要，但也不是需要考慮的唯一因素，適當(dāng)傾斜的重建韌帶有助于恢復(fù)膝關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性[9-11]。

3.2 三維模型的優(yōu)勢(shì)

以往研究絕大多數(shù)是在尸體上進(jìn)行，需要切除膝關(guān)節(jié)的部分穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，暴露股骨髁間窩的外側(cè)面，這樣膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性很難維持，影響數(shù)據(jù)的可靠性。股骨髁間窩外側(cè)面的面積很小，在上面鉆孔固定鋼絲難度很大，能固定的點(diǎn)的數(shù)量也有限。也有學(xué)者在X線片上研究，但利用二維圖像研究三維空間的距離本身存在缺陷。本研究采用三維重建膝關(guān)節(jié)的方法。三維模型可以對(duì)立體空間的任意兩點(diǎn)進(jìn)行精確測(cè)量，仿佛實(shí)體上的測(cè)量，避免了在尸體上測(cè)量遇到的種種麻煩和缺陷，比如不需要切除所覆蓋的組織即可深入內(nèi)部測(cè)量，可以任意增加測(cè)量點(diǎn)。本研究利用這些測(cè)量上的便利，加大了測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量，使測(cè)量點(diǎn)在股骨髁間窩外側(cè)面上均勻分布，范圍甚至超出了前交叉韌帶原本附著點(diǎn)的范圍，這樣有利于了解整個(gè)髁間窩外側(cè)面在運(yùn)動(dòng)過程中的軌跡，找出最符合等距特性的點(diǎn)。三維模型的立體優(yōu)勢(shì)還使本研究可以采用與外科手術(shù)一致的定位方法，使研究成果可以立即應(yīng)用到手術(shù)中去。本研究將Blumensaat’s線分段，在縱向上進(jìn)行定位，體現(xiàn)了外科手術(shù)中的深（deep）、淺（superficial）概念[12]。繪制圍繞髁間窩中心旋轉(zhuǎn)的面則在橫向上進(jìn)行定位，它與外科手術(shù)中的時(shí)鐘定位方法完全一致。這樣的定位方法外科醫(yī)師容易接受，易于應(yīng)用。

3.3 結(jié)果分析

通過分析圖9、10、11的數(shù)據(jù)，我們發(fā)現(xiàn)，兩點(diǎn)間的距離在膝關(guān)節(jié)屈曲過程中所發(fā)生的變化相當(dāng)復(fù)雜。當(dāng)股骨點(diǎn)的位置設(shè)置偏前時(shí)，距離的變化值大，變化方向呈單一的增高，比如在D面水平和E面水平（相當(dāng)于Blumensaat’s線中點(diǎn)及以前的范圍），最大變化量可達(dá)15mm以上，在這一區(qū)域放置重建韌帶會(huì)導(dǎo)致手術(shù)失敗。股骨點(diǎn)放置在Blumensaat’s線后半部則可能出現(xiàn)距離先縮短后拉長(zhǎng)的現(xiàn)象，這種情況的出現(xiàn)可以使最大變化值明顯減小。在橫向方面，存在著越靠近中線等距特性越明顯的趨勢(shì)，比如當(dāng)脛骨點(diǎn)為Y時(shí)，B90點(diǎn)的最大變化值在6mm左右，而B0點(diǎn)僅為2mm左右。根據(jù)Scopp等的觀點(diǎn)，在保證生理等距的前提下選擇遠(yuǎn)離中線的點(diǎn)作為內(nèi)口是最佳的選擇，這樣既可以保證等距，又可以恢復(fù)膝關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。

