膝單髁置換術前MRI測量在預測脛骨假體型號中的價值

王棟,黃廣振,張春琪,康可,韓春鳴,黃遂柱*

(1.河南中醫藥大學,河南 鄭州 450004;2.河南大學附屬鄭州頤和醫院運動醫學與關節外科,河南 鄭州 450047)

骨關節炎是導致中老年人群膝關節疼痛及功能障礙的主要原因。流行病學研究發現,骨關節炎發病率隨年齡增加而增高,女性高于男性[1]。膝單髁置換術(unicompartmental knee arthroplasty,UKA) 是一種用于治療膝關節單間室骨關節炎安全且有效的方法[2-3]。UKA憑借其創傷小、出血少、并發癥少、術后恢復快、保留了交叉韌帶和本體感覺等優點獲得了廣大骨科醫師的認可,在國內廣泛地開展起來[4]。影響UKA手術效果的因素有很多,如患者關節退變狀況、手術醫生的操作技術、假體型號的選擇、術后適宜的康復功能鍛煉等。其中,準確選擇脛骨假體型號以實現對脛骨平臺的最佳覆蓋和生物力線的精準重建是手術成敗的關鍵[5-7]。本研究總結中國人群UKA中脛骨假體型號的分布情況;運用多元logistic回歸分析,明確選擇不同假體型號的影響因素;提出一種術前預估脛骨假體型號的MRI影像測量方法,以期為UKA術前選擇脛骨假體型號提供參考。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入標準:(1)膝內側間室骨關節炎,內側間室軟骨全層缺損,保守治療效果不佳;(2)膝關節屈曲≥90 °;(3)膝關節內翻<15 °,且在外力作用下可糾正到中立位、屈曲畸形<15 °;(4)膝關節MRI示前、后交叉韌帶或內側副韌帶結構及功能完整。排除標準:(1)膝關節急性感染或反復感染;(2)炎性關節病;(3)外側間室負重區全層軟骨缺失;(4)髕股關節外側嚴重磨損呈溝槽樣改變、半脫位;(5)神經肌肉系統病變,股四頭肌肌力障礙等[8-10]。

本研究共納入2018年8月至2022年7月于鄭州頤和醫院行膝單髁置換術的102例膝骨關節炎患者資料。其中男29例,女73例;年齡54～87 歲,平均(64.91±6.59)歲;體重50～96 kg,平均(70.21±0.11)kg;身高143～182 cm,平均(161.85±7.61) cm;身體質量指數(body mass index,BMI)20.0～33.9 kg/m2,平均(26.70±2.86)kg/m2。根據術中實際使用脛骨假體型號的不同,將患者分為A號組、B號組、C號組、D號組。

1.2 假體選擇 患者采用Oxford操作指南推薦的方法實施內側UKA術,選用Oxford 3代UKA假體,其中脛骨假體部件有6種規格(即AA號,A號,B號,C號,D號,E號)。

1.3 術前MRI測量方法 脛骨平臺內外徑是從脛骨平臺最內緣(不包括骨贅)到內側髁間棘外側斜坡中點的距離。前后徑是在磁共振矢狀位上,后交叉韌帶信號消失后再往內側掃描的第一層圖像中脛骨平臺前緣到后緣的距離。兩個參數都在關節面下方4～6 mm,與關節面平行時進行測量。

1.3.1 3.0TMRI掃描標準 磁共振檢查設備為GE3.0T磁共振成像系統。患者取仰臥位,雙膝關節伸直。選用硬質、相控陣、多通道關節專用線圈。磁共振成像方位以矢狀位、冠狀位和橫斷位為主。

