关 清 汤光宇 华 婷 阮建萍

全膝关节置换术是治疗终末期骨关节炎的首选术式，可有效缓解疼痛、恢复膝关节功能[1-2]。术中精确的截骨是保证下肢机械力学和旋转稳定性的前提，匹配的胫骨、股骨假体的选择更是保证手术成败的关键[3]。目前，国产膝关节假体未在临床广泛应用，而进口假体体系的设计均来自于西方人的膝关节形态学参数[4]。由于种族间差异的存在，进口假体应用于中国患者时，常发生不匹配。为设计与中国人群相匹配的膝关节假体，提高手术效果并减少术后并发症的发生，设计此项横断面研究。应用MRI测量股骨远端和胫骨近端一系列参数，了解中国人膝关节的解剖和形态学特点，为国产全膝关节置换的假体设计提供研发数据。

1 对象与方法

1.1 研究对象 选取2018年1—6月因膝关节疼痛或软组织损伤在同济大学附属上海市第十人民医院放射科行膝关节MRI检查的患者412例，男192例、女220例，年龄19～63岁，平均年龄为(44.5±12.7)岁。排除标准：年龄<18岁，存在骨缺损或者严重的膝关节退变，严重的内外翻畸形(>10°)，外籍患者，既往曾行膝关节手术。本研究经医院伦理委员会审批。

1.2 检查方法 应用西门子3.0T(Magnetom Verio)超导型MRI扫描仪(德国西门子公司)。患者取仰卧位，膝关节自然伸直放松，膝关节髌骨下缘置于膝关节线圈中心位置。扫描参数：矢状位快速自旋回波序列(TSE)质子加权像(PDWI)[重复时间(TR)/恢复时间(TE)为3 000/33 ms]和T2加权像(T2WI)/脂肪抑制像(FS，TR/TE为3 500/98 ms)，冠状位PDWI/FS(TR/TE为3 000/33 ms)，矩阵320×224，视野(FOV)180 mm×100 mm，层厚/层间距3.0/0.3 mm；轴位快速自回旋波(FSE)序列T1加权像(T1WI，TR/TE为610/17 ms)，矩阵320×240，FOV 160 mm×100 mm，层厚/层间矩3.0/0.3 mm。应用RadiAnt DICOM viewer 4.0.3软件，根据膝关节轴位的图像，由两名医师测量患者膝关节股骨远端和胫骨近端的一系列线性参数和角度参数，如果测量线性参数相差>3 mm或者角度参数相差>3°，则由第3名医师进行重复测量加以校对。取两名医师测量数据的平均值进行统计分析。

1.3 膝关节股骨远端线性参数和角度参数测量 以股骨内外上髁水平为测量平面，在MRI图像上依次标记股骨外上髁最高点A，股骨内上髁最高点B，髁间凹最低点O。依次连接AB即上髁距离(AML)、AO、BO，∠AOB为上髁间角；连接内外上髁即通髁轴(TEA)；内外侧后髁的切线为后髁线(PCL)；内外侧上髁的切线为上髁线(ACL)；ACL与TEA的夹角为上髁角(∠ACT)，PCL与TEA的夹角为后髁角(∠PCT)；内外后髁切线上两切点的距离为后髁距离(PML)；TEA在PCL上的投影距离为股骨髁内外侧宽度(ML)，A点至PCL的垂直距离为外侧髁高度(AP)，AP/ML为股骨面率；LAP为A点至PCL外侧切点的距离；MAP为B点至PCL内侧切点的距离。依次测量∠AOB、∠ACT、∠PCT、TEA、AML、ML、AP、LAP、MAP、PML。见图1。

1.4 膝关节胫骨近端线性参数测量 膝关节置换术中胫骨截骨平面位于腓骨头略上方，作为胫骨近端测量平面。依次作胫骨结节中内1/3与后交叉韧带的中点连线为胫骨前后径最大值(AP’)，胫骨平台内外径最大值(ML’)。依次测量AP’、ML’、内侧胫骨平台的宽度(MPW)、胫骨外侧平台宽度(LPW)、胫骨内侧平台高度(MPH)和胫骨外侧平台高度(LPH)，AP’/ML’为胫骨面率。以上线性标志中，MPW、LPW、ML三者平行，MPH、LPH、AP三者平行。见图2。

图1 股骨远端线性参数和角度参数示意图

图2 胫骨近端线性参数示意图

1.5 软骨厚度测量 于MRI冠状位图像上依次测量股骨远端股骨外侧髁和内侧髁的软骨厚度，测量胫骨近端胫骨外侧平台、胫骨内侧平台的软骨厚度；于MRI矢状位髌骨最大截面上测量髌骨的软骨厚度。

2 结 果

2.1 膝关节股骨远端线性参数和角度参数比较 男性患者的股骨远端线性参数，TEA、ML、AP、LAP、MAP、PML、AML均显著大于女性患者(P值均<0.01)。男性与女性患者间角度参数，股骨远端∠AOB、∠ACT、∠PCT的差异均无统计学意义(P值均>0.05)。见表1。

2.2 膝关节胫骨近端线性参数比较 男性患者的胫骨近端线性参数，AP’、ML’、MPW、LPW、MPH、LPH均显著大于女性患者(P值均<0.01)，见表2。

2.3 膝关节股骨和胫骨形态学比例比较 男性患者的股骨面率显著大于女性患者(P<0.01)，PML/AML和MAP/LAP与女性患者的差异均无统计学意义(P值均>0.05)；男性与女性患者间胫骨面率、LPW/LPH和MPW/MPH的差异均无统计学意义(P值均>0.05)。见表3。

