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- 曾纪洲副主任医师 硕士
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医院:
首都医科大学附属北京潞河医院
科室:
骨科
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- 5.0 三维重建膝关节胫骨近端模型及其角度参数
- 作者:曾纪洲|发布时间:2010-06-01|浏览量:1231次
(曾纪洲,曲铁兵石,逸杰,等.三维重建胫骨近端模型及其角度参数.临床医学工程,2010,13(17):23-28.)
三维重建胫骨近端模型及其角度参数
首都医科大学潞河教学医院骨科曾纪洲
【摘要】 目的 建立华北地区正常成人胫骨近端三维模型,获得胫骨近端角度参数。方法 对62名志愿者115例正常膝关节进行MR矢状位扫描,胫骨近端三维重建后对胫骨内、外侧平台后倾角及胫骨角进行测量,采用SPSS 10.0软件对数据进行统计学分析。尸体胫骨扫描后对尸体胫骨进行测量,与三维重建的胫骨近端模型相应角度参数进行比较分析。结果 胫骨内侧平台后倾角为11.19°± 3.46°(范围:0°~19.31°),胫骨外侧平台后倾角为8.12°± 3.08°(范围:0°~ 17.83°), 胫骨平台后倾角的大小与性别、侧别、年龄、身高、体重无相关性,内侧平台后倾角大于外侧。胫骨角为95.82°± 2.25°(范围:92.72°~ 99.13°),与性别、侧别、年龄、身高、体重无相关性,但随着年龄增大,胫骨角有增大的趋势。尸体胫骨上手工测量与三维重建胫骨近端模型上测量的角度参数的平均误差为0.753°。结论 MRI三维重建的胫骨近端模型形态稍有偏差,但可以接受。胫骨近端角度参数个体差异性较大,与西方人比较存在差异性。
【关键词】关节成形术 置换 膝 胫骨 磁共振成像 图像处理 计算机辅助
中图分类号:? 文献标志码:A 文章编码:?
A THREE-DIMENSIONAL PROXIMAL TIBIA MODEL OF COMPUTER-AIDED REPRESENTATION AND ITS
ANGULAR PARAMETERS
ZENG Ji-zhou1, QU Tie-bing2, SHI Yi-jie1, YU Zhen-shan1,ZHANG Ya-kui1 , PAN Jiang2, ZHANG Xing-huo1, CHEN Xue-ming1
(1 Department of Orthopaedics, Beijing Luhe Hospital, Beijing 101149,China; 2 Department of Orthopaedics,Beijing
Chaoyang Hospital, Capital University of Medical Sciences, Beijing 100020, China. )
【Abstract】 Objective To reconstruct a three-dimensional proximal tibia model of North Chinese people, and to obtain angular parameters of North Chinese proximal tibias. Methods 115 North Chinese normal proximal tibias were studied. Sagittal images of DICOM"s file were acquired, and these images were transferred to personal computer with moving hard disk. The mentioned above files were changed to BMP"s file with DICOMacess TM 1.5 software. All the images were segmented, only obtaining tibia (including articulation cartilage). Germany Amira 2.2 software was used to obtain 3D images. 3D images were transferred into Medvis software. The angular parameters of proximal tibia were measured with Medvis software. Statistical analysis was performed , and the level of significance was p?0.05. In order to rectify errors of 3D reconstruction, 6 tibias of cadaver were used. The data measured manually from cadavers and the data from 3D proximal tibia models of cadavers were compared. Results The posterior slope angle of the medial tibial plateau ( PSAMTP ) relative to the tibial shaft anatomical axis ( TSAA ) was 11.19 ° ± 3.46 °( range: 0 ° - 19.31° ) in the North Chinese normal knees, and the posterior slope angle of the lateral tibial plateau ( PSALTP ) relative to TSAA was 8.12°± 3.08°( range: 0 ° - 17.83 °). This value was independent of gender, side,age, height and weight. PSAMTP was larger than PSALTP, and there was very significant difference between them. The tibial angle relative to TSAA was 95.82 ° ± 2.25° ( range: 92.72 ° - 99.13° ). This value was independent of gender, side,age, height and weight, but tibial angle had increasing tendency with the age increasing. The mean errors between the data measured manully from cadavers directly and the data measured from 3D proximal tibia models of cadavers were 0.753 ° in angular parameters. Conclusion Although both the manual measurement from cadavers and the measurement from 3D proximal tibia models present errors, the range of the errors may be accepted. The angular parameters of the proximal tibia shows marked individual variation, which has significant difference to westerners.
