橈骨近端的三維形態學參數測量及其對假體設計的指導意義

王 哲，楊文博，韓 青，李彥軒，榮家瑞，程凱亮，李幼瓊，朱慶三

(1.吉林大學中日聯誼醫院放射線科，吉林 長春 130033；2.吉林大學第二醫院骨科，吉林 長春 130041；3.吉林大學基礎醫學院人體解剖學教研室，吉林 長春 130021；4.吉林大學中日聯誼醫院骨科，吉林 長春 130033)

對于橈骨小頭骨折，采取半肘關節假體置換手術可產生許多并發癥，諸如異位骨化和橈骨向近端移位等[1]。一個形狀合適的假體可以很好地覆蓋骨骼并避免軟骨組織損傷[2]，目前所使用的假體多來自于國外。大部分學者[3-4]的研究只針對某一地區人群橈骨小頭的形態，并未進行不同地區人群的比較，因而并不能證明依據國外人群設計的假體適合中國人使用。有學者[5]發現：國內外人群橈骨小頭部分形態學參數存在較大差異，依據國外人群測量的數據設計的假體并不一定適合國人使用。與肱尺關節研究比較，國內外針對肱橈關節的研究較少。本研究對橈骨小頭相關形態進行更為全面的大樣本測定，并與之前學者的測定結果進行比較，尋找相關參量的差異性，從而為設計出更符合國人使用的橈骨小頭假體奠定基礎。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2016—2018年吉林大學中日聯誼醫院放射科PACS數據庫中國人正常肘關節CT掃描數據，共計130例，其中男性68例，女性62例，年齡20～70歲，平均年齡(43.80±10.02)歲。BERRIZBEITIA[6]和GUPTA等[7]研究顯示：并無明顯證據證明左右橈骨小頭存在差異，故本研究對左右側不做要求。納入標準：①掃描部位為單側肘關節；②具有完整的薄層CT數據；③圖像顯示清晰，可以滿足所有參數的測量要求。排除標準：①橈骨近段骨質異常，包括骨折、骨質破壞、明顯骨質增生和畸形等；②骨骺未閉合者；③掃描范圍不全，橈骨近段長度不足60 mm者。

1.2 檢測儀器及其參數

使用64層螺旋CT掃描儀(型號：Discovery CT 750HD，美國GE公司)對受試者肘關節進行CT掃描。掃描參數包括：管電流auto-mA 、管電壓 120 kV，像素 512×512，掃描野 25 cm，層厚0.625 mm，層間距 0.625 mm，螺距0.984∶1。將DICOM格式的CT數據傳輸到工作站(GE AW 4.5)進行重建和測量。

1.3 測量方法

在工作站中選取多平面重組(multiplanar reformation，MPR)重建方式，不同平面測量不同數據。

1.3.1 頸干角和頸頭長的確定及測量 第一個平面為經橈骨長軸冠狀面(圖 1A)，該平面內同時勾畫橈骨頸軸線和橈骨干近端軸線，兩軸線的夾角定義為頸干角(∠α)；將角頂點至上關節面凹陷處的最低點的距離定義為橈骨近端頸和頭長度(length of neck and head, LNH)。

1.3.2 橈骨小頭直徑的確定和測量 第二個平面為水平面(圖1B)，該平面垂直于橈骨頸軸線且經過橈骨小頭直徑最寬處，在平面內測量橈骨小頭最大直徑(maximum diameter of radial head, D1MAX)及與之垂直的最小直徑(minimum diameter of radial head, D2MIN)。

1.3.3 橈骨小頭上關節面冠狀位參量的確定和測量 第三個平面為通過橈骨小頭關節面最低點，且平行于橈骨頸軸線的冠狀面(圖1C)，該平面內測量橈骨小頭凹陷關節面最大直徑(maximum diameter of articular surface, D3MAX)、最大垂直凹陷深度(maximum perpendicular depth of D3MAX, DD3)、最大直徑與定義水平面夾角(∠β3，定義內側高外側低夾角為正值)。

1.3.4 橈骨小頭上關節面矢狀位參量的確定和測量 第四個平面為第三個平面的垂體面，即通過橈骨小頭關節面最低點，且平行于橈骨頸軸線的矢狀面(圖1D)，該平面內測量凹陷關節面最小直徑(minimum diameter of articular surface, D4MIN)、最大垂直凹陷深度(maximum perpendicular depth of D4MIN, DD4)、最小直徑與定義水平面的夾角(∠β4，定義后側高前側低為正值)。

A: Measurement of ∠α and LNH; B: Measurement of D1MAX and D2MIN; C：Measurement of D3MAX, DD3 and ∠β3; D： Measurement of D4MIN, DD4 and ∠β4.

