股骨后角测定仪的研制

股骨后角测定仪的研制

膝盖是人体最大的关节，解剖复杂，有许多轴向运动。膝关节置换术的技术要求相当高。据报道全膝关节置换术后髌股关节并发症的发生率为1.5%～12%,占人工膝关节翻修原因的50%。髌骨并发症的原因,与股骨假体的旋转对线技术有直接关系。股骨后髁角(PCA,股骨上髁轴与后髁轴夹角),是膝关节置换术中股骨假体外旋角度的重要参考,为了能使股骨假体外旋角度个体化,作者设计并制作了股骨后髁角测定仪,用于术中测量股骨后髁角,指导术中股骨旋转截骨,并分析股骨后髁角与股骨髁外翻角femoralshaft-transcondylarangle,FSXC)、胫骨平台内翻角(tibialplateau-tibialshaftangle,TPTS)、股胫角(femoralshaft-tibialshaftangle,FSTS)的相关关系,探讨FSXC、TPTS、FSTS对确定股骨假体旋转对线的参考意义。1临床数据和方法1.1膝关节置换术的膝关节骨性自动膝关节表现数据来源于2007年7月～2008年3月,在本院初次行膝关节置换术的膝关节骨性关节炎患者,共29例(30膝),男3例,女26例;年龄50～78岁,平均66.6岁;左膝18膝,右膝12膝。排除类风湿性关节炎、感染、肿瘤者。1.2面互相垂直股骨后髁角测定仪设计如图1,分底座、量角器两部分,材料为不锈钢。设计要点:(1)底座底面和立面互相垂直。(2)量角器立柱垂直于底座底面,可上下滑行,滑行过程中量角器面板平行于底座立面,并保证指针在0度位时,指针与底座底面平行。(3)指针旋转时指针上缘所在直线的圆心与量角器同一圆心,指针上缘与量角器重叠之刻度为所测角度,量角器的上下测量范围各为15°,精确度0.5°。1.3指征股骨外翻角、胫骨平台内翻取值的测定所有患者术前拍双膝负重标准正侧位片及股骨、胫骨全长正侧位片,按照Cooke等描述的方法,测量股骨髁外翻角(FSXC)、胫骨平台内翻角(TPTS)、股胫角(FSTS)(图2)。股骨髁外翻角:在股骨全长正位片上画出股骨的解剖轴线和股骨内外侧髁远端的切线,两线相交的夹角即为股骨髁外翻角。角度用其偏离90°的角度表示,内翻取负值,外翻取正值。胫骨平台内翻角:在胫骨全长正位片上画出胫骨的解剖轴线和胫骨内外侧平台的连线,两线相交的夹角即为胫骨平台内翻角。角度用其偏离90°的角度表示,内翻取正值,外翻取负值。股胫角:将膝关节正位片覆盖在股骨和胫骨全长正位片上,画出股骨和胫骨的解剖轴线,两线相交的夹角即为股胫角。内翻取负值,外翻取正值。<2°的外翻及内翻定为膝内翻,>10°为膝外翻,2°～10°为正常股胫角。1.4股骨外旋角度所有手术由同一位高年资术者实施,以确保手术质量,统一不置换髌骨。手术采用前正中皮肤切口,髌旁内侧纵向入路。当股骨远端截骨后,触摸股骨外上髁最突出部位、股骨内上髁凹陷的中心,用电刀在股骨截骨面上划出两者的连线,此为股骨上髁轴线。将股骨后髁角测定仪放置截骨面上,底座底面紧贴股骨内外髁后髁,立面紧贴截骨面,上下滑动立柱,将指针上缘放于股骨上髁轴上,指针上缘对应量角器刻度即为股骨外旋角度。记录所测得度数,外旋取正数,内旋取负数(图3)。1.5统计学分析所有数据输入电脑,建立数据库,计量资料以均数±标准差表示。采用SPSS13.0统计软件进行分析。