根據(jù)生理等距的概念，A0-X、A15-X、A30-X、A45-X、B0-Y、B15-Y、B30-Y、B45-Y、C0-Z、C15-Z、C30-Z、C45-Z和 C60-Z這13個(gè)組合的最大變化值（±s）均在3mm以內(nèi)，具有等距特性。也就是說在股骨髁間窩深度的后1/3范圍（10～12mm）內(nèi)，及左膝 0點(diǎn)至 2點(diǎn)，右膝 10點(diǎn)至12點(diǎn)之間均有可能。但這些點(diǎn)是否成為等距點(diǎn)還與脛骨點(diǎn)的定位有很大關(guān)系。如果脛骨點(diǎn)定為X點(diǎn)（前點(diǎn)），則A0、A15、A30、A45點(diǎn)為等距點(diǎn)。如果脛骨點(diǎn)定位 Y點(diǎn)（中點(diǎn)），則 B0、B15、B30、B45點(diǎn)為等距點(diǎn)。如果脛骨點(diǎn)定為 Z 點(diǎn)（后點(diǎn)），則 C0、C15、C30、C45、C60點(diǎn)為等距點(diǎn)。從中我們發(fā)現(xiàn)，股骨等距點(diǎn)并不是完全固定的，當(dāng)脛骨點(diǎn)向前移動(dòng)時(shí)，相應(yīng)的股骨等距點(diǎn)則向后移動(dòng)，如果脛骨點(diǎn)向后移動(dòng)時(shí)，則剛好相反。這一觀點(diǎn)與Hefzy等[6]所得的結(jié)論一致，他們認(rèn)為在股骨外側(cè)髁上存在一個(gè)條狀的等距區(qū)域，這個(gè)區(qū)域是隨著脛骨的位置不同而變化的，如果脛骨點(diǎn)后移，這個(gè)區(qū)域就會(huì)前移，而這個(gè)區(qū)域的近端移動(dòng)范圍比遠(yuǎn)端大。這一發(fā)現(xiàn)對(duì)臨床手術(shù)具有指導(dǎo)意義，術(shù)中脛骨、股骨隧道內(nèi)口的位置應(yīng)該綜合考慮，才能達(dá)到最佳效果。

A0、A15、A30、A45這幾個(gè)股骨點(diǎn)雖然具有等距特性，但這幾個(gè)點(diǎn)與股骨后緣骨皮質(zhì)過于接近，有的與骨皮質(zhì)相重疊，無法鉆入螺釘，沒有實(shí)用性。在余下的幾個(gè)點(diǎn)中，根據(jù)Scopp等的觀點(diǎn)，B45-Y和C60-Z這兩個(gè)組合即符合等距的要求，又可恢復(fù)旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性。C60-Z這一組合所建立的韌帶在前后方向上比較垂直，而B45-Y則在前后方向上比較傾斜，更有利于恢復(fù)ACL的前向穩(wěn)定性。

3.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

通過雙因素析因設(shè)計(jì)的方差分析發(fā)現(xiàn)，在以上可能成為等距點(diǎn)的范圍內(nèi)，股骨點(diǎn)和脛骨點(diǎn)的移動(dòng)均可顯著影響等距特性，而且脛骨點(diǎn)的顯著性（F=63.453）大于股骨點(diǎn)（F=10.08）。也就是說，在這些范圍內(nèi)，脛骨點(diǎn)的移動(dòng)對(duì)等距特性的影響更大，這與一些學(xué)者所持的意見不一致[13]，他們認(rèn)為脛骨隧道內(nèi)口位置對(duì)移植物長(zhǎng)度變化的影響非常小。

3.5 問題和不足

本研究所采用的膝關(guān)節(jié)三維模型均采集自非負(fù)重狀態(tài)下的膝關(guān)節(jié)，描述的是平臥位膝關(guān)節(jié)伸屈過程中的狀態(tài)，尚不能反映運(yùn)動(dòng)中負(fù)重狀態(tài)下膝關(guān)節(jié)的情況，還有待進(jìn)一步的研究。

4 總結(jié)

綜上所述，股骨髁間外側(cè)面與脛骨髁間隆突間存在生理等距點(diǎn)。股骨、脛骨的隧道內(nèi)口位置應(yīng)綜合考慮確定，脛骨位置若偏后，則股骨點(diǎn)應(yīng)偏前，脛骨位置若偏前，則股骨位置應(yīng)偏后。脛骨點(diǎn)前后移動(dòng)對(duì)等距特性的影響比股骨點(diǎn)更大。B45-Y是推薦的重建韌帶內(nèi)口位置。

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