膝骨關節炎中骨性力線改變的影像學及臨床研究

甘浩然，程楷，趙文勝，陳琦，吳曉宇*

(1.江西中醫藥大學，江西 南昌 330006；2.利川市人民醫院骨一科，湖北 利川 445400)

膝關節骨關節炎是一種慢性退行性疾病，中老年多見，女性多于男性。60歲以上人群患病率達50%，75歲以上達80%，致殘率高達53%[1]。隨著人口老齡化加重，膝骨關節炎患者數量日益增多[2]。不均勻沉降理論在膝關節骨關節炎發病中的重要性是最近研究的熱點問題[3-4]。膝內翻是骨關節炎患者最常見的下肢畸形，代表著下肢力線改變。以往觀點認為[5-6]，這是繼發于軟骨磨損的結果，內側軟骨磨損大于外側、內側關節間隙狹窄較外側明顯，導致力線向內側偏移。但膝關節間隙的厚度僅數毫米，若內側間隙完全消失，膝內翻也應小于10°；但臨床上嚴重的“O”型腿患者，內翻畸形可達十幾至幾十度。這顯然不完全由軟骨磨損導致。脛骨平臺不均勻沉降后，平臺關節面傾斜，可直接導致力線向內側偏移，產生膝內翻畸形[7]。這可以很好地解釋上述現象，但目前尚無研究證實。本研究通過對骨關節炎患者進行影像學研究，回顧性分析探討膝關節骨關節炎患者軟骨因素外的力線改變，并結合臨床表現分析其在骨關節炎發病中的作用。

1 資料與方法

1.1 研究對象 2017年9月至2017年12月于我院就診30位膝關節骨關節炎患者。納入標準：a)根據美國風濕學會的影像學和臨床標準診斷為膝關節骨關節炎，Kellgren-Lawrence分級2級以上；b)患者年齡≥50歲；c)單純內側間室病變或以內側間室病變為主。排除標準：a)創傷性關節炎或明確膝關節周圍外傷史；b)風濕、類風濕等自身免疫性骨關節炎；c)先天性膝內翻畸形；d)單純外側間室骨關節炎。

1.2 影像學評估和測量方法 影像學評估和測量方法患者入院后在膝關節完全伸直狀態下進行X線負重位下肢拼接全長攝片檢查。利用影像歸檔與收集系統收集所有患者的下肢負重位拼接全長片進行病情評估[8]，并通過系統自帶的長度和角度測量工具進行測量。影像學病情嚴重程度根據Kellgren-Lawrence(KL)分級標準，0級：正常關節間隙狹窄；Ⅰ級：可疑關節間隙狹窄，骨贅唇樣改變可能；Ⅱ級：明顯骨贅，關節間隙狹窄可能；Ⅲ級：中度多發骨贅，確定關節間隙狹窄，一定關節僵硬，關節畸形改變可能；Ⅳ級：大量骨贅，明顯關節間隙狹窄，關節僵硬，關節畸形改變。

關節間隙采用Tourville等[9-10]的測量方法，在膝關節正位X線片上測量：a)經脛骨平臺畫出脛骨干軸線C；b)經內、外側髁間結節最高點畫兩條與脛骨軸線C平行的直線，分別標為D、E；c)直線F為經脛骨平臺最寬徑線；d)經直線D、E與平臺邊緣之中點分別做線C的平行線A、B，在該兩條參考線上測量膝關節內外側間隙，記作mJSW(內側)、lJSW(外側)(見圖1)。HKA角測量：股骨頭中心、膝關節中心、踝關節中心連線的夾角，采用正值表示，小于180°代表內翻，大于180°代表外翻。骨性HKA角計算：骨性HKA角為將患者實際測得的HKA角通過平衡兩側關節間隙寬度進行校正后得到的不受關節間隙改變影響的HKA角。計算骨性HKA角首先需要測量內外側關節間隙、內外側間隙測量線距離脛骨軸線距離以及患者實際的HKA角(見圖2)。理論上說，骨性HKA角就是為將內側間隙延長至與外側間隙等寬時，再次測量的HKA角，反映的是實際骨性下肢力線，通過反正切函數計算得出。將內、外側間室中點間距離分別記作m+l，則骨性HKA角=患者實際的HKA角+tan-1(lJSW-mJSW)/(m+l)(見圖3)。