表1 男性与女性患者膝关节股骨远端线性参数和角度参数比较

与男性患者比较：①P<0.01

表2 男性与女性患者膝关节胫骨近端线性参数比较

与男性患者比较：①P<0.01

表3 男性与女性患者膝关节股骨和胫骨形态学比例比较

与男性患者比较：①P<0.01

2.4 膝关节表面不同区域软骨厚度比较 男性与女性患者间股骨外侧髁、股骨内侧髁、胫骨外侧平台、胫骨内侧平台、髌骨的软骨厚度的差异均无统计学意义(P值均>0.05)，见表4。

表4 男性与女性患者膝关节表面不同区域软骨厚度比较

3 讨 论

膝关节解剖形态学存在性别和种族的差异。有研究[5-6]结果显示，亚洲、非洲和欧美人膝关节股骨远端、胫骨近端的形态学存在差异。目前国内广泛使用的膝关节假体均来自于欧美国家，假体的不匹配问题时有发生。中国人群较西方人群股骨前髁较低平而股骨后髁较大[7]。因此，股骨假体的不匹配经常发生在前后髁的截骨上，影响了髌股关节和膝关节伸直的压力；若过多地截去股骨后髁会增加屈曲间隙导致屈膝状态下膝关节不稳定；股骨前侧皮质骨的切伤又可能增加了股骨髁上骨折的发生风险[8-9]。本研究通过MRI影像学图像观察中国人股骨远端和胫骨近端的形态学特点，从临床实际问题出发，进一步明确中国人膝关节的形态学特征。

股骨旋转对线问题导致的髌股关节轨迹异常是影响膝关节活动度的主要因素[10]。Griffin等[6]的研究结果显示，男性股骨后髁角平均内旋3°，故股骨远端的截骨需外旋3°，或者股骨假体组件带有3°的外翻角。与西方人相比，中国人的股骨内侧髁较大，尤其是女性[11-12]。Yip等[7]对41具尸体的股骨后髁角进行测量，发现中国男性股骨∠PCT为(5.1±1.9)°，略小于女性的(5.8±1.8)°。本研究结果显示，男性股骨∠PCT为(5.2±1.7)°，略小与女性的(5.6±1.4)°，与上述研究结果相似。Berger等[5]对75例西方人股骨远端解剖标本进行研究发现，男性股骨∠PCT平均内旋(3.5±1.2)°，女性平均内旋(0.3±1.2)°；Griffin等[6]对107例西方人全膝关节置换术中的股骨髁进行测量发现，平均股骨∠PCT为(3.7±2.2)°，其中男性为(3.6±1.8)°，女性为(3.7±2.6)°。以上研究结果表明，中国人与西方人的股骨∠PCT存在差异。

股骨面率可作为股骨表面形态的估算指标，假体的高度与宽度的比值决定了假体与股骨表面的匹配程度，股骨假体与股骨表面不匹配可给患者带来负面影响[13]。Hitt等[14]研究证实，股骨或胫骨假体内外侧过剩(假体过大)可引起软组织激惹；而假体覆盖不充分则会导致截骨面松质骨无法覆盖而使手术后的失血量增多。不同性别、种族间股骨面率存在差异。Chin等[15]报道男性股骨面率为1.27，女性为1.22；李梁等[16]报道男性股骨面率为1.26，女性为1.24。本研究结果显示，男性和女性的股骨面率分别为1.29±0.06、1.24±0.07，与上述两项研究结果相似；男性股骨面率显著大于女性，证实女性的股骨表面较男性窄。因此，对于女性患者，应用较窄的股骨假体组件可避免假体覆盖剩余。目前尚无西方人股骨面率的报道，现在使用的进口假体的股骨面率最大参数为1.16，故推测西方人股骨面率较中国人小。

合适的胫骨假体组件不仅可充分覆盖胫骨平台，也能够在屈伸运动时增加膝关节的稳定性，减少应力集中[3-4]。不同性别、种族间胫骨平台的形态存在差异。茅凌洲等[17]对中国女性膝关节胫骨平台假体的研究结果显示，中国人胫骨平台小于白种人。本研究结果显示，男性患者胫骨近端线性参数AP’、ML’、MPW、LPW、MPH、LPH均显著大于女性患者，男、女性患者的胫骨面率、LPW/LPH和MPW/MPH的差异均无统计学意义；LPH较MPH高约5 mm，LPW较MPW宽约10 mm，上述结果与Hitt等[14]的研究结果一致。

膝关节的软骨形态学对于膝关节假体的设计意义重大。本研究结果显示，膝关节表面不同区域软骨分布不均匀，其中髌骨软骨厚度最大，股骨外侧髁软骨厚度最小；男性与女性患者间各区域的关节软骨厚度的差异均无统计学意义。这些软骨形态学上的特征，可能与膝关节在运动时关节面的负重密切相关[18]。

本研究存在以下不足：①病例来源于单中心，可能无法代表整体中国人群；②本研究无三维重建的膝关节影像学资料，一些参数如股骨曲率无法测量；③由于MRI扫描层面的差异，对测量平面的选择和参数测量可能存在一定的偏倚。

本研究通过MRI测量中国成人膝关节股骨远端和胫骨近端的一系列参数，发现不同性别间膝关节形态学参数存在差异，并与文献所示西方人的数据存在差异，为今后国产膝关节假体的个性化设计提供了理论基础。