引用本文: 王輝, 王金水, 韓雪松, 王萬明. 采用髕下前內側入路法重建前交叉韌帶的最佳屈膝角度研究. 中國修復重建外科雜志, 2014, 28(5): 571-575. doi: 10.7507/1002-1892.20140128 復制
關節鏡下重建前交叉韌帶(anterior cruciate ligament,ACL)是治療ACL損傷的主要方法,為達滿意療效,術中需最大程度解剖重建韌帶,以抵抗膝關節旋轉及前移負荷。目前,常用重建方法包括經脛骨隧道法、髕下前內側入路法及由外向內法。Fu等[1]研究發現,采用經脛骨隧道法僅3%患者ACL達解剖重建,而髕下前內側入路法ACL解剖重建率高達96%。但髕下前內側入路法存在股骨隧道過短、股骨外側髁皮質易發生破裂、損傷膝后外側角等不足[2]。
關節鏡下重建ACL關鍵在于正確建立股骨隧道,使移植物在關節活動過程中所受張力變化最小[3]。理想的股骨隧道需滿足以下3個條件:① 若采用可吸收界面螺釘固定,骨隧道長度達25 mm以上,采用懸吊鋼板固定則達30~35 mm以上[4-5];② 無股骨外側髁后壁破裂;③ 不損傷膝后外側角結構。屈膝角度會影響術中股骨隧道的制備,進而影響手術療效。為此,本研究通過比較不同屈膝角度下髕下前內側入路法制備的股骨隧道長度及角度差異,分析獲得理想股骨隧道的最佳屈膝角度。
1 材料與方法
1.1 實驗屈膝角度選擇
測量90名健康成年志愿者最大屈膝角度;年齡21~50歲,平均35.3歲;體重36~90 kg,平均60.5 kg;身高145~183 cm,平均164.9 cm。根據年齡分為3組,分別為< 30歲組、31~40歲組及> 40歲組,每組30名。測量方法:取蹲位,脛骨側作腓骨頭中點及外踝中點連線,股骨側作股骨大轉子及股骨外上髁最凸點連線,采用骨科關節尺(精確度1°;廣州戴維科技有限公司)測量兩連線夾角,即為最大屈膝角度。< 30 歲組、31~40歲組及 > 40歲組最大屈膝角度分別為(137.20 ± 5.36)、(135.50 ± 4.58)、(134.80 ± 5.76)°,各組間比較差異無統計學意義(F=1.656,P=0.197)。3 組最大屈膝角度均 > 130°,但考慮到術中因止血帶、手術鋪巾等影響,可能無法達到正常最大屈膝角度,故本研究測量屈膝角度設定為90、100、110、120、130°。
1.2 實驗標本
實驗用12具新鮮冰凍成人膝關節標本,由2012年8月-2013年5月南京軍區福州總醫院骨二科收治因交通事故傷截肢或因下肢病變行髖關節離斷術患者自愿捐贈;患者年齡23~52歲,平均36.3歲;左、右側各6具;保留標本股骨及脛骨側各10 cm,局部無手術史,交叉韌帶完整,無半月板破裂,參照國際軟骨修復協會(ICRS)分級標準軟骨損傷均低于Ⅲ級。
1.3 實驗方法
1.3.1 測量模型制備
常溫下標本解凍24 h,剔除膝關節周圍皮膚、肌肉、髕韌帶,保留側方及后方關節囊及韌帶。股骨側固定于自制實驗架上,脛骨側可自由活動,以股骨縱軸及腓骨縱軸為參照線,使用骨科關節尺測量并調整標本達擬定屈膝角度后固定(圖 1 a);切斷ACL,保留股骨殘端約5 mm,便于定位。剔除剩余ACL,勿損傷其他組織。標本分別于屈膝90、100、110、120、130°進行以下測量。

1.3.2 股骨隧道長度及其與冠狀面、矢狀面夾角
