周慧文 徐永勝 包呼日查 齊巖松 魏寶剛 呂飛 張鵬飛 胡永恒

內(nèi)蒙古自治區(qū)人民醫(yī)院骨關(guān)節(jié)科（內(nèi)蒙古呼和浩特010017）

髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)定是指由于外傷、先天或后天性疾病使髕股關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)的平衡受到破壞，髕骨偏離正常運(yùn)動(dòng)軌跡，出現(xiàn)脫位、半脫位或傾斜。髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)定是骨科常見的癥狀，人群中髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)的發(fā)病率約為7/100，000，而在10～17 歲的青少年中發(fā)病率則高達(dá)29/100，000，15%～44%的患者在首次髕骨脫位后發(fā)生復(fù)發(fā)性髕骨脫位[1-3]。

導(dǎo)致髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)的原因主要包括骨性結(jié)構(gòu)異常、軟組織損傷或異常以及周圍肌肉功能不良等，其中最重要的是骨性因素異常，而軟組織如內(nèi)側(cè)穩(wěn)定結(jié)構(gòu)撕裂則是繼發(fā)于髕骨脫位的結(jié)果。股骨滑車發(fā)育異常會(huì)明顯降低髕股關(guān)節(jié)穩(wěn)定性[4]，而這種股骨的發(fā)育不良不僅表現(xiàn)于滑車形態(tài)異常，股骨遠(yuǎn)端的幾何形態(tài)也存在相應(yīng)特征性改變[5]。股骨前傾角異常增大會(huì)導(dǎo)致患肢在步態(tài)負(fù)重期出現(xiàn)代償性股骨內(nèi)旋，將大粗隆由后方旋轉(zhuǎn)至側(cè)方以增加臀中肌力臂，從而造成髕骨承受過度的向外應(yīng)力而出現(xiàn)不穩(wěn)定[6]。旋轉(zhuǎn)力線不良及其成因啟發(fā)我們要對(duì)正常個(gè)體與髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)定患者脛骨平臺(tái)后傾角（posterior tibial slope，PTS）的解剖形態(tài)行進(jìn)一步研究，而目前尚缺乏關(guān)于髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)定中PTS數(shù)據(jù)的測量分析。

目前主要的測量方法有傳統(tǒng)解剖學(xué)測量和影像學(xué)測量。傳統(tǒng)解剖學(xué)測量通過對(duì)尸體標(biāo)本的剖切、觀察、測量等手段進(jìn)行，其受標(biāo)本數(shù)量少、成本高等限制難以實(shí)現(xiàn)。隨著影像學(xué)技術(shù)發(fā)展，CT和MRI已包含人體解剖的三維信息，但我們得到的仍是逐層排列的二維影像，難以說明人體的三維立體結(jié)構(gòu)，難免掩蓋遺漏一些重要信息。而近年來發(fā)展的數(shù)字化三維重建技術(shù)可通過動(dòng)態(tài)三維圖像對(duì)傳統(tǒng)二維醫(yī)學(xué)圖像進(jìn)行補(bǔ)充，對(duì)連續(xù)斷層圖像進(jìn)行三維重建可較為精確地顯示生物組織復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，并從任意角度、方向?qū)ζ淙S立體解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行觀察。本研究在以往學(xué)者測量研究的基礎(chǔ)上，利用脛骨近端的CT 影像數(shù)據(jù)，應(yīng)用Mimics 軟件重建出膝關(guān)節(jié)三維模型，然后將模型數(shù)據(jù)導(dǎo)入3-matic軟件，在三維模型上進(jìn)行PTS的測量分析，對(duì)比研究正常健康個(gè)體與髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)定患者PTS 解剖形態(tài)參數(shù)，為臨床診斷與治療提供理論依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2008年5月至2015年6月在我院骨關(guān)節(jié)外科及運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)中心就診的符合納入標(biāo)準(zhǔn)的髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)患者30 例（38 膝）為實(shí)驗(yàn)組，男14 例，女16 例，年齡16～48歲，平均26歲，其中8例患者為雙側(cè)髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)定。

納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡16～48 歲；②既往曾有1 次或1次以上髕骨向外側(cè)脫位的病史；③查體髕骨外推恐懼試驗(yàn)陽性。