【Key words】 Arthroplasty Replacement Knee Tibia Nuclear magnetic resonance imaging Image manipulation Computer-aided
膝关节是一个复杂的负重关节, 这种形状、运动和稳定机制的复杂性给其重建提出很高要求。目前,国际上常用的膝关节假体都是模仿人体膝关节几何形状,并参照假体置入后的运动、稳定性等进行设计。因此膝关节几何形状是假体设计的重要基础之一。此外,膝关节的角度参数对手术器械设计和手术操作具有极为重要的指导意义。由于亚洲人与欧美人人种解剖学的差异,我国的全膝关节置换术(total knee arthroplasty ,TKA)的理念与技术不能完全照搬国外的经验。尸体来源有限等因素国内目前主要依靠膝关节X线片与CT重建三维模型获得膝关节的几何形态学资料,X线与CT对人体有辐射副作用,很难获得大样本的膝关节几何形态参数资料。为此,作者通过MRI三维重建胫骨近端模型,对胫骨近端角度参数进行测量并统计分析,旨在为设计符合国人胫骨解剖特征的胫骨平台假体以及TKA临床操作提供理论参考依据。
1 材料与方法
1.1 一般资料
1.1.1 资料选择
随机选取长期生活在华北地区的成年健康中国人或因下肢软组织外伤而就诊患者共62例(115膝);男35例,女27例;男63膝,女52膝;左侧60膝,右侧55膝。年龄20~74岁,平均45.60岁。身高144.5~177.2 cm,平均165.1 cm;体重51.0~90.2 kg,平均67.4 kg。健康受试者的选择条件:胫骨无畸形,没有膝内外翻,没有因各种关节炎或创伤所导致的关节面改变。下肢软组织外伤受试者的选择条件:膝关节正常,且胫骨未受累。
1.1.2 分组
将所有受试者按不同年龄段分为A、B、C 3组。A组:18 ~ 39岁,B组:40 ~ 59岁,C组:≥ 60岁。
1.1.3 尸体标本
3具成年中国人尸体的6条完整下肢(尸体来源于首都医科大学解剖教研室),用质量分数10% 福尔马林液处理。胫骨无畸形,无膝内外翻。
1.2 实验方法
1.2.1 扫描体位
志愿者仰卧于MR(0.5-Tesla,SMT-50X MRI system,Shimadzu Co Ltd,Kyoto,Japan)床中央,双下肢取旋转中立位,膝关节伸直。踝关节后侧垫沙袋,目测下调整至被测肢体的胫骨干解剖轴平行于水平面。
1.2.2 扫描条件
质子加权像,自旋回波序列,TR=1 650 ms,TE=15 ms,层厚2 mm,层距2 mm,采集图像4次,矩阵大小256×256,视窗直径32 cm,窗宽1 800,窗位900。
1.2.3 扫描方法
扫描范围是膝关节线上12cm,膝关节线下20cm,MR焦距中心对准膝关节线下4cm处。采用二次定位法(矢状位、冠状位):通过胫骨中沟线(the midsulcus line,SL:胫骨结节内侧缘的内侧1mm处到胫骨棘沟中点的连线)获得胫骨矢状位定位图像。经过胫骨干解剖轴(tibial shaft anatomical axis,TSAA)(胫骨干相距至少10cm的两个髓腔中点连线)并垂直于胫骨矢状位定位图像进行扫描,获得胫骨冠状位定位图像。平行于TSAA并垂直于胫骨冠状位定位图像,做胫骨矢状位依次扫描。将扫描后获得的DICOM格式原始图像数据传送到三维重建的工作平台内。
1.2.4 胫骨近端模型的建立
在PC机中,将所采集的DICOM格式图像文件通过Dicomacess TM 1.5软件在Adobe Photoshop 6.0中打开。对图像进行分割,将灰度统一设置为255,处理好的文件转化为BMP格式。BMP图像用德国AMIRA2.2软件三维重建胫骨近端模型。
1.2.5 测量胫骨近端角度参数
1.2.5.1 胫骨内侧平台中点的确定