標本屈膝固定,采用自行改進的內鉤槽游標卡尺(圖 1 b)定位ACL殘端股骨側止點中心,卡尺遠端克氏針緊貼股骨內側髁軟骨面及內側半月板上緣,模擬髕下前內側入路法(圖 1 c);滑動卡尺上的標尺,使卡尺近端克氏針觸及股骨髁外側皮質,該點即為股骨隧道出口點(圖 1 d),此時游標卡尺讀數減7 cm即股骨隧道長度;助手輔助使用骨科關節尺測量卡尺遠端克氏針與標準冠狀面、矢狀面夾角(圖 2)。同時,使用電鉆于股骨髁外側皮質鉆孔,擊入直徑3 mm鋼珠定位,ACL殘端中心擊入同等大小鋼珠定位。
1.3.3 股骨隧道出口點與股骨外上髁位置關系
以股骨外上髁最凸點為標志,作X、Y軸坐標。X軸為通過該點與股骨長軸的平行線,Y軸為通過該點與X軸的垂直線。測量股骨髁外側皮質上定位鋼珠分別與X軸、Y軸距離,表示股骨隧道出口點與股骨外上髁位置關系(圖 3)。
1.3.4 X線片角度測量
攝膝關節標準正、側位X線片,正位片上股骨側以股骨髁內、外側皮質最凸點為旋轉標記,側位片上注意保持雙側后髁及股骨髁遠端的邊界盡量重疊。正位片上,分別作股骨髁外側皮質與ACL殘端中心定位鋼珠連線,以及股骨內、外側髁遠端切線(膝關節線),兩線相交角度記為正位X線片夾角,夾角減小提示隧道更水平。側位片上,分別作股骨髁外側皮質與ACL殘端中心定位鋼珠連線,以及股骨縱軸線,兩線相交角度記為側位X線片夾角,夾角增大提示隧道更水平。見圖 4。
1.4 統計學方法
采用SPSS17.0統計軟件進行分析。數據以均數±標準差表示,組間比較采用單因素方差分析,當方差齊時,兩兩比較采用Duncan LSD檢驗;方差不齊時,兩兩比較行Dunnett-t檢驗;檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 股骨隧道長度測量
隨屈膝角度增加,股骨隧道長度總體呈先增大后穩定趨勢。除屈膝90°與其余各角度股骨隧道長度間比較以及100、120°間比較差異有統計學意義(P< 0.05)外,其余各角度間比較差異均無統計學意義(P> 0.05)。見表 1。

2.2 股骨隧道與冠狀面、矢狀面夾角測量
隨屈膝角度增加,股骨隧道與冠狀面夾角呈逐漸減小趨勢,與矢狀面夾角呈逐漸增大趨勢。其中屈膝90、110、130°間比較以及100、120°間比較,股骨隧道與冠狀面、矢狀面夾角差異有統計學意義(P< 0.05),其余各角度間比較兩夾角差異均無統計學意義(P> 0.05)。見表 1。
2.3 股骨隧道出口點與股骨外上髁位置關系
以股骨外上髁最凸點為標志,屈膝90°時股骨隧道出口點均位于股骨外上髁近后側;屈膝100°時7具標本位于股骨外上髁近后側;屈膝≥110°時均位于股骨外上髁近前側。除屈膝110、120°間X、Y軸出口點與股骨外上髁距離比較,差異無統計學意義(P> 0.05)外,其余各角度間比較差異均有統計學意義(P< 0.05)。見表 1。屈膝90°時有4具、100°時有1具標本卡尺近端克氏針滑出股骨髁外側皮質至后方皮質。
2.4 正、側位X線片夾角測量
隨屈膝角度增加,正位X線片夾角呈逐漸減小趨勢,側位X線片夾角呈逐漸增大趨勢,表明股骨隧道均逐漸傾向于水平。正位片上,除屈膝90、110、130°間以及100、120°間夾角比較差異有統計學意義(P< 0.05)外,其余各角度間差異無統計學意義(P> 0.05)。側位片上,各角度間夾角比較差異均有統計學意義(P< 0.05)。見表 1。