1.3.2 測量軟件 應用醫院影像歸檔和通信系統對102例患者術前膝關節MRI進行閱讀、編輯、測量和保存。

1.3.3 測量方法 冠狀位測量方法:(1)取冠狀位,Cor FSE T1W序列,充分顯露出MRI中膝關節脛骨平臺最寬時內外側緣和髁間嵴;(2)過脛骨髁間內側結節向脛骨遠端做垂線,并向內側平移3 mm,記為a線;(3)在髁間嵴內側與上關節面(內側面)外側緣的交點處向下做3 mm長的直線,直線遠端終點記為b點;(4)劃出脛骨機械軸,過b點做與脛骨機械軸垂直的c線;(5)c線與a線的交點記為d點,c線與脛骨平臺內側邊緣的交點記為e點;測量d～e點之間的距離(mm),即為術前預估脛骨假體內外徑長度(見圖1)。矢狀位測量方法:(1)取矢狀位,T2WI加權像,充分顯露脛骨平臺,選擇后交叉韌帶消失后下一幀頁面;(2)自脛骨平臺軟骨面最低點向下做4 mm垂線,過直線遠端終點做與脛骨平臺水平平行的直線,測量直線與脛骨前后邊緣之間的距離(mm),即為術前預估脛骨假體前后徑長度(見圖2)。

圖1 冠狀位預估脛骨假體內外徑測量示意

圖2 矢狀位預估脛骨假體前后徑測量示意

1.4 術前測量數值與型號轉換 按照“數值接近、內外徑優先”的原則設定數值與型號之間的轉換區間,將術前測量的前后徑和內外徑數值代到區間里,按照符合區間來選擇假體型號,具體分類情況見表1。

表1 術前測量脛骨前后徑、內外徑數值與假體型號轉換表

1.5 術中UKA假體尺寸基線評判標準 所有患者UKA手術均由同一位高年資的關節外科醫生主刀操作,術中測量應使用的脛骨假體型號。UKA脛骨假體大小的判斷標準:假體內側與脛骨平臺內緣齊平或者超出<2 mm,外側緊貼髁間隆突內側骨質,前方與脛骨平臺前緣齊平或者縮后<5 mm,后方與脛骨平臺后緣齊平或者超出<2 mm。按此標準,詳細記錄所有102例患者術中實際使用的脛骨假體尺寸。脛骨假體大小基線判斷標準見圖3。

注:a-股骨假體軸線;b-側方匹配,齊平或無間隙;c-內側匹配,齊平或<2 mm突出;d-股骨假體后緣懸出值;e-后方匹配,齊平或<2 mm突出;f-前方匹配,齊平或<5 mm突出

1.6 統計學方法 所有數據利用Excel 2016軟件錄入,使用SPSS 23.0軟件對相關數據進行統計學處理,P<0.05為差異有統計學意義。設置自變量為性別、年齡、左/右側、體重、身高和體重指數,因變量為脛骨假體型號類型。脛骨假體型號共分為6種,分別為AA號,A號,B號,C號,D號和E號,本研究病例中使用假體AA號和E號為極端情況,排除統計,故脛骨假體型號分組為A號組、B號組、C號組、D號組。計數資料采用χ2檢驗。多因素分析采用多元logistic回歸模型進行分析,篩選影響脛骨假體大小的獨立因素。

2 結 果

2.1 UKA假體型號分布情況 觀察分析102例UKA脛骨假體型號大小,其大致分布如下,AA號3.9%,A號16.7%,B號45.1%,C號19.7%,D號13.7%,E號0.9%(見表2)。

表2 脛骨平臺假體型號分布情況(例)

2.2 脛骨假體型號大小的相關性分析 年齡和手術部位對脛骨假體型號的選擇影響差異無統計學意義(均P>0.05),性別、身高(女性)和BMI的影響差異均有統計學意義(P<0.05)。在選擇脛骨假體型號時,其影響因素的統計學分析見表3～4。Logistic多元回歸分析的結果表明在選擇脛骨假體型號時,性別、身高和BMI是其中3個重要的因素。對于女性患者而言,身高因素與脛骨假體型號的選擇相關(P<0.05,見表5～6)。

表3 統計學分析因素及其賦值方法

表4 影響UKA脛骨假體大小的單因素分析(例)

表5 Logistic回歸分析參數估算

2.3 術前MRI測量預估脛骨假體型號的準確性 使用χ2檢驗分析術前預估假體型號與術中實際測量選擇假體型號之間是否有差異,結果顯示兩者差異無統計學意義(P>0.05)。按照術前測量數值與型號轉換方法,術前預估和術中實際使用假體型號的分布見表7。

