髁間凹成形術對髁間凹容積影響的臨床研究

張程遠, 蔣仕林, 陸 葉, 邱勇嘉, 袁 鋒

(上海交通大學醫學院附屬第六人民醫院骨科,上海 200233)

前交叉韌帶(anterior cruciate ligament, ACL)是膝關節重要的穩定結構,其起源于股骨外髁的內側壁,向前方延伸,止于脛骨髁間棘前內側[1]。ACL損傷常見,占膝關節韌帶損傷的半數以上,往往導致患者無法進行體育活動,影響日常生活,嚴重者行走困難,生活質量低下[2-3]。治療上,進行ACL重建已成為共識[4-5],在進行重建時,為規避狹小的股骨髁間凹或髁間凹/移植物不匹配所導致的移植物再損傷風險,往往輔助實行髁間凹成形術[6-7]。對髁間凹大小進行評估,有助于分析ACL及移植物損傷的風險,為手術方案提供參考[8]。目前,常用的髁間凹評估參數有髁間凹寬度(notch width, NW),髁間凹寬度指數(notch width index, NWI),髁間凹容積(notch volume, NV)等[9-11],其中髁間凹容積可以反映出髁間凹的三維大小,具有更高的準確性。本研究對ACL損傷病例的臨床隨訪及影像學回顧性研究,分析髁間凹成形術后NV的改變情況,評估髁間凹成形的效果并明確手術指征,現報告如下。

1 資料與方法

1.1 病例納入及排除標準

納入標準: (1) 年齡1845周歲,骨骺已完全閉合;(2) ACL損傷時間小于1年,MRI顯示ACL完全斷裂;(3) 查體Lackman試驗陽性,關節鏡下證實ACL完全斷裂,進行ACL解剖雙束重建;(4) 擁有本院術前術后MRI的DICOM格式影像,術后隨訪至少1年。排除標準: (1) 年齡<18歲或>45歲,(2) 膝關節多發韌帶損傷或ACL損傷行非解剖雙束重建或膝關節骨關節炎表現者;(3) 既往患側膝關節手術史;(4) 無本院MRI影像資料或影像資料模糊不清者;(5) 研究者認為不宜入選本研究的實驗者。本研究經上海交通大學醫學院附屬第六人民醫院倫理委員會批準。

1.2 一般資料

選取上海交通大學醫學院附屬第六人民醫院2018年12月—2021年4月就診患者,從ACL損傷患者庫中隨機選取符合入組標準的患者200名(男女各100名)為ACL損傷組;從其他非韌帶損傷患者群組中隨機選取符合條件的患者200名(男女各100名)為對照組,見圖1。

圖1 入組患者概況Fig.1 Profile of enrolled patients

其中ACL損傷組患者均具有清晰的術前膝關節MRI(圖2),術中關節鏡探查均明確ACL完全斷裂,均進行了ACL解剖雙束重建,其中150名進行了髁間凹成形,為成形組,50名未進行髁間凹成形,為未成形組。根據隨訪資料顯示,隨訪MRI均未發現ACL移植物再次斷裂,ACL損傷組患者均未進行再次翻修手術。

圖2 ACL損傷患者的術前MRIFig.2 Preoperative MRI of a patient with an ACL injuryMRI提示: 膝關節ACL連續性中斷,信號紊亂,考慮ACL完全斷裂

1.3 影像學攝片及NV測量方法

1.3.1 影像學攝片方法 所有入組患者的MRI影像均采用德國西門子3.0 T高清MRI機拍攝(I=20 mA,U=120 kV)。

1.3.2 影像學測量軟件與方法 所有影像學測量由一名高年資骨科醫師與一名放射科醫師獨立測量,應用TView(上海金士頓衛寧公司)對MRI的DICOM圖像的橫斷面(層厚: 3 mm)進行測量,其中ACL損傷組的影像包括術前、術后即刻(1周內)和術后1年的影像。ACL損傷組與對照組影像隨機分布,隱藏患者及疾病診斷相關信息,同一名測量者對所有患者的MRI影像進行2次測量,測量結果取均值,每次間隔為2周,若差異<5%,則取平均值計算,若差異>5%,則重新測量。

