正常髌骨解剖形态学的CT研究

          全膝关节置换术越来越多地被应用于治疗晚期膝关节骨关节病,取得了良好的临床疗效[l].但同时也存在较多的与髌骨置换相关的并发症,如髌骨骨折、髌骨不稳定及髌骨假体磨损松动等,髌股关节并发症在全膝关节置换术后所有并发症中的比例高达50%以上E.合适的髌骨假体以及精确的手术操作可在一定程度上减少上述并发症的发生,而精确掌握髌骨的解剖形态学数据对假体选择、髌骨假体设计及提高手术操作的精确性如保留合适的髌骨厚度等方面均有重要的指导意义.
          目前国外已有针对其人群髌骨形态学特点进行研究的文献报道,但人种差异可能造成髌骨形态不同,对国人进行髌骨置换操作时在假体选择以及确保手术操作精确性等方面不能直接参考国外人群的相关数据.国内也有学者对国人的髌骨形态学特征进行了研究,但研究方法多采用在二维Ⅹ线片上进行测量在Ⅹ线二维影像中,测量髌骨相关参数的准确性可能受到Ⅹ线投照角度以及难以确定Ⅹ线片上与各参数所对应的径线等多方面因素的限制,在理论上存在较大的误差.
          本研究选择健康成年国人的正常膝关节进行CT扫描,按性别进行分组,将CT扫描数据利用专用软件进行重建处理,在髌骨的三维结构上确定与髌骨高度、宽度、厚度以及髌骨嵴等参数所对应的切面后进行相应数据的测量,同时利用软件对重建后的髌骨进行模拟切骨操作,并进一步测量剩余的骨量厚度.研究目的:(1)通过测量正常髌骨的解剖参数探讨其形态学特点,(2)比较国人男性与女性髌骨形态学数据的差异,(3)探讨国人髌骨形态学特点及性别差异在髌骨假体选择及设计、髌骨置换手术操作等方面的指导作用.
          资料与方法 
          一、研究对象 募集膝关节解剖结构正常的健康成年国人ω名,男32名,女⒛名;年龄18-~s4岁,平均337岁;体重53~91吒,平均臼.2吒;身高153△81cm,平均1甾cm.随机选择左侧或右侧膝关节进行测量,左侧31膝,右侧⒛膝.
研究对象纳入标准:(1)18岁以上ω岁以下发育正常的成年国人;(2)膝关节部位无肿胀、疼痛症状,膝关节无外伤史;(3)体格检查示髌骨研磨征阴性,髌骨恐惧试验阴性,提示无髌骨半脱位及脱位;(4)CT检查未发现骨折、膝关节周围肿瘤、膝关节退变及其他膝关节病变.
          二、CT扫描
          膝关节伸直位,采用ToshibabZI排Aqui1ionTsx-101ACT扫描仪进行扫描.扫描条件:120kⅤ,200mAs.扫描范围:从胫骨近端二分之一至股骨远端二分之一.容积数据采用标准算法重建,层厚0.5mm,重建间距0.5mm.CT轴位层厚1.0mm,层距1.0mm,观察窗宽为15OO,窗位350.
          三、测量方法 应用mimics10.0软件(Materialise,比利时)对CT影像进行三维重建处理(图1).重建后分别生成髌骨的矢状面和横断面图像.
          (一)髌骨高度
          在矢状面上测量髌骨高度(图2).选择髌骨厚的矢状层面,确认髌骨嵴处,髌骨高度定义为髌骨嵴处髌骨关节面上端至下端的距离.
          (二)髌骨厚度、宽度及髌骨内侧宽度在横断面上测量髌骨厚度、宽度及髌骨内侧宽度.髌骨厚度定义为髌骨嵴部位髌骨关节面至髌骨表面的大距离(图3).髌骨宽度定义为髌骨内侧缘至髌骨外侧缘的大距离,髌骨内侧宽度定义为髌骨嵴至内侧缘的距离(图4).
          (三)髌骨宽高比及髌骨嵴 髌骨宽高比定义为髌骨宽度/髌骨高度×1OO%,髌骨嵴的位置定义为髌骨内侧宽度/髌骨宽度×.