排除標(biāo)準(zhǔn)：①既往曾發(fā)生膝關(guān)節(jié)周圍骨折者；②既往曾有膝關(guān)節(jié)手術(shù)史；③嚴(yán)重膝關(guān)節(jié)病變患者，如骨性關(guān)節(jié)病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、化膿性關(guān)節(jié)炎、結(jié)核性關(guān)節(jié)炎等；④關(guān)節(jié)內(nèi)腫瘤或腫瘤樣病變者。

招募健康志愿者35名（35膝），其中女23名，男12名，年齡20～40歲，平均25歲。無既往病史；無髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)定癥狀；行膝關(guān)節(jié)CT檢查明確無膝關(guān)節(jié)發(fā)育異常。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)使用數(shù)據(jù)均由Siemens 320 排640 層螺旋CT掃描所得，電壓120 kV，電流250 mA。受試者仰臥位，膝關(guān)節(jié)完全伸直，掃描區(qū)域?yàn)橄リP(guān)節(jié)掃描，層厚1.0～1.25 mm。

1.2.1 三維建模

應(yīng)用Mimics 軟件對(duì)73 膝逐個(gè)進(jìn)行圖像的三維建模：（1）將CT 圖像數(shù)據(jù)以Dicom 格式導(dǎo)入到Mimics 軟件；（2）確定軸向，進(jìn)行閾值分析，以及在各位置、各層面精細(xì)選取分離所需骨骼部分；（3）通過區(qū)域增長運(yùn)算最終獲得精確的三維立體模型。

1.2.2 PTS三維測量

將脛骨近端模型分別導(dǎo)入3-matic 中，進(jìn)行脛骨PTS 的三維測量：首先在Mimics 軟件中利用輪廓線生長（polyline growing）擬合生成脛骨縱軸，并將脛骨模型與其縱軸一同導(dǎo)入到3-matic 中。然后應(yīng)用mark 功能鍵區(qū)域標(biāo)記出脛骨內(nèi)、外側(cè)平臺(tái)，在此基礎(chǔ)上應(yīng)用fit plane 功能鍵沿脛骨解剖縱軸定義出其垂直平面參考面（planeⅠ），應(yīng)用測量模塊分別測量planeⅠ與plane M、planeⅠ與plane L 所成夾角，其各自夾角的補(bǔ)角即為內(nèi)側(cè)脛骨平臺(tái)后傾角（medial PTS）與外側(cè)脛骨平臺(tái)后傾角（lateral PTS）（圖1）。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

用Excel 建立數(shù)據(jù)庫，采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)描述和統(tǒng)計(jì)推斷，資料在正態(tài)分布方差齊時(shí)，計(jì)量資料的統(tǒng)計(jì)描述采用±s表示。實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組中，內(nèi)、外側(cè)PTS 在不同性別、側(cè)別組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié)果

首先對(duì)實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組中各數(shù)據(jù)進(jìn)行Kolmogorov-Smirnov Z 檢驗(yàn)，內(nèi)側(cè)脛骨平臺(tái)后傾角（Medial PTS）、外側(cè)脛骨平臺(tái)后傾角（Lateral PTS）均服從正態(tài)分布（P＞0.05）。

2.1 兩組脛骨平臺(tái)后傾角三維測量結(jié)果

表1顯示，外側(cè)脛骨平臺(tái)后傾角兩組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.036），內(nèi)、外側(cè)脛骨平臺(tái)后傾角不對(duì)稱性兩組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P=0.034），其余指標(biāo)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

圖1 脛骨平臺(tái)后傾角的三維測量

表1 實(shí)驗(yàn)組與對(duì)照組脛骨平臺(tái)后傾角三維測量結(jié)果比較

2.2 實(shí)驗(yàn)組脛骨平臺(tái)后傾角三維測量結(jié)果不同性別、側(cè)別比較

表2、3顯示，實(shí)驗(yàn)組內(nèi)側(cè)脛骨平臺(tái)后傾角、外側(cè)脛骨平臺(tái)后傾角不同性別、側(cè)別差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表2 實(shí)驗(yàn)組內(nèi)側(cè)PTS不同性別、側(cè)別比較