1.3.3 NV的測量方法 NV的測量技術由Cha-rlton等[12]最早提出,可進行髁間凹容積和ACL體積的測量。首先,確定膝關節MRI的2D圖像橫斷面的測量起始層面與終止層面。其中,起始層面是股骨遠端近側第一個可清晰顯示股骨內外髁及其軟骨的層面,終止層面是股骨遠端遠側的最后一個股骨內外髁前方仍連續的層面。然后依據髁間凹的解剖標志點,于計算機輔助下手動圈畫出每個測量層面股骨髁間凹的邊界(圖3),TView可自動計算其面積。最后系統可通過計算得出NV(將所有測量的橫斷面面積乘以層面厚度)。

圖3 髁間凹容積(NV)計算方法示例Fig.3 Example of the calculation method for the intercondylar notch volume(NV)

1.4 手術方法

1.4.1 關節鏡探查 通常行全身麻醉或蛛網膜下腔麻醉,取仰臥位,常規消毒鋪巾,驅血后上止血帶,屈膝90°建立膝關節前外、前內入路,置入關節鏡器械,系統地探查髕上囊,內外側溝、髕股關節、股骨髁間凹及前后交叉韌帶、內外側半月板等結構。

1.4.2 取腱及編織 取患側半腱肌和股薄肌肌腱,分別折疊成四股(即雙束八股),編織,測量直徑后,備用。

1.4.3 鏡下操作及建立骨隧道 膝關節鏡下系統探查后,發現病變予以相應處理,如滑膜切除、關節清理、半月板損傷成形或修補、前交叉韌帶殘端清理保殘等。考慮移植物體積較大,采用雙束八股重建時,可能會與髁間凹外側壁發生撞擊,在術中觀察髁間凹大小形態,若存在髁間凹狹小或潛在的髁間凹狹小,則進行髁間凹成形(圖4),于髁間凹外側壁的外側髁間棘頂點的外側旁開約5 mm為標準,用磨鉆成形。建立前內、后外側脛骨骨隧道,其中前內側骨隧道與矢狀面成角5°15°,與脛骨縱軸成角45°55°,后外側骨隧道與矢狀面成角約45°,與脛骨縱軸成角30°45°。再經脛骨骨隧道建立股骨骨隧道,先建立PL束股骨骨隧道,后建立AM束股骨骨隧道。在定位股骨骨隧道的位置時,需先確認下參考點和過頂點,在下參考點的前側5 mm確認PL束中心點,隨后向過頂點方向跨5 mm即可定位ACL的解剖中心點,之后建立股骨骨隧道。

1.4.4 ACL雙束移植物的植入和固定 應用帶線導針橋接,分別導入AM束、PL束移植物,于伸膝位確認無髁間凹撞擊,于股骨端完成翻袢操作后,應用小鋼板完成移植物股骨端固定,然后拉緊移植腱的末端編織線,反復屈伸活動膝關節數次,再次確定移植物與髁間凹無撞擊后,于接近伸膝位進行脛骨端固定。最后傷口沖洗,放置引流,關閉切口。患肢棉紙彈力繃帶加壓包扎。

圖4 ACL重建髁間凹成形的術中情況Fig.4 Intraoperative conditions of ACL reconstruction and notchplastyA: 術中探查ACL損傷及髁間凹狹小情況;B: 術中清理后,明確ACL損傷及髁間凹狹小情況;C: 髁間凹成形后植入移植物;D: 術中移植物固定后的情況

1.5 術后處理

術后應用膝關節鉸鏈支具保護,根據耐受性,患者可部分負重或完全負重,鼓勵患者早期進行康復及功能鍛煉: (1) 術后第1天即開始股四頭肌等長收縮訓練、直腿抬高訓練等鍛煉肌肉力量;(2) 2周后開始髕骨推動訓練;(3) 單純ACL重建的患者,術后即刻開始關節活動度,伴有半月板損傷的患者,4周內屈膝限制在90°內,6周內可訓練至屈膝120°;(4) 術后2個月內,休息時,需將膝關節支具鎖定于伸直位,防止伸直受限,負重時,支具固定于0°位,防止膝關節過伸損傷;(5) 3個月后可拆除支具,逐步開始跑步訓練及其他靈活性訓練;(6) 6個月后開始對抗性訓練。