三维重建的胫骨近端图像转入Medvis软件(来自首都医科大学生物医学工程系)中。在同一冠状面上连接胫骨平台内外侧缘的最长线段为胫骨面横轴。在横轴上胫骨棘间的中点到胫骨内侧平台缘的连线,此连线的中点即为胫骨内侧平台的中点(图1)。在横轴上胫骨棘间中点到胫骨外侧平台缘的连线,此连线的中点即为胫骨外侧平台的中点。
图1 胫骨内侧平台的中点
Fig.1 The midpoint of medial tibial plateau
1.2.5.2 测量方法
确定标志点的空间参数(x,y,z),依据参照点的空间参数可以测量空间任意两条直线的夹角(图2)。
图2 Medvis软件的主界面
Fig.2 The main window of Medvis software
1.2.5.3 胫骨内侧平台后倾角(posterior slope angle of the medial tibial plateau, PSAMTP )、胫骨外侧平台后倾角(posterior slope angle of the lateral tibial plateau,PSALTP)
在矢状位面上,分别经胫骨内、外侧平台中点作内、外侧平面台上的切线1与切线2(图7),PSAMTP为切线1与TSAA之垂线的夹角,PSALTP为切线2与TSAA之垂线的夹角。
1.2.5.4 胫骨角(tibial angle,TA)
TSAA与胫骨上端关节面的切线所成的外侧夹角即为TA(图3)。
图3 测量图
Fig.3 The map of measurement
1.2.6 误差校验
采用Chiu方法对尸体胫骨进行实际测量(见图4-6),同时对尸体膝关节予以扫描、三维重建后进行测量,用获得的实际测量数据与三维重建后所取得的数据进行比较,获得尸体胫骨与三维重建的胫骨近端模型上所测量角度参数的平均误差。
图4 PSAMTP测量图 图5 PSALTP测量图 图6 TA测量图
Fig.4 The measurement of PSAMTP Fig.5 The measurement of PSALTP Fig.6 The measurement of TA
1.3 统计学方法
用统计软件包(SSPS for Windows Release10.0)进行双因素析因分析处理,以p < 0.05
为差异有显著性意义。
2 实验结果
2.1 胫骨平台后倾角(posterior slope angle of the tibial plateau, PSATP)
2.1.1 PSAMTP
2.1.1.1 性别与侧别比较
经双因素析因分析,PSAMTP在性别、侧别间比较差异无显著性意义(p >0.05,表1)。
表1 不同侧别男性与女性PSAMTP比较(膝)
Tab.1 Comparison of PSAMTP between the left and right sides(knee)
侧别 Side |
男 Male |
女 Female |
合计 Total |
左侧 Left |
11.36° ± 3.12°(33) |
11.77° ± 3.56°(27) |
11.57°±3.34°(60) |
右侧 Right |
10.32° ± 3.95°(30) |
11.39° ± 2.90°(25) |
10.86°±3.43°(55) |
合计 Total |
10.87° ± 3.58°(63) |
11.59° ± 3.26°(52) |
11.19° ± 3.46°(115) |
2.1.1.2 性别与年龄比较
经双因素析因分析,PSAMTP在性别、年龄间比较差异无显著性意义(p >0.05,表2)。
表2 不同年龄组男性与女性PSAMTP比较(膝)
Tab.2 Comparison of PSAMTP in different aging groups (knee)
分组 Groups |
男 Male |
女 Female |
合计 Total |
A |
10.94 ± 2.58°(23) |