表3 實(shí)驗(yàn)組外側(cè)PTS不同性別、側(cè)別比較

2.3 對(duì)照組脛骨平臺(tái)后傾角三維測量結(jié)果不同性別、側(cè)別比較

表4、5顯示，對(duì)照組內(nèi)側(cè)脛骨平臺(tái)后傾角、外側(cè)脛骨平臺(tái)后傾角不同性別、側(cè)別差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表4 對(duì)照組內(nèi)側(cè)PTS不同性別、側(cè)別比較

表5 對(duì)照組外側(cè)PTS不同性別、側(cè)別比較

3 討論

導(dǎo)致髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)定的因素很多，正常情況下髕骨即存在向外移位的趨勢，靜態(tài)方面這種趨勢被內(nèi)側(cè)髕骨韌帶（medial patellofemoral ligament，MPFL）牽拉和股骨外髁的阻擋所抵消；而動(dòng)態(tài)方面髕骨外向脫位的趨勢則受到股內(nèi)側(cè)斜?。╲astus medials oblique，VMO）收縮的限制。如果相關(guān)組織結(jié)構(gòu)發(fā)生異常，打破這種平衡，就會(huì)發(fā)生髕骨脫位[7]。

Balcarek等[8]對(duì)107例髕骨脫位患者的MRI檢查進(jìn)行測量研究，描述了屈膝過程中，內(nèi)、外側(cè)PTS的明顯不對(duì)稱可引起股骨內(nèi)旋，從而加重股骨前傾角對(duì)髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)所造成的影響。PTS 采用多平面MRI 圖像疊加進(jìn)行測量，首先在脛骨頭軸位掃描平面確定脛骨頭中心從而選定相應(yīng)矢狀平面作為參照平面，距關(guān)節(jié)線4～5 cm處與脛骨遠(yuǎn)端前后距中點(diǎn)連線定義為脛骨干縱軸線，同時(shí)標(biāo)記縱軸垂線作為參考線。在脛骨頭軸位掃描平面分別確定內(nèi)、外側(cè)脛骨平臺(tái)中心，于各自矢狀平面上繪制脛骨平臺(tái)前后緣最高點(diǎn)連線作為后傾線，內(nèi)、外側(cè)脛骨平臺(tái)后傾線與脛骨干縱軸連線夾角即為內(nèi)、外側(cè)PTS。當(dāng)脛骨平臺(tái)后緣高點(diǎn)位于參考線之下時(shí)，PTS為正值；如高點(diǎn)位于參考線之上，PTS為負(fù)值[9]。一般認(rèn)為脛骨平臺(tái)后傾角的正常值為14°±3.6°（7°～22°）。Genin等[10]測得該角度均值為9°（0～18°）；de Boer等[11]測得均值為8.4°±3.7°（1°～15.8°）；Kuwano等[12]測得脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái)后傾角為9.0°±5.0°，脛骨外側(cè)平臺(tái)后傾角為8.1°±4.0°；Yoo等[13]測得平均值為10.6°±3.5°（1.9°～19.6°）；Balcarek等[8]測得脛骨內(nèi)側(cè)平臺(tái)后傾角的正常值為7.0°±3.9°（-1.0°～15.0°），脛骨外側(cè)平臺(tái)后傾角6.7±3.9°（-0.5°～15.5°）。

本研究采用CT掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行測量與分析，CT檢查能夠獲得下肢全長掃描數(shù)據(jù)，能夠比較完整顯示下肢骨性形態(tài)，有利于測量時(shí)精確定位參考平面。X 線檢查雖然也可以獲得下肢全長影像資料，但與CT檢查相比其提供的信息數(shù)據(jù)較少，不能滿足實(shí)驗(yàn)需求。MRI的優(yōu)勢在于能夠較好顯示包括軟骨在內(nèi)的軟組織信息，但受膝關(guān)節(jié)體表線圈所限，無法獲得下肢全長數(shù)據(jù)信息。我們應(yīng)用Mimics 軟件對(duì)收集到的CT 數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化三維重建，并在3-matic 軟件上實(shí)現(xiàn)PTS 與PCO的三維模型測量。