1.6 療效觀察指標

診療團隊對患者患膝情況及關節功能進行術前評估及術后不少于12個月的隨訪,主要內容包括Lysholm評分、IKDC膝關節評分、膝關節MRI檢查等。

1.7 統計學處理

1.7.1 樣本量計算 參考相關研究[13],實驗組數據為(6.5±1.7) cm3,對照組數據為(5.9±1.4) cm3,檢驗效能取0.95(β取0.05),α取0.01,依據統計學公式計算得樣本量為243,本次研究樣本量為400,病例數達到要求。

2 結 果

2.1 一般資料及髁間凹容積情況

入組患者一般資料統計分析顯示,ACL損傷組年齡為(29.41±7.84)歲,對照組為(30.35±7.68)歲,二者無明顯差異,此外,身高、體重、BMI等均具有一致性。其中ACL損傷組的NV為(6.25±1.40) cm3,而對照組為(7.13±1.65) cm3,差異具有統計學意義,見表1。按性別分組后,男性、女性的ACL損傷組及對照組的年齡、身高、體重、BMI均具有一致性,男性、女性ACL損傷組的NV分別為(6.76±1.27) cm3,(5.74±1.35) cm3,對照組分別為(7.88±1.68) cm3,(6.37±1.17) cm3,差異有統計學意義,見表2。

表1 入組患者及對照組一般情況和髁間凹容積

2.2 髁間凹容積與是否進行髁間凹成形的關系

按照是否進行髁間凹成形,將ACL損傷組分為成形組和未成形組,分別統計分析了ACL損傷組和其中男性、女性的術前的NV情況,其中成形組為(5.97±1.28) cm3,未成形組為(7.06±1.43) cm3,差異具有統計學意義(P<0.001)。其中男性的成形組為(6.63±1.23) cm3,未成形組為(7.13±1.31) cm3,具有統計學意義(P=0.03);女性的成形組為(5.31±0.95) cm3,未成形組為(7.00±1.55) cm3,差異具有統計學意義(P<0.001)。我們希望能夠得出在進行ACL重建時建議進行髁間凹成形的髁間凹容積值,為術前評估做參考,二者的ROC曲線顯示: 股骨髁間凹容積的ROC曲線下面積為0.713,小于6.36 cm3可以作為推薦進行髁間凹成形的最佳NV標準,靈敏度為0.725,特異度為0.635(圖5)。

表2 男性、女性患者及對照組一般情況和髁間凹容積

圖5 ACL重建時是否進行髁間凹成形的ROC曲線分析Fig.5 Receiver operating curve(ROC curve) analysis of ACL reconstruction with or without intercondylar notchplasty

2.3 髁間凹成形前后髁間凹容積變化情況

對于髁間凹成形組,統計分析了術前術后髁間凹容積的情況并進行統計學分析,包括術前、術后即刻(術后1周內)及術后1年的情況(圖6)。其中術前NV為(5.97±1.28) cm3,術后即刻增大為(6.75±1.34) cm3,P<0.001,其中男性術前NV為(6.63±1.23) cm3,術后為(7.41±1.29) cm3,P<0.001,女性術前NV為(5.31±0.95) cm3,術后為(6.08±1.00) cm3,P<0.001,差異均具有統計學意義。由于隨著年齡和手術時間的推移,股骨髁間凹存在緩慢狹窄的趨勢,髁間凹成形術的遠期效果亦是臨床醫師的關注點,對術后1年常規復查時患者的NV進行統計分析,發現術后1年時相較于術后即刻無明顯變化。

2.4 髁間凹成形術后NV與未成形組、對照組情況的對比

對于術中檢查評估后認為需要進行髁間凹成形的患者,最終的成形效果如何,成形后的NV改變情況,以及與不需要進行成形的患者或者對照組相比治療效果是否有差異,亦是本次研究的重點。統計學分析顯示,對于ACL損傷組而言,成形組的成形術后NV與未成形組相比具有一致性,具體劃分性別來看,男性的NV亦具有一致性,而女性成形后的NV仍小于未成形組(P=0.001)。