          ·(四)髌骨切骨后的剩余髌骨厚度模拟髌骨置换时于髌骨厚处按髌骨外侧关节面进行髌骨切骨,切骨面至髌骨表面的大距离即为切骨后剩余髌骨厚度(图5).
          上述指标分别由两名有经验的骨科医生各测量两次,得出四组数据,取平均值作为每个测量的终结果.
          四、统计学处理
          使用SPsS16.0统计软件(SPSS,美国)进行统计学分析.男女两组观察指标的比较采用成组设计资料J检验,检验水准α值取双侧0.O~s.
          结果
          髌骨高度总体平均为(30.b~s±2.")mm.男性髌骨高度大于女性髌骨,差异有统计学意义.
          髌骨宽度总体平均为(42."±3.76)mm.男性髌骨宽度大于女性,差异有统计学意义.
          髌骨厚度总体平均为(21.38±1.9~s)mm.男性髌骨厚度大于女性,差异有统计学意义.
          髌骨宽高比总体平均为1.40±0.11.男性与女性差异无统计学意义.
          髌骨嵴位置总体位于髌骨上绲.8%偏内侧.男性髌骨嵴位于髌骨上42.9%偏内侧,女性位于髌骨上绲.6%偏内侧,两者差异无统计学意义.
          模拟髌骨置换行髌骨切骨后总体剩余髌骨厚度为(12.39±1.75)mm.男性剩余髌骨厚度大于女性,差异有统计学意义(表1).
         

           讨论
          一、髌骨的三维形态 本研究结果显示正常成年国人的髌骨宽高比为1⒕左右,男女没有差异,而在髌骨高度和髌骨宽度这两项指标上男女之间均存在差异,提示男性与女性髌骨的正面观形态基本相似,女性髌骨(39.57mm×28."mm)较男性髌骨(45.02mm×31.95mm)更小.Baldwin和HouseB]的研究结果显示白种人群的髌骨宽高比为1,3(46mm×36mm)左右.将两者进行比较后发现,国人的髌骨较白种人小,而且从正面观形态上看更扁一些.这说明无论是髌骨大小还是形态,国内人群与国外人群之间均存在差异,提示我们在术前假体准各或髌骨假体设计时要充分考虑国人的髌骨形态学特点,也许小号的偏椭圆形的髌骨假体更适合国人.
          二、髌骨嵴位置
          本研究结果显示国人男性与女性的髌骨嵴基本处于髌骨上的相同位置,大致位于髌骨整体宽度的内侧42.8%处,换算成髌骨内侧宽度与髌骨外侧宽度的比例为.这与Baldwin和Hou∞B]的研究结果一致.也就是说,无论是国人还是国外人群,髌骨置换后髌骨假体均应位于髌骨上偏内侧的位置,有利于恢复正常髌骨内侧的高点.
          三、髌骨厚度 髌骨厚度一直是关节外科医生关注的焦点,髌骨置换时需要考量的几个髌骨厚度指标包括髌骨置换之前的髌骨厚度、髌骨切骨后的剩余骨量厚度以及髌骨置换之后的髌骨总厚度.一般来讲,髌骨切骨后要保留合适厚度的剩余骨量,髌骨置换后髌骨的厚度应等同于术前的髌骨厚度或减小卜2mm.本研究结果显示,国人女性髌骨(厚19.88mm)明显薄于男性髌骨(厚".38mm),总体平均厚度为21.38mm.
          这一结果与国内其他研究结果(厚度21mm)基本相同:.
          参考Baldwin和HouseE的研究中髌骨厚度测量结果(女21.8mm,男⒛.9mm)及Kim等:]的研究结果(女21.2mm,男23.1mm)可以看出,国人的髌骨较西方白种人及韩国人要薄,我们在进行髌骨置换时更应该注意髌骨厚度问题,防止髌骨切骨后过于薄弱引起术后髌骨骨折等并发症cRetlben等⒗]的研究提示髌骨切骨后剩余骨量小于15mm时容易引起髌骨骨折.但Kim等Ⅱ对髌骨置换的全膝关节置换患者随访1年,结果却显示髌骨切骨后剩余骨量大于12mm与小于12mm(但大于10mm),两组并发症发生率并无明显差异.