将PCA分别与FSXC、TPTS、FSTS作直线相关分析,并将所测得PCA与美国Griffin所进行的相关测量结果作t检验,P值<0.05为有统计学意义。2pca和fsxc的直线相关分析,做强影响的点描述,描述以下步骤本试验术前X线片测得FSXC为8.6°±2.9°,TPTS为4.1°±4.0°,FSTS为4.1°±7.3°。术中测得PCA为5.2°±2.6°,与美国Griffin的测量结果差异有显著性统计学意义(t=3.168,P<0.005)。详细数据见表1。续表以PCA为纵轴,分别以FSXC、TPTS、FSTS为横轴,做出其相关关系散点图(图4～6)。由图4看出,PCA有随FSXC增加而增加的趋势,作PCA和FSXC的直线相关分析,r=0.56,P=0.001,相关性在P=0.01水平有显著性统计学意义,PCA与FSXC有较高程度的正相关,PCA有随FSXC的增加而增加的趋势。由图5看出,PCA有随TPTS增加而增加的趋势,但图中可见有4个强影响点,其相应的患膝是2例为膝外翻、外侧平台严重磨损致平台外翻,1例为膝内侧间室严重骨关节炎,股骨髁外翻角为1°,后髁角为0°,第4例为内侧平台严重磨损致平台内翻角为16.5°。考虑2例平台外翻与一般平台内翻情况相反,股骨髁外翻角1°、后髁角0°与一般情况差别较大,与总体趋势不符,对统计推断影响特别大,故将其简单剔除,再作PCA和TPTS的直线相关分析,此时r=0.60,P=0.001,相关性在P=0.01水平有显著性统计学意义。考虑第4例可能会明显增加相关系数r,故再将其剔除后作分析,此时r=0.58,P=0.002,在P=0.01水平有显著性统计学意义,PCA与TPTS有较高程度的正相关,PCA有随TPTS的增加而增加的趋势。由图6看出,PCA和FSTS之间无明显相关关系,但图中可见有2个强影响点,分别为严重膝内翻和外翻的患膝,考虑其特殊性将明显影响统计推断结果,将其剔除后行直线相关分析,r=0.004,P=0.99,在P=0.05水平无统计学意义,认为PCA和FSTS之间无相关关系。3机关节并发症的增长近年来,全膝关节置换术(TKA)已经成为治疗膝关节晚期关节炎的常用治疗手段,并经多年临床证实取得了良好的治疗效果。伴随全膝关节置换术数量的快速增长,翻修病例也急剧增加。其中因髌股关节并发症而需要翻修的病例占到人工膝关节翻修总数的第1位。而髌股关节并发症,主要与股骨假体旋转对线不良有关。3.1pca和griffin检测股骨后角的意义本试验作者自主研制了股骨后髁角测定仪,可以在术中准确测定后髁角,并根据所测角度,相对于股骨后髁轴线作相应角度的外旋截骨,从而实现了股骨假体参照内外上髁轴安装,基本接近平行理想的屈伸轴,取得了优良的手术效果。该器械的发明,为股骨后髁角的测量提供新的简便而准确方法,为股骨旋转截骨提供了重要的参考,可实现股骨假体的安装对线个体化,方便手术操作,提高手术的精确度,有利于减少髌股关节并发症,提高手术治疗效果,有重大的社会意义;同时相对与其它研究,不需术前作CT或MRI检查来测量股骨后髁角的费用,有重大的经济意义。本实验中测定我国南方人膝关节骨关节炎患者的后髁角为5.2°±2.6°,与美国Griffin的测量结果比较差异有统计学意义,证明了由于人种不同,股骨远端细致解剖存在显著的差异,欧美的研究结果并不一定适用于中国,此对其他术者确定股骨假体旋转角度有一定的参考意义。