圖6 ACL損傷患者行ACL重建及髁間凹成形術前術后MRIFig.6 Preoperative and postoperative MRI of ACL injury patients undergoing ACL reconstruction and notchplastyA: 患者術前膝關節MRI圖像;B: 患者術后1周膝關節MRI圖像;C: 患者術后1年膝關節MRI圖像

2.5 髁間凹成形與否的術后隨訪情況

查閱了入組患者術前及術后1年時的Lysholm評分和IKDC評分,對于成形組和未成形組,入組患者術前功能情況差異無統計學意義,而術后恢復情況差異也無統計學意義,見表3。

2.6 應用截斷值(NV=6.36 cm3)評估入組患者髁間凹大小情況

為了驗證截斷值NV=6.36 cm3應用于髁間凹容積大小的準確性,將ACL損傷組及對照組的原始NV進行了χ2檢驗,結果提示以NV=6.36 cm3作為截斷值分組具有統計學意義(P<0.001)。再將入組患者根據性別進行分組統計,結果提示,以NV=6.36 cm3作為截斷值分組,對于男性及女均具有統計學意義。

表3 ACL損傷組中成形組與未成形組術前與術后1年膝關節功能情況

3 討 論

股骨髁間凹狹小與ACL損傷之間的關系早在20世紀初即有相關探討,隨著研究的深入,狹小的髁間凹是ACL損傷的重要危險因素已成為共識[14-15]。研究認為ACL損傷的主要機制是,當膝關節處于伸直位時,ACL處于緊繃狀態,此時如果遭遇過大的暴力牽扯,可以導致其撕裂,當膝關節處于屈曲位時,在突然受到外力作用,尤其是來自于前向的剪切力或者是來自于脛骨平臺的旋轉力時,ACL容易與股骨外髁內側壁發生碰撞,導致ACL損傷[16-17],當髁間凹過于狹小,或者髁間凹與ACL大小不匹配時,碰撞更為容易發生,ACL損傷的發生率則更高。

關于如何評估髁間凹的大小,隨著研究的深入,多種髁間凹評估參數已被報道,包括髁間凹寬度、髁間凹寬度指數、髁間凹形態、髁間凹容積等[9-11],但關于如何界定狹小的髁間凹(高ACL損傷風險),不同的研究有不同的結論,目前認為NW<(1220) mm或NWI<0.200.25可定義為狹小的股骨髁間凹,有較高的ACL損傷風險[11,15,18]。但由于NW與NWI只是二維參數,不能反映髁間凹整體情況,評估準確性欠佳,因而在界定髁間凹大小與ACL損傷風險時出現了不同的研究結果[9]。髁間凹形態參數應用于髁間凹大小的評估是最為方便的方法之一,在缺乏精確測量手段時可以應用,具有靈活、方便的優點。研究發現,特定形態的髁間凹具有較高的ACL損傷風險,例如A形,或者波浪形,或者前后口均窄型髁間凹具有較高的ACL損傷風險,且特定形態的髁間凹常常對應著較為狹小的髁間凹[19-21]。隨著計算機技術的不斷發展,三維參數NV的測量成為了可能,相關的研究日益增加。相比于二維參數及形態學,NV直接反映了髁間凹的真實大小,對于髁間凹大小的評估具有更高的準確性[10]。目前國際上已有NV與ACL損傷相關性的研究,結果表明較小的NV具有明顯更高的ACL損傷風險,其中,對于男性而言,NV<6.99 cm3,對于女性而言,NV<5.63 cm3,可認為是狹小的髁間凹,具有較高的ACL損傷風險[10]。本研究中,ACL損傷組的NV為(6.25±1.40) cm3,明顯小于對照組的(7.13±1.65) cm3,結果具有統計學意義。本次研究根據數據統計結果,以NV=6.36 cm3為最佳截斷值時,對ACL損傷組及對照組進行χ2檢驗值,并進一步進行根據性別進行分組檢驗,判斷該截斷值的評估效果,結果均提示,NV=6.36 cm3為最佳截斷值時具有統計學意義。盡管目前普遍認為女性的髁間凹略小于男性,但本次結果提示NV=6.36 cm3作為最佳截斷值判斷ACL損傷風險及是否建議進行成形對男性及女性患者均適用。