表7 UKA術前預估和術中實際使用假體型號的分布比較

3 討 論

與全膝關節置換術相比,單髁置換術僅針對病變的單側間室進行修復重建,創傷小、術后并發癥少、康復時間縮短,且經濟花費更少。除此之外,單髁置換術保留了膝關節更多的軟骨與骨組織,有助于術后恢復本體感覺、自然運動和穩定[12]。同時,隨著假體設計理念和材料學的進步,假體使用壽命明顯增加。合適的假體類型及型號、準確的安放位置、下肢生物力線的重建是手術成功和療效的關鍵因素。

盡管Oxford第3代UKA假體具有選擇不同假體型號的空間,但是依舊缺乏一定的靈活性。由于個體差異,某些患者可能需要特定的UKA假體,這就要求臨床醫生及假體設計者根據每個患者的自身實際情況,來定制適合該個體的假體尺寸。3D打印技術為UKA假體設計及術前規劃提供了新的機遇和選擇。Jones等[13]認為3D打印技術可以為手術醫生在UKA術前規劃中提供更為精準的假體型號。Kang等[14]發現特制的假體既能為患者提供更接近于本體關節的生理功能,又能減輕外側間室的壓力,從而延緩骨關節炎的病程進展。

本臨床研究主要側重于3個方面:(1)總結患膝UKA脛骨假體型號的尺寸分布情況;(2)對患者流行病學資料(年齡、性別、左/右側、身高及BMI)與脛骨假體尺寸的關系進行相關性分析,明確選擇不同型號UKA假體的影響因素;(3)檢驗術前預測脛骨假體型號的MRI影像測量方法的可行性。

本研究結果顯示,性別、身高(女性)和BMI是影響選擇脛骨假體大小的重要因素。目前,國內外文獻已經有關于單髁置換假體型號選擇影響因素的分析,但是大多偏向于分析股骨假體型號的影響因素以及分析股骨和脛骨假體之間的匹配關系。國外學者Fawzy等[15]對100例患者的臨床資料進行研究,發現術前采用性別結合身高預測股骨假體尺寸的準確度可達到75%。同時,與國內其他學者關于此研究的結論也有不同。吳柯柯等[16-17]研究發現性別及身高(女性)這兩個因素對股骨假體型號的選擇有顯著影響。本研究與此類研究仍存在一些差異,究其原因可能有:(1)研究的假體類型不同。本研究單一研究了影響脛骨假體型號的相關因素,沒有進行股骨側假體型號及股骨脛骨假體型號匹配關系的研究;(2)選擇研究的人群地域不同。吳柯柯等[16-17]的病例大多來源于廣東地區,與中原地區比較,南方女性的身高與北方女性存在一定差異,此外,地區經濟發展水平、從事體力活動情況及地域氣候等差異極大地影響了身高在相關性分析中的準確性;(3)分組方法不同。盡管在相關性分析時舍棄了兩組極端數值,依舊分組較多,各組樣本量之間病例數分布不均,數據分析會產生一定的偏倚。

本研究所提出的測量方法在實際應用中可能存在一定誤差,其原因可能有:(1)影像學測量預測法有一定學習曲線:不同醫師對測量方法掌握程度不一,得出的差異較大;(2)膝關節退行性病變后,膝關節解剖結構出現了內側關節間隙變窄、骨質增生以及關節軟骨及韌帶缺損等情況,對測量預估帶來了干擾;(3)多個型號假體導致兩個相鄰的假體型號之間差異較小,造成適合病例的重疊,從而導致脛骨假體選擇的準確度降低。

合適的假體型號、準確的放置位置和匹配的襯墊厚度均是影響膝單髁置換術手術效果的重要因素。如果假體型號選擇不準確,則會帶來相應的并發癥。假體型號過小,會造成覆蓋不足,導致膝關節在過伸過屈位時襯墊缺乏脛骨假體支撐;而假體型號過大則會造成懸突而刺激周圍軟組織[18]。

綜上所述,本研究顯示性別、身高(女性)和BMI是影響選擇不同型號脛骨假體的重要因素,術前MRI測量是術中測量的重要補充和驗證手段,能夠較為準確地預估脛骨型號,這可為臨床外科醫生提供一定的指導。但本研究的病例數及人群有限,仍需要進一步進行多中心、大樣本量的臨床研究,以建立更加科學、準確的參考標準。