J Orthop Surg Res：全膝关节置换术术前规划中基于二维计算机断层扫描的股骨假体旋转对齐定位的准确性和可重复性
2023-12-19 医路坦克 MedSci原创 发表于上海
全膝关节置换术(TKA)中股骨假体旋转不良可导致各种术后并发症，强调术前计划的重要性，本研究比较了不同二维计算机断层扫描测量方法在TKA术前规划中测量后髁角(PCA)的准确性和可重复性。
全膝关节置换术(TKA)是治疗终末期膝关节骨性关节炎最有效的方法，可显著缓解疼痛，改善膝关节功能，15年生存率超过90%。然而，高达20%的患者仍然对临床结果不满意，主要原因是术后功能恢复不佳和膝关节持续疼痛。股骨假体在轴面旋转对中是影响TKA临床疗效的关键因素。股骨假体旋转不良可导致步态异常、屈曲间隙不平衡、髌骨追踪不良，可导致髌骨脱位半脱位、膝关节屈曲不稳定、膝关节前侧疼痛等并发症。目前，确定股骨假体旋转轴的主要方法是测量切除和间隙平衡技术。测量切除技术通过参考股骨远端解剖标志来确定股骨后髁切割线的位置，从而确定股骨组成部分的旋转对齐。常见的解剖标志包括手术经髁轴(sTEA)、解剖经髁轴(aTEA)、后髁线(PCL)和Whiteside线。sTEA是一条连接股上髁外侧最突出点和内上髁沟的线。它被认为是膝关节屈伸的生理中心轴。PCL是一条连接股骨内侧和外侧后髁最低点的线。目前，它被用作大多数膝关节置换术器械的参考轴。后髁角(PCA)是sTEA和PCL之间的角度。Berger等人最初测量了正常成年股骨标本的sTEA，发现其相对于PCL向外旋转约3°。因此，目前常用的做法是将股骨假体相对于PCL旋转3°。
然而，Berger等人测量的PCA是基于没有骨关节炎和骨骼畸形的正常股骨标本，研究表明，当膝关节发生退行性变化时，PCA随股骨远端骨骼形态的变化而变化。此外，研究还表明，PCA可以根据年龄、性别和种族而有所不同。因此，相对于PCL外旋3°定位股骨假体旋转对准会导致明显的误差，而且不准确。此外，由于股骨远端和软组织覆盖的解剖差异，一些个体术中难以识别和定位内上髁沟。因此，充分的术前规划对于实现股骨假体的准确定位至关重要。在TKA术前规划中，通常使用计算机断层扫描(CT)在股骨轴向单平面CT切片上测量PCA来辅助术中股骨假体旋转定位。这种二维(2D)测量方法易于执行，不需要额外的专门技术，并且已被证明可以提高股骨组件旋转对准的准确性。然而，用于测量PCA的四个解剖标志，包括股外侧上髁最突出点、股内侧上髁沟、内外侧后髁最低点，可能不在同一CT片上。因此，在单平面CT切片上测量PCA时可能存在一定程度的误差。到目前为止，还没有研究提出一种更精确的PCA二维测量方法用于TKA术前计划。从CT数据重建的股骨三维(3D)模型允许详细和精确的术前规划。目前，基于三维测量的股骨假体旋转对准定位的准确性已得到许多研究的认可。然而，3D测量是一项复杂的操作，需要额外的专业技术。因此，有必要探索一种准确可靠的PCA二维测量方法。
本研究的目的:采用两种二维和三维测量方法测量PCA，并评估其重复性;比较两种二维和三维测量方法测得的PCA值的差异，评价两种二维测量方法测得的PCA值的精度。目的:为临床TKA股骨假体旋转对准的术前规划提供新的思路和参考。
方法：回顾性分析阜阳市人民医院2021年1月至2021年7月行双侧下肢计算机断层血管造影(CTA)的患者75例(150个膝关节)。本研究采用三种不同的方法基于二维CT图像(轴向CT切片)和三维(3D)模型(由CT数据重建的股骨模型)测量PCA。方法一:平面二维CT测量，在手术经髁轴(sTEA)最明显的平面CT切片测量PCA;方法二:多平面二维CT测量，在多片二维CT切片中识别定位解剖标志，测量PCA;方法三:三维模型测量，在重建股骨三维模型中测量PCA。比较三种测量方法在PCA测量中的差异。当sTEA相对于后髁线(PCL)向外旋转时，记录了阳性PCA测量。2D CT中的PCA测量值与3D模型中的PCA参考值之间的任何差异超过3°都被归类为异常值。使用类内相关系数(ICC)和Bland-Altman方法评估三种测量方法的观察者内部和观察者之间的可重复性。
图1:在Mimics软件中提取股骨结构并建立三维模型。图A:双侧下肢冠状面。图B:取出并填充股骨结构。图C:股骨三维重建模型
图2:单平面二维CT切片股骨远端解剖标志定位及PCA测量。图A:股骨远端解剖标志定位。A:外侧上髁最突出点;B:外侧后髁最低点;C:内侧后髁最低点;D:内上髁沟。图B-C: sTEA和PCL的定位和PCA的测量
图3：股骨远端解剖标志定位及多平面二维CT片PCA测量。图A-D:股骨远端解剖标志定位。A-d分别对应放置在股骨外侧髁最突出的四个最明显点、后髁外侧和内侧最低点、内髁沟上的红色圆柱形标记。图E-F: sTEA和PCL的测定及PCA的测定
图4 三维股骨模型PCA坐标系的建立及测量。图A:重建的三维股骨模型。图B:髋关节中心(O)和膝关节中心(O ')的定位。图C-D:确定X、Y、Z轴和X - Y平面。图F:股骨远端解剖标志定位，其中~ d分别表示上髁外侧最突出点，后髁外侧和内侧最低点，上髁内侧沟。图G: sTEA和PCL在3D模型中的定位。图H-I: PCA在X-Y平面的测量
图5 三种不同方法PCA测量结果对比。*表示差异有统计学意义
图6 两种二维CT测量方法的PCA测量误差和异常值分布
图7 Bland-Altman图显示了同一观测者使用三种测量方法对PCA的两次测量之间的差异。图A:单平面二维CT PCA测量结果。图B:多平面二维CT PCA测量结果。图C:使用三维模型的PCA测量结果
图8 Bland-Altman用不同的观测者使用三种测量方法绘制了PCA的两次测量之间的差异图。图A:单平面二维CT PCA测量结果。图B:多平面二维CT PCA测量结果。图C:使用三维模型的PCA测量结果
结果：单平面二维CT PCA测量值为1.91±1.94°，测量误差为- 1.22±1.32°，异常值为12.7%。在多平面二维CT中，PCA测量值为2.96±1.68°，测量误差为-0.15±0.91°，异常值为6.0%。三维模型的PCA测量值为3.12±1.69°。单平面二维CT的PCA测量值明显小于多平面二维CT和三维模型，两者之间无显著差异。多平面二维CT的测量误差和异常值明显低于单平面二维CT。3种PCA测量方法均具有较高的重现性(ICC: 0.93 ~ 0.97)。
结论：多平面二维CT测量PCA在TKA术前规划中的重复性和准确性高，异常值少。我们建议术前使用多平面二维CT测量PCA，以提高术中股骨组件旋转对齐定位的准确性。
原始出处：
J Orthop Surg Res：全膝关节置换术术前规划中基于二维计算机断层扫描的股骨假体旋转对齐定位的准确性和可重复性
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