PCA测定仪测量的是股骨后髁轴线和上髁轴线之间的夹角,故测量时必须在股骨远端截骨后,将底座的底面贴紧内外侧髁的后髁,保证贴于最顶点部分,同时指针与内外上髁轴线平行,读数取指针上缘与量角器相交的刻度。该测定仪底座横宽6cm,深2cm,比一般成人股骨髁稍小,在股骨远端截骨后,放入关节间隙测量时不受侧副韧带影响,其底面分两支,中间空缺,在保留后叉韧带时亦不会受到遮挡。为方便测定仪的放置,可用骨膜剥离器等翘起股骨髁,增加屈膝间隙。该测定仪主要是针对初次膝关节置换而设计的,在翻修术中,由于股骨后髁缺失,且不使用初次置换术时使用的参照后髁外旋截骨模板,故该测定仪在翻修术中不适用。在原有创伤导致股骨内外上髁解剖结构改变,不能作为准确的解剖标志时,该测定仪也不适用。3.2股骨外翻角的变化Akagi等研究发现,在股骨髁外翻角≤9°的情况下,股骨髁旋转角基本上恒定于大约6°,但当股骨髁外翻角﹥9°时,股骨髁旋转角通常随着外翻角的增大而增大,而股骨后髁角比旋转角小3°,而且这种对应关系很稳定。Pagnano等在全膝置换术中,测量了60例力线正常或内翻畸形的患膝的后髁角,平均为3.98°,但后髁角与股骨髁外翻角无明显关系。本试验研究发现,术前膝关节正位片上股骨髁远端磨损,关节间隙变窄,股骨髁远端的切线方向发生改变,股骨髁外翻角也相应改变。通常术中可见这些患膝同侧后髁亦有相应的磨损,而这也将改变后髁角的大小。通过直线相关分析,股骨后髁角有随股骨髁外翻角增大而增大的趋势。究其原因,作者认为,在以内侧间室为主的膝关节骨关节炎的患者,因为其股骨内侧髁磨损严重,特别是骨膜下骨磨损缺失时,在正位片上,表现为股骨髁远端切线外翻角度变小,故测得股骨髁外翻角变小。因为内侧髁后髁同样存在磨损,故股骨后髁轴相对于内外上髁轴内旋角度变小,故测得后髁角变小。同理,在以外侧间室为主的膝关节骨关节炎患者,因为其股骨外侧髁的磨损较严重,股骨髁外翻角将变大,其后髁角亦变大。在内外侧间室病变程度相当的患膝,股骨髁外翻角和后髁角将无明显改变。然而,当股骨髁磨损未明显波及软骨下骨时,在X线片上外翻角未有明显改变,但因为软骨磨损,术中所测后髁角将有所改变,这在散点图中得到证实。在散点图中可见,在股骨髁外翻角7°～9°的范围内,后髁角的变化范围较大。同时,大多数散点集中在股骨髁外翻角7°～9°的范围内,这也反映了大多数患者在磨损未明显波及软骨下骨时接受了全膝关节置换术治疗,反映了患者意识形态的进步。本试验术中有10例患膝股骨假体外旋角度>6°(最大者11°),有5例患膝股骨假体外旋角度<3°(最小者0°),所有患者术后在假体旋转对线、活动度、髌骨轨迹和HSS评分方面均效果良好。3.3外翻角随股骨远端变化的变化临床上许多医师认为,正常的胫骨平台有3°内翻,膝关节置换术要求垂直于胫骨纵轴作胫骨近端截骨,为了补偿屈膝时3°内翻的丧失,获得平衡的屈膝间隙和韧带张力及较好的髌骨运动轨迹,应将股骨假体相对于股骨后髁轴3°外旋放置。然而,这种做法的临床效果良莠不齐。Cooke和Pagnano等均研究发现,在力线正常或内翻的膝关节骨关节炎患者,股骨后髁角有随着胫骨平台内翻角增大而增大的趋势。本试验研究也发现,股骨后髁角明显有随着平台内翻角增加而增加的趋势。