1.3 臨床評價 對患者進行VAS評分評價關節疼痛程度 。

注：A、B-經內、外側間室中點與直線C平行，于此兩直線上測量膝關節間隙；C-脛骨軸線；D、E-與直線C平行，分別經過內、外側髁間結節；F-脛骨平臺最寬徑線

圖1 關節間隙測量方法示意

圖2 HKA角、膝關節內外側間室間隙示意

圖3 骨性HKA角(B-HKA角)示意

1.4 統計學處理 應用SPSS 19.0統計學軟件進行統計學分析。計量資料首先使用Shapiro-Wilk檢驗判斷數據是否為正態分布，Levene檢驗判斷方差齊性。非正態資料采用Mann-Whitney U檢驗比較組間差異，Spearman秩相關分析相關性。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

本組患者共30例，36膝(左10膝 右26膝)，其中男11例(12膝)，女19例(24膝)，年齡50～71歲，平均(61.0±5.15)歲。患病時間1～20年，平均(7.72±4.59)年。KL分級如下：Ⅱ級10例，Ⅲ級14例，Ⅳ級12例。BMI 22.04～34.29 kg/m2，平均(27.63±3.92)kg/m2。所有患者中，合并糖尿病者3例，為Ⅱ型糖尿病；合并高血壓疾病者2例，為高血壓2級；合并腓骨骨折者1例，骨折愈合；合并髕骨關節炎5例。患者VAS評分60～90分，平均(74.44±9.39)分。KL分級如下：Ⅱ級10例，Ⅲ級14例，Ⅳ級12例。HKA角163°～180°，平均(172.00±3.54) °。患者內側關節間隙1.41～5.65 mm，平均(2.66±1.12)mm；外側關節間隙 2.14～7.75 mm，平均(5.31±1.16)mm。患者脛骨平臺橫徑70.13～92.24 mm，平均(80.20±5.27)mm。

經計算，本組患者骨性HKA角165.04°～182.84°，平均(175.36±3.69) °。骨性HKA角≤174.4°，平均年齡64.33歲，患病時間平均11.83年，BMI平均27.22 kg/m2。VAS評分平均81.67分。內側關節間隙(2.11±0.87)mm，外側關節間隙(4.49±1.08) mm。關節間隙差值(2.38±1.23)mm，比值0.49±0.22。患者脛骨平臺橫徑(80.40±5.31)mm。骨性HKA角>174.4°，患者平均年齡59.33歲，患病時間平均5.67年，BMI平均27.84 kg/m2。VAS評分平均70.83分。內側關節間隙(3.02±1.13)mm，外側關節間隙(5.84±0.88)mm。關節間隙差值(2.82±1.48)mm，比值(0.53±0.21)。患者脛骨平臺橫徑(80.08±5.37)mm。兩組患者的年齡、患病時間、內外側關節間隙、VAS評分比較差異有統計學意義(P<0.05)；BMI、內外側關節間隙差值、內外側關節間隙比值、脛骨平臺橫徑比較差異無統計學意義(P>0.05)。骨性HKA角與患者年齡明顯相關(r=-0.360P=0.031)，與患病時間明顯相關(r=-0.472，P0.004)。骨性HKA角與患者內側關節間隙明顯相關(r=0.339P=0.043)；與外側關節間隙明顯相關(r=0.560，P=0.000)；與關節間隙差值相關性不明顯(r=0.131，P=0.446)。骨性HKA角與患者VAS評分明顯相關(r=0.475，P=0.003)，骨性HKA角越大，VAS評分越高。患者脛骨平臺橫徑與骨性HKA角相關性不明顯(P=0.931)。患者BMI與骨性HKA角相關性不明顯(P=0.740)，相關性檢驗結果見表1。

表1 骨性HKA角與內外側關節間隙、BMI、年齡、病程、及VAS評分等指標的相關性檢驗結果

3 討 論

骨關節炎患者常伴下肢力線改變及膝內翻畸形[11-12]，可能的原因有兩種：傳統觀點認為關節軟骨長期負重磨損變薄，內側關節間隙狹窄，外側相對增寬，關節面不平行引起下肢力線改變和膝內翻畸形[13]。此種觀點被廣泛接受，其重要原因是這些改變在影像學上顯而易見。如圖1所示，可見到內外側關節面明顯不平行，導致與其垂直的機械軸線產生夾角，即內翻畸形。近年來不均勻沉降理論的提出為膝內翻的原因提供了新的思路。根據不均勻沉降理論，脛骨平臺下骨質疏松是骨關節炎發病的始動因素。在體重作用下，疏松的脛骨平臺發生微骨折并不斷愈合，在此過程中逐漸沉降。與脛骨平臺不同，腓骨幾乎不發生骨質疏松。其在外側起支撐作用，故脛骨平臺的沉降內側重于外側，為不均勻沉降[7，14-16]。由于脛骨平臺內側沉降值大于外側[17]，為保持膝關節面貼合，股骨內側髁向下方移位，引起股骨干和脛骨干軸線夾角改變，形成內翻畸形。