          目前国内常用的髌骨假体的小厚度为7mm,如果按照髌骨置换前后总厚度相同的原则,国人男性与女性在髌骨切骨后的剩余骨量厚度分别为15mm和12mm左右.虽然尚处于能够接受的范围之内,但女性的髌骨剩余骨量已接近低限,不容许有手术操作误差,操作时需要极其谨慎.⒗m等:]的研究同时发现,髌骨置换后的总厚度在髌骨原厚度+3mm范围内均不增加术后并发症的发生率.这提示我们对髌骨较薄的国人患者尤其是女性,可以考虑适当多保留一些髌骨切骨后的剩余骨量,而不必严格追求髌骨置换前后的总厚度相同.但也要注意髌骨厚度不能增加过多,否则可能导致局部应力增加从而引起膝前区疼痛或髌骨假体磨损增加E.
          髌骨切骨可以参照髌骨原厚度进行,如果髌骨本身存在严重病变,也可以参照髌骨外侧关节面的软骨下骨进行髌骨切骨阝].但本研究模拟髌骨切骨操作的结果显示,参照髌骨外侧关节面切骨后男性髌骨剩余厚度为13.18mm、女性为11.⒛mm,剩余骨量均较少.如果试图多保留些髌骨骨量,则可以考虑在参照髌骨外侧关节面的同时切骨量要少.
          目前临床上常用的髌骨假体有嵌人式假体和覆盖式假体lpl刨,两者的手术操作方式不尽相同.参考本研究结果,对总体上髌骨较薄的国人来讲,选用覆盖式假体时,髌骨切骨可以参照髌骨外侧关节面进行,但需要估计所保留的骨量厚度;选用嵌人式假体时,可通过微调去骨的深度来保留合适的剩余骨量.
          四、研究的局限性 本研究采用CT检查及测量方法,没有将正常髌骨的软骨厚度考虑在内,因此在测量正常髌骨的厚度时存在一定误差.但我们认为这并不影响对其他髌骨参数的测量;而且,对需行髌骨置换的患者来讲其髌骨软骨尤其在髌骨嵴处往往已发生较为严重的磨损,此时软骨厚度对术中切骨前髌骨厚度的测量影响不大.
          由于CT检查费用较为昂贵,本研究纳入病例数较少,若将测量数据按年龄、身高、体重以及不同生长地域等指标细化分组进行统计学分析比较困难.但由于本研究中的病例均来自国内人群,因此能在一定程度上反映国人的生长发育特点,与国外人群相关测量数据进行比较仍具有一定的参考价值.
          参考文献 
          1.Loughead JM,Malhan K,Mitchell SY. Outcome following knee arthroplasty beyond 15 years[J].Knee,2008,(02):85-90.
          2.Brick GW,Scott RD. The patellofemoral component of total knee arthroplasty[J].Clinical Orthopaedics and Related Research,1988,(231):163-178.
          3.Baldwin JL,House CK. Anatomic dimensions of the patella measured during total knee arthroplasty[J].Journal of Arthroplasty,2005,(02):250-257.
          4.Kim TK,Chung BJ,Kang YG. Clinical implications of anthropometric patellar dimensions for TKA in Asians[J].Clinical Orthopaedics and Related Research,2009,(04):1007-1014.
          5.徐斌,吕厚山,燕太强. 国人正常髌骨厚度测量[J].中华骨科杂志,1998,(09):522-524.
          6.Reuben JD,McDonald CL,Woodard PL. Effect of patella thickness on patella strain following total knee arthroplasty[J].Journal of Arthroplasty,1991,(03):251-258.
          7.Bengs BC,Scott RD. The effect of patellar thickness on intraoperative knee flexion and patellar tracking in total knee arthroplasty[J].Journal of Arthroplasty,2006,(05):650-655.
          8.Iranpour F,Merican AM,Amis AA. The width:thickness ratio of the patella:an aid in knee arthroplasty[J].Clinical Orthopaedics and Related Research,2008,(05):1198-1203.doi:10.1007/s11999-008-0130-x.
          9.Rosenstein AD,Postak PD,Greenwald AS. Fixation strength comparison of onlay and inset patellar implants[J].Knee,2007,(03):194-197.
          10.Lachiewicz PF. Implant design and techniques for patellar resurfacing in total knee arthroplasty[J].Instructional Course Lectures,2004.187-191.