究其原因,大概是亚洲人经常蹲屈的生活习惯使内侧平台发育较差,平台内翻角较大。与之相对应,股骨内侧髁增生肥大,这在膝关节正位片上表现为股骨髁外翻角增大。内侧髁后髁的增大使得后髁轴线相对于内外上髁轴线内旋的角度增大,即后髁角增大。平台内倾角度的增大,使得内侧间室的应力增大,磨损增加,所以亚洲人膝关节骨性关节炎以内侧间室为主,内翻畸形多见。人种和个体差异所导致的股骨远端细致解剖上的差别,病变的股骨后髁常受疾病侵蚀,解剖结构相对其原来正常股骨发生不同程度的改变,大部分情况下股骨后髁角变大(>3°),特别是在平台内翻角超过4°的情况下,若固定于参照后髁轴外旋3°安装股骨假体,将增加股骨假体外旋不足的可能性。这提醒我们,在膝关节置换术时,术前测量胫骨平台内翻角对正确安装股骨假体有重要的参考作用。本试验中,有2例胫骨外侧平台严重磨损的病人,其平台外翻角较大,其后髁角亦较大。作者认为,在外侧平台严重磨损的病人,其股骨外侧髁也有相应程度磨损,故其后髁角也可能有随外翻角增大而增大的趋势,但是否有统计学意义,还需要更多病例以进一步研究。而且,股骨后髁角随胫骨平台外翻角度的增大而增大的原因,主要是股骨外侧髁后髁和胫骨外侧平台的相互磨损引起,为病理性改变。这与股骨后髁角随胫骨平台内翻角的增大而增大的原因不同,后者主要是股骨内侧髁增生肥大与增大的胫骨平台内翻角相适应,主要决定于患膝的基础解剖情况。本试验中,2例胫骨平台外翻的患膝,其外翻角平均为6°,相对于无病变的胫骨平台内翻角平均3°～4°和本实验总体胫骨平台内翻角平均4.1°,其病理改变相当大。这反映出,基于解剖及生物力学基础,胫骨平台的应力主要集中在内侧,这使得胫骨上端内侧骨质较硬,外侧骨质较疏松,一旦病变使膝关节应力集中于外侧平台,其破坏的速度更快,外侧平台塌陷更严重。对于这种一侧平台严重塌陷、局部骨质较疏松的胫骨,可于局部钻入1～2个螺钉,骨质缺失较大的可予植骨螺钉固定,这起到“钢筋水泥”和“打桩”的效果,能有效防止术后胫骨假体的下沉和松动。3.4膝关节外翻性测定Griffin等的研究发现,88例力线正常或内翻的患膝,后髁角平均为3.3°(0°-8°),而19例外翻的患膝,后髁角平均为5.4°(0°-10°)。他们的研究表明,一些正常或内翻的患膝,其后髁角大于外翻组后髁角的均值,而且,力线正常或内翻的患膝,其后髁角的变化范围和外翻组的基本相等。Poilvache等研究发现,后髁角在力线正常或膝内翻者为3.51°±2.03°,在膝外翻者为4.41°±1.83°。Winemaker研究发现,后髁角在膝内翻者为3.9°±3.4°,在膝外翻者为6.0°±3.2°。在83膝的手术中,有19膝股骨假体外旋超过6°,术后在假体旋转对线、活动度、和KSS评分方面均未有不良效果。并且发现,这些假体旋转角度的增大与术前膝关节外翻畸形的严重程度呈正相关。本试验研究发现,股骨后髁角与股胫角无直线相关关系,这与Akagi等的研究结果相同。股胫角的大小受很多因素的影响,包括股骨髁外翻角、胫骨平台内翻角(胫骨平台的破坏)、内外侧副韧带的平衡、内外侧关节间隙的宽窄。这些因素一个或多个改变都会造成股胫角的改变。本实验中,1例外翻的患膝,其外侧间室病变较严重,股骨髁外翻角增大至15.5°,其平台外侧严重磨损,致使平台外翻6.5°,故其膝关节明显外翻,股