股骨滑车沟解剖学形态的CT研究

 髌股关节的生物力学和髌骨在滑车沟中的运动轨迹受多种因素影响,如滑车沟的解剖学形态、股四头肌的作用、关节周围韧带的限制以及胫骨相对股骨的运动[1"].在以上各种因素中,滑车沟的解剖学形态被公认为是最主要的影响因素.
    全膝关节置换术后髌股关节相关并发症的出现与假体滑车沟的设计密切相关Ι.不理想的假体设计可导致异常的髌股关节活动,以及由于髌股关节面高应力导致膝前痛等并发症.现代假体设计越来越重视仿生理念,例如采用"球体对球面"的活动式负重面假体设计以增加关节的接触面积,减小接触应力;加深加宽股骨滑车沟的设计以改善髌股接触,减小屈曲时的应力.但我们对国人股骨滑车沟的大小、形态和位置仍缺乏清晰、准确的认识.
    为了精确获取股骨滑车沟的解剖学参数,既往研究多采用各种影像学技术(如Ⅹ线片、二维CT扫描、MRI)及尸骨的直接测量[12→6∶.但各项研究结果的误差均较大,且研究结果之间的差异也较大.只有利用更先进的影像学技术和更完善的实验设计,才能获得更精准的股骨滑车沟解剖学参数.
    本研究利用三维CT技术对健康志愿者的股骨滑车沟相关解剖学参数进行测量与分析,研究目的是:(1)探究正常股骨滑车沟的解剖学形态,(2)比较男性与女性股骨滑车沟的差异,(3)为膝关节假体滑车沟的设计提供参考.
    资料与方法
    一、研究对象与检查方法
    2008年9月至2010年10月募集四川大学华西医院的志愿者.纳人标准:(1)年龄大于18周岁的健康国人;(2)无膝关节不稳定及疼痛;(3)既往无膝关节外伤史.排除标准:(1)髌骨下骨摩擦音阳性;(2)既往3个月内右膝X线片示髌股关节面模糊或关节面下骨硬化.
    共募集20名志愿者,男辊名,女38名;年龄2卜55岁,平均(36."+T.53)岁.CT检查前充分告知风险,并签署知情同意书.
    扫描设各为⒏EMENS16排多层螺旋CT(西门子,德国).受试者平卧于CT床中央,双下肢保持旋转中立位.从右侧髋臼顶上方2cm开始扫描至右侧胫骨结节水平,层厚1mm,层间距lmm.图像保存后导人PhⅡipsExtendedB1·ilhanceTM工作站(飞利浦,荷兰)进行图像后期处理与数据测量.
    二、测量方法
    PhihpsEⅩtclldedBrillianceTM工作站有三个操作界面,分别显示冠状面、矢状面和水平面图像,并允许图像沿三条轴线旋转以获得对应层面的断层图像(图1).
    在冠状操作界面上选取最大截面,调整水平面旋转轴线使其通过股骨内、外上髁最突出点,这时在水平操作界面上即可得到0°角的旋转截面图.在水平操作界面上调整冠状面旋转轴线使其通过股骨内、外上髁最突出点作为膝关节旋转轴,调整矢状面旋转轴使其通过滑车沟最低点作为滑车沟位置界定标志.在矢状面上,冠状面旋转轴每旋转2°即可得到一个对应角度的旋转截面图.对每名志愿者均收集0°~70°的36个旋转截面图.
    在每一个对应屈膝角度的水平截面图上进行测量ˇ(图2),右膝股骨滑车沟的经髁上轴宽度AB(股骨内、外侧髁最突出点A、B的距离)、滑车沟高度EI(滑车沟最低点E与AB的距离)、滑车沟内外边长度CE、DE(滑车沟内、外侧最突出点C、D与滑车沟最低点E的距离)、内外髁高度CH、DG(滑车沟内外侧最突出点C、D与AB的距离)、滑车沟角∠CED(滑车沟内外边CE、DE的夹角)、滑车沟深度EF(滑车沟最低点E与CD的距离)、经内外侧髁轴长度CD(滑车沟内外侧最突出点C、D的距离)、前股骨髁角(AB与CD的夹角,外髁高大于内髁高取正值)、滑车沟位置EJ(滑车沟最低点E与矢状面旋转轴线a的距离,最低点位于矢状面旋转轴外侧取正值).
    三、统计学处理
    所有数据测量均分别由两实验人员单独测量后取均值.采用sPSs17.0统计软件(SPSS,美国)进行数据处理,测量数据以均数±标准差表示c男性组与女性组测量数据的比较采用成组设计资料J检验,检验水准α值取双侧0.05.
    结果
    一.一般情况
    男性组患者平均年龄(37.38±6.65)岁,女性组(35.15±8.以)岁,差异无统计学意义.男性组患者身高(168.23±6.z)cm,大于女性组(157.79±6.08)cm,差异有统计学意义,男性组患者体重,大于女性组,差异有统计学意义.
    二 、滑车沟解剖学参数
    男性组经髁上轴宽度为(79.21+3.80)mm,女性组(70.73±1.91)mm,差异有统计学意义.
    男女两组滑车沟内边长度随屈膝角度增加而变大,男性组均数大于女性组,两组在屈膝12°~15°、21°-105°的差异有统计学意义(各组P值均(0.O5图3)√男女两组滑车沟外边长度随屈膝角度增加而变小,除属膝12°夕卜男性组均大于女性组(各组P值均<0.05,图4).女两组内髁高度随屈膝角度增加先变大后变犭、男性组大于女性组,除屈膝两组均数差异均有统计学意义(各组P值均<0.",图5).男女两组均在屈膝33°取得最大值,分别为(33.70±3⒑6)mm、(31.22±2.84)mm.