11.86 ± 3.86°(14) |
11.29 ± 3.17°(37) |
B |
11.18 ± 4.63°(26) |
11.91 ± 3.37°(21) |
11.51 ± 4.12°(47) |
C |
10.17 ± 2.19°(14) |
10.96 ± 2.38°(17) |
10.60 ± 2.34°(31) |
合计 Total |
10.76°±3.13°(63) |
11.58°±3.20°(52) |
11.19 ± 3.46°(115) |
2.1.1.3 结果综合统计
使用Kolmogorov-Smirnov适配度检验,双侧检验P = 0.920, PSAMTP数值符合正态分布,国人成人正常PSAMTP为(11.19± 3.46)°, 范围是0° ~ 19.31°。
2.1.2 PSALTP
2.1.2.1 性别与侧别比较
经双因素析因分析,PSALTP在性别、侧别间比较差异无显著性意义(p >0.05,表3)。
表3 不同侧别男性与女性PSALTP比较(膝)
Tab.3 Comparison of PSALTP between the left and right sides(knee)
侧别 Side |
男 Male |
女 Female |
合计 Total |
左侧 Left |
8.20° ± 3.28°(33) |
7.97° ± 3.52°(27) |
8.09°±3.40°(60) |
右侧 Right |
8.16° ± 3.91°(30) |
8.12° ± 2.53°(25) |
8.14°±3.22°(55) |
合计 Total |
8.18° ± 3.10°(63) |
8.04° ± 3.08°(52) |
8.12 °± 3.08°(115) |
2.1.2.2 性别与年龄比较
经双因素析因分析,PSALTP在性别、年龄间比较差异无显著性意义(p >0.05,表4)。
表4 不同年龄组男性与女性PSALTP比较(膝)
Tab.4 Comparison of PSALTP in different aging groups (knee)
分组 Groups |
男 Male |
女 Female |
合计 Total |
A |
8.20° ± 3.58°(23) |
8.25° ± 2.29°(14) |
8.22° ± 3.16°(37) |
B |
8.17° ± 2.22°(26) |
8.00° ± 3.01°(21) |
8.10° ± 3.13°(47) |
C |
8.18° ± 3.62°(14) |
7.91° ± 2.34°(17) |
8.03° ± 2.98°(31) |
合计 Total |
8.18°±3.14°(63) |
8.05°±2.55°(52) |
8.12° ± 3.08°(115) |
2.1.2.3 结果综合统计
使用Kolmogorov-Smirnov适配度检验,双侧检验P = 0.284, PSALTP数值符合正态分布,国人成人正常PSALTP为(8.12± 3.08)°, 范围是0° ~ 17.83°。
2.1.3 PSAMTP与PSALTP的比较
将全部资料分成PSAMTP、PSALTP两组,进行两组独立样本的T-检验,经统计学处理PSAMTP与PSALTP(t = 24.814, P = 0.000),结果显示PSAMTP与PSALTP之间具有非常显著性差异(表5)。PSAMTP、PSALTP与身高、体重在统计学分析上无相关性。
表5 PSAMTP与PSALTP的比较
Tab.5 Comparison between PSAMTP and PSALTP
|
PSAMTP |
PSALTP |
平均数 Mean value |
11.19° |
8.12° |
标准差 Standard difference |
3.46° |
3.08° |
范围 Range |