三維測量中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是定位參照線，因?yàn)樗械臏y量都是在此基礎(chǔ)上進(jìn)行的。在PTS 測量方面，其參照線有多種定法，如脛骨近端解剖軸、脛骨骨干解剖軸、脛骨中上段前側(cè)骨皮質(zhì)延長線、脛骨中上段后側(cè)骨皮質(zhì)的延長線等[14]，各種方法不同，所測得PTS 數(shù)據(jù)也各不相同[15]。脛骨近端解剖形態(tài)十分不規(guī)則，其解剖軸是一條不規(guī)則弧線，影響精確定位；而脛骨中上段前側(cè)及后側(cè)皮質(zhì)緣弧形距離較大，若以其作為參照線，測取數(shù)據(jù)離散度較大。Hudek 等[16]認(rèn)為PTS 比較準(zhǔn)確的角度是脛骨骨干解剖軸的垂線與脛骨平臺(tái)切線間的夾角。故在PTS 的三維測量中，我們選用脛骨骨干縱軸作為參照線進(jìn)行測量。

本研究結(jié)果顯示，相較于健康人群而言，髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)定患者外側(cè)PTS 較小，而內(nèi)、外側(cè)PTS 的不對(duì)稱性異常增大，這種不對(duì)稱性可能會(huì)對(duì)股骨內(nèi)旋產(chǎn)生影響。髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)定癥狀首次出現(xiàn)多由輕微外傷引起，通常為扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，患者下肢屈膝30°位，患側(cè)足部與脛骨固定，軀干與患側(cè)股骨內(nèi)旋誘發(fā)髕骨脫位。McLean 等[17]把內(nèi)、外側(cè)PTS 與膝關(guān)節(jié)交叉韌帶的損傷機(jī)制聯(lián)系起來，發(fā)現(xiàn)在下肢起跳落地過程中，內(nèi)、外側(cè)脛骨平臺(tái)斜率的比值與股骨最大內(nèi)旋角度顯著相關(guān)。Balcarek等[8]研究發(fā)現(xiàn)在髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)定患者的屈膝過程中，內(nèi)外側(cè)PTS的不對(duì)稱性將增加股骨內(nèi)旋，從而加重股骨前傾角對(duì)髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)定所造成的影響。

以往基于普通X線片的測量方案會(huì)因管球投射距離和膝關(guān)節(jié)是否有旋轉(zhuǎn)而造成誤差。而選擇在CT 片或MRI圖像上進(jìn)行測量，由于體位或掃描原因，脛骨內(nèi)外側(cè)平面會(huì)出現(xiàn)在不同影像層面上而對(duì)測量造成誤差。三維重建及模型測量技術(shù)現(xiàn)已成為一項(xiàng)新興的測量技術(shù)而獨(dú)具優(yōu)勢，并日趨成熟，能為臨床提供可靠的解剖學(xué)數(shù)據(jù)，可在一定程度上消除這種誤差。但其操作相對(duì)復(fù)雜，技術(shù)要求高，方案設(shè)計(jì)難度大，也為測量工作帶來了一定的困難。另外，本研究仍存在一定的局限性：（1）在三維模型上對(duì)解剖標(biāo)志辨識(shí)的精確性會(huì)對(duì)測量精度及測量重復(fù)性產(chǎn)生影響；（2）本研究應(yīng)用CT 數(shù)據(jù)建模，忽略了軟骨層厚度，這導(dǎo)致測量結(jié)果將難免有所偏頗；（3）我們的分析結(jié)果顯示，相較于健康人群，髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)定患者外側(cè)PTS較小，但兩者差異僅有1.16°，而內(nèi)、外側(cè)PTS 的不對(duì)稱性異常增大，其差異也僅有0.6°，微小的差異雖然具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但這種不對(duì)稱性是否真的會(huì)對(duì)股骨內(nèi)旋產(chǎn)生影響，以及影響有多大，這種影響是否具有臨床意義尚需進(jìn)一步探明；（4）個(gè)體差異導(dǎo)致解剖數(shù)據(jù)測量結(jié)果離散性較大，樣本量偏少不足以說明問題，需進(jìn)一步優(yōu)化測量方法，行更大樣本量研究。

4 結(jié)論

本研究得出的結(jié)論為：（1）髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)患者的外側(cè)脛骨平臺(tái)后傾角較正常人群偏小，而內(nèi)側(cè)脛骨平臺(tái)后傾角無差異。（2）髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)患者的內(nèi)、外側(cè)脛骨平臺(tái)后傾角不對(duì)稱性較正常人群異常增大，在膝關(guān)節(jié)屈伸過程中這可能會(huì)對(duì)股骨內(nèi)旋產(chǎn)生影響。