本研究旨在明確患者是否存在因骨性不均勻沉降導致的膝內翻畸形，故需除去軟骨改變對其的影響。我們對此建立數學模型，以膝關節外側間隙標化其內側間隙，根據圓的弧度及三角形正切值等數學公式計算出此時內翻糾正角及骨性下肢力線。骨性下肢力線定義為排除膝關節間隙內軟組織(包括軟骨、半月板、關節液及韌帶等)影響后的僅由骨骼系統組成的下肢力學傳導路徑，采用骨性髖膝踝角表示(骨性HKA角)。骨性HKA角通過數學模型計算，將內側膝關節間隙延長至與外側等寬，除去軟骨等軟組織影響，測得的髖關節中心-膝關節中心-踝關節中心的連線。骨性HKA角反應的是除軟骨因素外的力線改變。本研究中，患者的骨性HKA角平均僅175.36°，小于健康人HKA角平均值177.4°[8]，22.22%的患者骨性HKA角低于正常平均值減兩倍標準差。這提示除軟骨磨損、關節間隙狹窄以外的膝內翻畸形確實存在，從力線改變的角度揭示并證明了膝關節不均勻沉降理論。

關節炎患者骨性HKA角改變系原發性或繼發于關節軟骨不對稱性磨損[18]，目前尚不明確，現對此進行討論。若骨性HKA角減小系繼發改變，則對應的原發改變(軟骨不對稱磨損導致的關節間隙不對稱，內側關節間隙明顯小于外側)應更加明顯-即內、外側關節間隙差距越大，骨性HKA角應越小。但本研究中骨性HKA角與內、外側關節間隙的差值、比值并無明顯相關(P>0.05)，提示骨性HKA角并非繼發于軟骨磨損。并且，如骨性HKA角系繼發性改變，則其應當向著代償原發因素的方向變化，即：骨性HKA角為抵消軟骨磨損造成的內翻畸形會向外翻方向改變，代償內側間隙減小；反之，若外側間隙小于內側間隙，骨性HKA角應當向內翻方向改變，代償外側間隙減小。但事實是患者膝關節為內翻畸形，骨性HKA角亦為內翻，且實際內翻角度大于骨性HKA角，這也提示其改變獨立于關節軟骨磨損導致的關節間隙狹窄。綜合上述兩點，我們認為骨性HKA角的減小與脛骨平臺不均勻沉降有關，而非軟骨磨損導致。

本研究結果顯示，膝關節炎患者骨性HKA角與患者年齡及患病時間均明顯相關(P<0.05)。膝關節骨關節炎作為一種慢性退行性疾病，老年患者，尤其女性絕經后骨量丟失加速[19]，骨質疏松明顯，隨年齡及患病時間的增加，脛骨平臺內側沉降值增大；同時由于關節軟骨不斷退變丟失，兩個獨立因素累加進而導致關節炎患者年齡越大骨性HKA角越小，患病時間越長，骨性HKA角亦越小。關節炎患者骨性HKA角與VAS評分明顯相關，骨性HKA角越大，VAS評分越高，說明骨性HKA角作為獨立因素引起膝內翻畸形，進而加重患者臨床癥狀，引起主觀疼痛，骨性HKA角改變越顯著，患者病程長、病情重。而骨性HKA角與患者BMI相關性則不明顯，引起上述現象的原因可能是由于患者間不同的營養狀況等因素致骨質疏松程度不同有關。納入患者樣本量較小，建立的數學模型較簡單及理想化是本研究的不足之處。

綜上所述，膝關節骨關節炎患者的下肢力線改變并不完全由軟骨磨損導致的關節間隙狹窄引起，其中存在骨性力線改變。骨性力線改變與關節軟骨厚度、VAS評分、病程、患者年齡等明顯相關；而與軟骨厚度差距，BMI、脛骨平臺橫徑等無關。