0° - 19.31° |
0° - 17.83° |
2.2 TA
2.2.1 性别与侧别比较
经双因素析因分析,TA在性别、侧别间比较差异无显著性意义(p >0.05,表6)。
表6 不同侧别男性与女性TA比较(膝)
Tab.6 Comparison of TA between the left and right sides(knee)
侧别 Side |
男 Male |
女 Female |
合计 Total |
左侧 Left |
95.64° ± 2.28°(33) |
96.11° ± 2.52°(27) |
95.88°±2.40°(60) |
右侧 Right |
95.52° ± 2.11°(30) |
95.80 °± 2.53°(25) |
95.66°±2.32°(55) |
合计 Total |
95.58° ± 1.97°(63) |
95.96 °± 2.26°(52) |
95.82° ± 2.25°(115) |
2.2.2 性别与年龄比较
经双因素析因分析,TA在性别、年龄间比较差异无显著性意义(p >0.05,表7)。但随着年龄增大,TA有增大的趋势。TA与身高、体重在统计学分析上无相关性。
表7 不同年龄组男性与女性TA比较(膝)
Tab.7 Comparison of TA in different aging groups (knee)
分组 Groups |
男 Male |
女 Female |
合计 Total |
A |
95.70° ± 2.98°(23) |
95.30° ± 2.19°(14) |
95.53° ± 2.26°(37) |
B |
95.82° ± 2.52°(26) |
95.98° ± 2.31°(21) |
95.88° ± 2.10°(47) |
C |
96.01 °± 3.12°(14) |
96.07° ± 2.84°(17) |
96.04° ± 2.61°(31) |
合计 Total |
95.84°±2.87°(63) |
95.78°±2.45°(52) |
95.82 ± 2.25°(115) |
2.2.3 结果综合统计
使用Kolmogorov-Smirnov适配度检验,双侧检验P = 0.284, TA数值符合正态分布,国人成人正常TA为(95.82± 2.25)°, 范围是92.72° ~ 99.13°。
2.3 误差校验
尸体胫骨与三维重建的胫骨近端模型上所测量角度参数的平均误差 ( 表8 ),角度参数的平均误差为0.753°。三维重建后测量的角度参数较尸体上手工测量值偏小。
表8 尸体胫骨与三维重建的胫骨近端模型上所测量角度参数的平均误差
Table 8 The average error of angular parameters on cadaver and a three-dimensional proximal tibia model of Computer- aided Representation
角度参数 angular parameters |
平均误差 average error |
PSAMTP |
0.78° |
PSALTP |
0.92° |
TA |
0.56° |
3 讨论
3.1 通过MRI进行三维重建的特点
医学图像三维重建技术始于20世纪80年代,借助计算机对生物组织结构的连续图片进行处理,获得三维立体图像的一种形态学研究方法。近年来,随着计算机技术的迅速发展,可将一系列二维图像的位置变化构成三维图像,可以旋转、切割,提高了三维重建的精度和速度。结合应用测量软件,对重建的三维结构进行测量,获得角度等形态学参数。
目前,最常用的三维重建原始数据是CT和MR影像学资料。MRI可显示矢状位、轴位、冠状位3个平面的图像。可清楚地显示软组织和骨的形态学变化信息。对于CT不能清楚显示的韧带、关节软骨和半月板能够清楚地显现。作者选择MRI矢状位图像进行三维重建正是利用上述优点,使志愿者避免放射线辐射的危险性。采用矢状位图像进行重建主要是由于缩短扫描时间,减少扫描层次,有助于志愿者的配合和减少经费,但并不影响三维重建的效果。