ACL重建術是治療ACL損傷的經典手術[7]?？紤]到移植物腱骨愈合過程中纖維的分解與重構,移植物強度往往需比原ACL強度更高,導致移植物較原ACL更為粗大[22]。術中,為規避遠期狹小的髁間凹或髁間凹/移植物不匹配可能造成ACL移植物的再次損傷,常輔助實行髁間凹成形,尤其是對于骨質增生和骨贅明顯的病例。其手術方式主要是通過磨除部分髁間凹外側壁的骨軟骨組織,擴大髁間凹間隙[6]盡管髁間凹成形術操作方便,但有研究認為其副作用不可忽視,會增加術中術后出血,可能影響膝關節的穩定性及活動度,加速關節退變[23],因此是否進行髁間凹成形存在一定爭議。也有觀點認為手術時需考慮移植物直徑、骨隧道選點等問題,單純關注髁間凹狹小與否不夠全面,若髁間凹/移植物不匹配時,髁間凹成形亦是必需的[22]。

對于大部分ACL損傷患者而言,在進行ACL重建,尤其是雙束重建時,考慮到移植物較原韌帶明顯更加粗壯,部分病例若不進行成形則在術中已經出現了碰撞的情況,常進行髁間凹成形,或者進行預防性髁間凹成形是有意義的[22]。但部分患者的髁間凹寬度較大,或移植物直徑較小,原來的髁間凹大小即可匹配,為減小髁間凹成形術后可能出現的副作用,此時沒有進行髁間凹成形操作,也不建議進行成形操作。將這部分患者的影像學數據納入未成形組與進行了髁間凹成形的成形組之間進行了比較分析,包括了NV的情況,術前術后功能情況等。結果提示,需要進行髁間凹成形的患者NV遠遠小于不需要進行髁間凹成形的患者[(5.97±1.28) cm3vs(7.06±1.43) cm3]。為了進一步明確推薦進行髁間凹成形的NV,根據ROC曲線明確了當NV<6.36 cm3時,有指征進行髁間凹成形。

在測量NV時發現成形組成形后的NV均值仍小于對照組的情況,未能恢復至正常,分析其主要原因是,成形后的髁間凹形態和完全正常的對照組還是存在差異的,在成形的時候并不是把整個髁間凹均勻地都擴大一圈,而是針對可能出現的碰撞的外側壁進行成形,因此其NV肯定存在差異,但能夠解決可能出現的移植物與髁間窩的碰撞問題即達到目的了,盡可能減小對于患者原本膝關節生物力學的改變。

為了明確髁間凹成形是否可能出現較多的副反應而影響患者膝關節功能及生活質量,本研究對入組患者進行了至少1年的跟蹤隨訪。結果顯示成形組與未成形組均恢復良好,術后MRI均未提示移植物再次斷裂的情況,均未再次行翻修手術,二者的Lysholm評分、IKDC評分無明顯差異,沒有患者出現因髁間凹成形所導致的膝關節穩定性或活動度負面影響。

本研究尚存在一些不足之處: (1) 入組的患者從受傷至手術的時間存在差異,若受傷時間較長的患者數量明顯增加,可能導致膝關節出現較明顯的增生而出現髁間凹狹小的情況,影響NV數值的準確性。(2) 隨訪時間較短,髁間凹成形術遠期療效存在不確定性。今后將擴大樣本量進行前瞻性的長期對照性研究,爭取獲得更加精準的結果。

綜上所述,髁間凹成形可以明確增大髁間凹容積,減小因髁間凹狹小或髁間凹/移植物不匹配造成的ACL移植物再次損傷或斷裂的風險,具有明確的效果,無明顯副作用,當NV<6.36 cm3時,有指征行髁間凹成形。