    男女两组外髁高度随屈膝角度增加先变大后变丬、男性组大于女性组(各组P值均<0.O5,图6).男性组在屈膝12°取得最大值(39.14夕.45)mm,女性组在屈膝6°取得最大值(36.35+S.CZI)mm.
    男女两组滑车沟角随屈膝角度增加先变小后变大再变小,除屈膝102°、1O5°两组差异无统计学意义(各组P值均>0.05,图7).男性组在屈膝45°取得极小值133.呢°±4.%°,女性组在屈膝42°取得极小值132,71°±4.36°;男性组在屈膝81°取得极大值143.26°±4.05°,女性组在屈膝20°取得极大值143.21°±6.72°.
    男女两组滑车沟深度随屈膝角度增加呈"s"形变大,两组差异在属膝3O°~90°有统计学意义(各组P值).
    男女两组经内外侧髁轴长度随屈膝角度增加先变大后变小,男性组大于女性组(各组P值均(⒍05,图9).男性组在屈膝盯°取得最大值(42.36±⒊48)mm,女性组在屈膝20°取得最大值(39.O3±3,36)n1m冖男女两组前股骨髁角随屈膝角度增加而变小,两组差异均无统计学意义(各组P值均)0.05,图10).男女两组滑车沟位置随屈膝角度增加而外移,两组差异无统计学意义(各组P值均>0.O5,图11).
    讨论
    一、研究方法的选择
    本研究采用三维CT影像技术而非MRI.⒌atl⒒等⒒对~sO例患者的膝关节进行MRI测量、乩ih等[⒙]对33个膝关节标本进行直接测量,证实以滑车沟的骨界面或软骨界面分别测量得到的两组结果差异很小.CT较MRI具有更好的吸收与线性显示,对各平面的测量更精确.同时,三维CT技术叮避免中上斟叁志2Ⅱ3壬△月箜⊥⒒礓口期C上inJOnll.L坐rch2013,Ⅴd33,NoL3二维投射技术造成的相互遮挡,增加测量的准确性[⒙]⊙本研究选取σ~70°旋转截面图进行测量是基于髌股关节的运动角度比相应膝关节的运动角度小1/~s的研究结果119].即当膝关节屈曲105°时,髌骨相对于股骨运动约7".
    二、滑车沟的形态学分析
    临床中用髌骨轴位片来评价髌骨在滑车沟中的位置,最常采用的体位为屈膝3俨或笱°.本研究测量发现男女两组滑车沟分别在属膝0~s°、绲°取得极小值,此时髌骨与滑车沟获得最佳匹配,因此我们推荐以屈膝0~5°位(Mσchmt体位)进行摄片.%ichtah1等’Oi和Harada等D]的研究证实股骨滑车沟角度与髌骨关节面的软骨量呈正相关,提示较为平坦的股骨滑车沟角,T以更好地保护髌骨关节面.因为更为平坦的股骨滑车沟角可以增加髌股关节的接触面积,降低髌骨关节面的压力,减少髌股关节面的磨损丬⊙同时由于滑车沟深度对髌股关节的稳定性起主要作用,置换后髌骨假体关节面呈凸面,因此我们建议在股骨滑车沟初始段采用较宽大平坦的滑车沟设计及在股骨滑车沟中后段采用较深的滑车沟设计,这样既可保证髌骨入沟的平顺性,又可保证髌骨在滑车沟中的稳定性m,20].
    三、股骨滑车沟形态学的性别差异Poilvache等[⒕]的研究发现男女两组前股骨髁角存在统计学差异,而乩ih等[⒙]的测董结果显示男女两组前股骨髁角差异无统计学意义.本研究对男女两组滑车沟的几何形态进行分析,结果证实男女两组股骨髁角的差异无统计学意义,男女两组在屈膝σ△Os°的滑车沟内边长度与外边长度差异无统计学意义,屈膝σ~1O~o^°的滑车沟角差异也无统计学意义.因此我们认为,男女两组股骨远端滑车沟解剖形态仅存在尺寸的不同,而不存在形状的差异.在性别差异性假体设计中可细化全膝关节假体滑车沟的尺寸,以提供更好的形态匹配.
    四、股骨内、外侧髁的差异
    男女两组中外侧髁高度与滑车沟外边κ均大于内侧髁高度与滑车沟内边长,且滑车沟呈现外斜走行,与Ⅴaladar苟all等和Nh等的研究结果相符⒉°b∶.
    这种现象被认为具有一定的生理意义Ⅰ9∷.髌骨受到股四头肌与髌韧带的共同作用产生一个向后的合力;而当膝关节屈曲时,由于Q角的作用会对髌骨产生一个向外的合力.较大的外侧髁可以更好地稳定髌骨运动轨迹,外斜走行的滑车沟位置町以减少关节面的应力作用.因此,我们建议在假体设计中应考虑这种内、外髁的差异.
    综上所述,股骨滑车沟的解剖形状不存在性别差异,尺寸存在性别差异.在假体设计中可细化全膝关节假体的滑车沟尺寸,以提供更好的形态匹配,而无须考虑滑车沟的性别差异.
    五、本研究的不足
    本研究仅收集了gO例健康国人的股骨滑车沟数据,样本偏小,尚不能代表国人的滑车沟数据.采用流行病学研究方法进行大样本观察,才能得出股骨滑车沟的正常解剖参考值.
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