圖1 CT影像中橈骨小頭各參數測量示意圖

Fig.1 Measurement diagram of parameters of radial head in CT images

1.4 統計學分析

2 結 果

2.1 正常男性和女性10個橈骨小頭形態學參數

共測量10個參數的平均值，∠α(167.12°±2.67°)、LNH(21.74 mm±4.28 mm)、D1MAX(21.44 mm±2.16 mm)、D2MIN(21.48 mm±2.08 mm)、D3MAX(15.81 mm±1.82 mm)、DD3(1.82 mm±0.44 mm)、∠β3(3.08°±1.76°)、D4MIN(14.85 mm±1.84 mm)、DD4(1.71 mm±0.43 mm)和∠β4(5.97°±3.00°)。經檢驗，男性和女性每個參數的測量結果均符合正態分布，組間比較結果見表1。

2.2 正常男性和女性4個橈骨小頭形態學參數比值

男性和女性橈骨小頭形態學參數比值(DD3/ D3MAX、D4MIN/D3MAX、∠β3/∠β4和D2MIN/D1MAX)經檢驗均符合正態分布，組間比較差異均無統計學意義(P>0.05)。見表2。

2.3 主要參數之間的相關性

∠α、LNH、D1MAX、D2MIN、D3MAX和D4MIN任意2個參數之間均存在較強的正相關關系(P<0.05)，∠β3與∠β4之間也存在較強的正相關關系(P<0.05)。樣本不同參數之間的相關性見表3。

表1 國人男性和女性橈骨小頭的形態學參數

表2 國人男性和女性橈骨小頭形態學參數比值

表3 主要參數之間的相關關系

3 討 論

3.1 形態學測量對假體設計的影響

橈骨頭骨折發病率為0.028%，占成人肘部骨折的30%，占全身骨折的 1.7%～5.4%[8]。橈骨小頭骨折更是肘部最常見骨折之一，約占肘部骨折的1/3[9-10]。對于橈骨小頭骨折，目前主要的治療手段有3種，即橈骨頭切除術、內固定術和假體置換術。但是橈骨頭切除會破壞肘關節的完整結構，使術后遠期并發癥增多，如異位骨化，橈骨近端的切除殘端發生移位、疼痛、脫位和創傷性關節炎[1,11]，同時會增加肱尺關節應力導致更多的磨損引起關節退行性病變等[12]。從解剖和生理學的角度分析可知：形態完整的橈骨頭更有助于維持肘關節的穩定性，切除橈骨頭，肘關節承受外翻應力的能力將降低30%[13]。針對這3種診療手段，為評判其優劣，許多學者[1,14-15]進行了相關研究并跟蹤記錄術后患者的臨床表現。在臨床實踐中，與傳統的橈骨頭切除術和內固定術比較，人工橈骨頭置換術治療肘關節橈骨粉碎性骨折(Mason 型橈骨頭骨折)更有效[1,14-15]。因此在橈骨小頭受創傷的情況下，建議采用橈骨小頭關節置換術進行治療[16]。

橈骨頭骨折時會并發許多常見損傷，如肘關節恐怖三聯征、尺骨冠突骨折和Essex-Lopresti骨折等，此時非常適于進行橈骨頭假體置換[17-19]。但國內部分醫院實際診療時仍選擇橈骨頭切除術，舍棄了假體置換術，部分原因是國內患者采用假體置換術后會產生許多并發癥。國內使用的人工橈骨小頭假體大部分從國外進口，西方人的這些解剖學參數是否適合中國人仍不確定[5]。并發癥有假體松動和脫位等，但主要問題是橈骨頭假體的大小和正常橈骨頭大小不匹配[17]。目前假體的橈骨頭仍設計為圓形。生物力學研究[20-21]顯示：與解剖學形態不匹配的橈骨頭假體似乎在肘關節屈伸時改變了尺骨的旋轉；同時，橈骨頸延長或縮短≥2.5 mm將顯著改變內側副韌帶缺陷的肘關節的運動學，因此需要準確地重構橈骨頸的長度。金屬橈骨小頭假體直徑與關節不匹配會造成填充過度，繼而引發一系列術后并發癥。可見，準確設計對于重建橈骨小頭假體十分重要[7]。近年來橈骨小頭假體的類型和材料已經不斷更新完善，但仍需進一步改進橈骨頭假體以盡可能恢復肘關節的靈活性和穩定性，不斷滿足患者更高的功能要求[17]。

3.2 國人橈骨小頭解剖形態學參數的相關性

∠α與LNH、D1MAX、D2MIN、D3MAX和D4MIN之間存在顯著相關關系，而與DD3、∠β3、DD4及∠β4之間無相關性，表明隨著骨骼整體形態規格的增大，∠α逐漸變大。同時，本實驗受試者為中國東北人群，∠α實驗結果與目前使用的去雙極假體(∠α=165°)比較顯示：其比雙極假體大，且差異有統計學意義(P<0.05)。與POPOVIC等[22]測量的結果(164.92°±1.49°)比較也偏大，表明目前使用的假體在∠α方面不一定適合國人使用，需要略做修正。建議在制造深入橈骨干的假體柄時，適當增大假體柄彎曲的角度，使得假體更符合國人骨骼的生理學構造。