三维重建后的胫骨近端模型进行胫骨近端几何形态学的研究,关键是在重建过程中减少测量的偏差。尸体胫骨实际测量与三维重建后的胫骨近端模型所测量参数进行比较,是校正误差的有效手段。通过比较,认为误差是存在,但可以接受的。三维重建后测量的角度参数较实际测量值偏小。作者认为无论三维重建的胫骨近端模型上测量还是尸体胫骨上手工测量,均存在误差。误差的来源由以下几部分组成:①MRI机本身存在的误差。②寻找轮廓线时出现的测量误差。除了手工分割以外没有任何一种分割方法能完全正确的分割,作者采用手工分割方法为主,阈值分割方法为辅,将所采图像放大5~10倍,紧贴骨皮质和关节软骨边缘进行分割,尽量减少对原有图像的破坏,仅保留所需要研究的骨组织和关节软骨。将背景的灰度设置为0,骨组织和关节软骨的灰度均设为255,助于增强鲜明的对比性,恢复所研究组织的真实特征。为减少误差,在图像处理进行重建的过程中,进一步从原始矢状位的图像和重组冠状位及轴位的图像上同时辨认组织结构,这样可以降低对原始图像的破坏,增加了寻找轮廓线的准确性。③三维重建后的测量误差:重建后的层面切割位置等可导致测量时尺寸大小的偏移,选取测量位点有人为的因素。三维重建是在MR矢状位二维图像基础上形成的,由于存在采样间隔,两层间的图像是推断图像。采样间隔越小,重建的三维实体与原物越接近。④尸体测量存在的误差。
3.2 胫骨平台后倾角的测量及其临床意义
3.2.1 PSATP测量结果分析
用TSSA与胫骨平台切线的夹角获得的胫骨平台后倾角比较准确,作者采用此方法。Moller 报道尸体的30个膝关节解剖测量PSAMTP平均为10°(范围: 5°~ 15°),PSALTP平均为8°(范围: 4°~15°)。Matsuda用MRI测量30个正常膝关节的PSATP, PSAMTP平均为10.7 °(范围:5°~15.5°); PSALTP平均为7.2 °(范围:0°~14.5°)。曲铁兵等应用髓内参照在X 线片上测量的PSAMT为11.3°±4.5°,与本组数据相似,可见中国人的PSATP大于西方人的PSATP,同时其变化范围也大于西方人。
3.2.2 PSATP测量的临床意义
3.2.2.1 重建正常PSATP的意义
只要膝关节炎不导致膝关节侧位X线片上内侧平台窝弓形轮廓线的消失,PSAMTP的大小与正常膝关节的后倾角相似,正常的和关节炎的膝关节PSATP变化范围很大。本组PSATP变化范围为0°~19.31°,如果在TKA中不考虑解剖PSATP而安置胫骨平台假体后倾角度,那么按国外模具截骨后胫骨平台假体后倾角度有可能会远远大于或小于解剖PSATP。
胫骨平台假体放置和胫骨平台术前后倾角决定胫骨假体关节形成接触的位置,当把带有与原始胫骨关节面倾斜度相等的假体置入时,就将获得了一个最佳的中心关节。当前倾截骨(-5°)时,会出现胫骨假体向后微移,向前面倾斜的胫骨假体会导致向前面负荷的趋势加大,并随着屈曲发展到股骨回位时后交叉韧带(posterior cruciate ligament,PCL)出现紧张,出现的膝关节僵硬。当加大后倾截骨角度时,能增加胫骨假体向前的微移。因此术前PSATP的认定对于在TKA中决定PSATP的选取有重要临床意义。
PSATP能维持膝关节胫骨相对股骨接触点的后移即后滚运动(rollback,RB)。RB的作用被认为可防止在屈曲时股骨对胫骨后侧部分的撞击,因此可增大膝关节的屈曲范围。同时PSATP也在膝关节屈曲时通过PCL松弛允许更大的ROM。胫骨假体后倾增加ROM,前倾减少ROM,这种观点已被大多数学者接受。术前ROM受解剖后倾角度影响,而术前ROM影响术后ROM。因此,解剖后倾角度对于在TKA中决定胫骨平台截骨后倾角度, 避免TKA术后不合适的胫骨假体后倾角,以及恢复正常的膝关节运动机制和ROM是有意义的。