LNH與∠α、D1MAX、D2MIN、D3MAX和D4MIN之間亦有顯著正相關關系，而與DD3、∠β3、DD4和∠β4之間無相關關系，可見LNH與國人橈骨小頭主要形態學參數之間具有極強的相關性，骨骼大體規格越大，則國人橈骨頭和橈骨頸的長度越長。VAN GLABBEEK等[21]提出恢復橈骨的長度也非常重要，如果肱橈關節間填充過度(橈骨頭和頸長度超過正常長度2.5 mm)或者填充過少(橈骨頭頸長度比正常骨骼長度短2.5 mm)均將改變肘關節運動軌跡，提示LNH可以作為國人橈骨小頭假體分型的標準，同時指導醫生為患者選擇合適的橈骨小頭假體。

本研究結果顯示：D1MAX與D2MIN相差0.96 mm，D2MIN/ D1MAX檢測結果表明：橈骨小頭截面形態比較接近圓形。與POPOVIC等[22]測量的D1MAX(22.92 mm±1.98 mm)和D2MIN(21.92 mm±1.96 mm)比較，國內人群骨骼略偏小。與SWIESZKOWSKI等[23]測量的D1MAX(23.41 mm±1.12 mm)和D2MIN(22.32 mm±1.17 mm)比較，國內人群骨骼明顯偏小，表明在國內需求量大的假體規格比國外華沙地區需求量大的假體規格小。

本研究結果顯示：D3MAX與D4MIN相差0.96 mm時，二者具有較強的相關性。測量時D3MAX均為近似左右方向測得，而D4MIN均為近似前后方向測得，表明橈骨小頭凹陷的上關節是一個左右略長，前后略扁的橢圓形。與SWIESZKOWSKI等[23]測量的D3MAX(16.55 mm±0.99 mm)和D4MIN(14.96 mm±0.93 mm)比較，整體形態偏小。D4MIN/D3MAX(0.94±0.05)與SWIESZKOWSKI等[23]測得的D4MIN/D3MAX(0.90±0.04)比較，國內東北地區人群橈骨上關節面短軸長軸比值偏大，因此國內東北地區人群上關節面形狀離心率更小。本實驗結果中DD3和DD4亦符合正態分布，DD3與D3MAX之間呈顯著正相關關系，關節面越大，關節面凹陷越深，表明與華沙地區人群比較，國內人群的上關節面形狀更傾向于圓形。因此建議為國人設計橈骨小頭假體時，適當改變關節面的形狀，針對不同規格大小的橈骨頭假體設計不同的關節窩深度，增大假體與肱骨小頭之間的接觸面積。

∠β3比∠β4小，表明長軸方向上的傾斜角遠小于短軸方向上的傾斜角，∠β3/∠β4比值小表明長軸方向上傾斜角約為短軸方向上傾斜角的一半。但∠β3和∠β4與其他參量之間均無相關性。設計更加準確的假體時必然需要用到傾斜角度，但本實驗并未發現其他參數與二者有良好的相關性，有待后續研究。與SWIESZKOWSKI等[23]測量的∠β3(2.50°±0.04°)和∠β4(9.47°±0.54°)比較，本實驗樣本中長軸方向上傾斜角偏大，短軸方向上傾斜角偏小，表明國內東北地區人群與華沙地區人群在橈骨小頭傾斜角方面差異較大，依據國外人群骨骼設計的假體并非完全適合國人使用。傾斜角的大小會影響假體與肱骨小頭以及尺骨橈切跡2個關節的接觸面積，建議設計假體時適當改變橈骨頭假體與橈骨柄假體之間的夾角[24-25]。

本研究結果顯示：男性橈骨小頭的∠α、LNH、D1MAX、D2MIN、D3MAX、DD3、D4MIN和DD4這 8個主要形態學參數均大于女性。男性的∠α明顯大于女性。而對于∠β3、∠β4、DD3/D3MAX、D4MIN/D3MAX、∠β3/∠β4和D2MIN/D1MAX，男性和女性比較差異無統計學意義，表明對于男女應當選用不同∠α的假體，男女橈骨小頭大體形態一致，但男性骨骼規格偏大。因此，建議國人橈骨頭假體的頭部和頸部之間依據∠β3(2.50°±0.04°)和∠β4(9.47°±0.54°)的結果適當傾斜。

目前，國外橈骨小頭假體主要依據西方人的橈骨小頭解剖數據而設計。但本研究結果表明：在眾多參數方面國人與國外人群存在差異，說明國外假體不適用于國人。國內男女之間骨骼形態相似，但男性骨骼普遍大于女性。因此建議對目前使用的假體進行修正以提高治療效果。

綜上所述，本研究僅測量了130例東北地區人群橈骨小頭的解剖數據，無法準確評估國內各地區是否存在差異，未來還需要加大樣本量、進行多中心多地區的數據收集，進一步為國人橈骨小頭假體的設計提供更詳實的解剖學依據。