3.2.2.2 PSATP对胫骨假体松动的影响
胫骨近端软骨下骨强度在内髁的中心最大,是主要负荷的直接承担部位,外髁和周边的软骨下骨强度相对较弱;胫骨软骨下骨的强度随着远离关节面而下降,尤其是胫骨近端前缘的骨强度下降最明显。因此,胫骨截骨定位对胫骨假体骨床的质量和强度有重要影响。
在矢状面上平行关节面做胫骨截骨后的软骨下骨与垂直TSAA做胫骨截骨的软骨下骨相比,前者的负载能力比后者大40%,而强度增加70%。正常胫骨平台有一个解剖后倾角,平均力矢量接近垂直这个斜面,即平台的后倾减少了对胫骨假体的剪切力。这是此种倾斜的力学优点,因此胫骨上端截骨应该平行于关节面。平台后方的骨质较为强硬,能很好地吸收应力负荷,平行关节面截骨不会对骨水泥-骨界面有害,且能保证后方骨质最少量的切除,平行于关节面的截骨可减少胫骨假体下沉的发生。
若胫骨截骨不平行于解剖关节面的后倾角,将导致前侧骨大部分切除,截骨面的前方骨强度较低,不足以负载膝关节运动时的负荷,容易出现胫骨假体的松动。因此,原始解剖后倾角应作为胫骨截骨方法的数据参考。
3.2.2.3 PSATP与TKA手术操作的关系
Hungerford建议截骨时用TSAA作为参考,不用胫骨前嵴作参考。髓外定位时,腓骨可作为可靠的定位标志。如果假体和器械设计不带有后倾角并且使用髓外定位,定位杆必须靠近胫骨近端、远离踝关节,以增加后倾角。另外,现在有的医生在进行TKA时,并不是根据病人的术前PSATP决定来选取适配的胫骨平台假体,而各厂家提供的的胫骨平台假体后倾角度又不统一,没有考虑病人的解剖PSATP。因此,了解和测定PSATP很有意义。
我们建议在TKA手术时,可用健侧PSATP作为患侧后倾角的参考;若两侧都无法测量PSATP时,则用国人的正常值作为参考,应尽可能恢复患者的生理后倾角。
3.3 TA的测量及其临床意义
3.3.1 TA测量结果分析
Keats报道男性TA为85°~100°,平均为93.5°; 女性为87°~ 98°,平均为92.4°。西方人的正常胫骨角为93°。本组数据与西方人比较,中国正常成人TA大于西方人。
3.3.2 TA测量的临床意义
Insall在正常胫骨平台有3°内倾角的基础上,提出一种确定股骨远端旋转对线方法。因为膝关节置换要求术后胫骨平台假体与TSAA垂直,所以如果将股骨髁假体安置在外旋3°的位置,即多切除一些股骨内侧髁后方的骨质,可保证术后屈膝位膝关节内外侧间隙的对称和内外侧韧带的平衡。股骨与胫骨假体间的旋转对线关系是影响全膝关节置换术后效果的重要因素。假体间的旋转对线关系不好将会导致胫股关节半脱位和聚乙烯半月板的早期磨损或破裂,还可以影响髌骨的轨迹和功能。假体内旋是导致髌股关节并发症的主要原因;股骨假体轻度外旋可以优化髌骨轨迹,减少术后髌股关节并发症。
目前国内的TKA的人工膝关节假体和手术器械大部分由国外提供,并按照Insall提出的股骨髁假体安置在外旋3°的位置。但是本研究发现中国人的TA为95.82°± 2.25°(范围:90.72°~ 97.13°),也就是说中国人正常胫骨平台有5.82°的内倾角,故建议股骨髁假体安置在外旋5.82°的位置,以获得 TKA的整体临床功效。
综上所述,实验建立了胫骨近端三维模型,获得了胫骨近端的角度参数,能为设计出更适合国人使用的胫骨平台假体和手术器械提供理论参考依据,可提高胫骨平台假体的胫骨近端适配度,提高TKA的临床性能。实验的对象来源局限,总样本量较小,由此得出的数据并不能完全代表国人胫骨近端情况,需进一步多中心研究。
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作者简介:曾纪洲(1968-),男,副主任医师,硕士,研究方向:关节外科。
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