3 討論
目前,臨床對采用髕下前內側入路法重建ACL時的屈膝角度尚未達成統一標準。Cha等[6]建議于屈膝110°進行重建;Dave等[7]研究表明屈膝120°不僅能增加股骨隧道長度,也可減少損傷股骨外側神經、血管等組織的風險;Otani等[8]也認為屈膝120°手術可降低腓總神經損傷幾率。目前國內臨床也以屈膝120°重建為主[9]。但Osaki等[10]提出于屈膝135°及以上角度重建ACL,可避免懸吊鋼板固定于軟組織上。為此,本研究對采用髕下前內側入路法重建ACL時的最佳屈膝角度進行分析,為獲得最大程度解剖重建ACL,提高手術療效提供參考。
既往相關研究中,為測量股骨髓道長度,均直接將2根作為導針的克氏針鉆入股骨外側髁內,存在克氏針相互阻擋造成ACL止點定位及隧道鉆取不準確的缺陷,影響了測量結果。為避免上述情況發生,我們將內鉤槽游標卡尺卡針適當延長,無需將導針鉆入股骨外側髁即可測量股骨隧道長度,也避免了不同角度下獲取隧道時導針偏離進入其他骨隧道的情況發生。股骨隧道長度測量結果提示,屈膝90°時制備的股骨隧道長度即滿足采用界面螺釘固定所需的最短隧道長度(25 mm),但不能使用懸吊鋼板進行固定(長度需達30~35 mm以上)[3-4]。此外,屈膝90°時有4具標本卡尺近端克氏針滑出股骨髁外側皮質,說明于該角度重建ACL失敗率較高。屈膝100°時股骨隧道長度滿足界面螺釘以及懸吊鋼板固定所需長度,但仍有1具標本卡尺近端克氏針滑出股骨髁外側皮質。
移植物與冠狀面、矢狀面夾角被認為是導致重建后期骨隧道擴大的原因之一,因此進一步研究骨隧道位置有著重要臨床意義。為確保測量的準確性,本研究采用了植入直徑3 mm鋼珠的方法進行股骨髁外側皮質及ACL殘端中心定位;同時以股骨縱軸為標志,結合骨科關節尺以精確測量股骨隧道與冠狀面及矢狀面夾角。結果顯示,隨屈膝角度增加,股骨隧道傾向于水平。屈膝100~120°時,股骨隧道與冠狀面夾角與正位X線片夾角相差約3°,這為術中大致判斷術后X線隧道方向提供一定參考。股骨隧道與矢狀面夾角與側位X線片未在同一平面上,未行分析比較。Segawa等[11]提出股骨隧道與股骨縱軸夾角增大將增加隧道前壁的接觸應力,后期會導致股骨隧道擴大。沈光思等[12]通過有限元分析提出股骨隧道與股骨縱軸成25°夾角,能有效減少二者之間的接觸應力。本研究結果提示,屈膝100°時在側位X線片上,股骨隧道與縱軸夾角為(29.27 ± 7.60)°,與最佳25°夾角最接近,但因該角度存在隧道出口點定位滑出股骨髁外側皮質的風險,故屈膝110°為較理想角度。
研究表明,韌帶重建術中建立股骨隧道出口時存在損傷腓腸肌外側頭肌腱、腘肌肌腱、外側副韌帶等風險[4, 13]。且LaPrade等[14]對10具膝關節標本進行解剖發現,外側副韌帶股骨附著點位于股骨外上髁近端1.4 mm、后側3.1 mm,韌帶直徑平均為3.4 mm;腓腸肌外側頭肌腱位于股骨外上髁近后側,平均距離為17.2 mm,且屈膝112°及以上時腘肌腱完全滑入腘肌腱溝內。國內相關解剖學研究報道,外側副韌帶中段直徑為(4.14 ± 0.74)mm[15],腓腸肌外側頭止點長(0.7 ± 0.2)cm、寬(1.0 ± 0.3)cm[16]。本研究以股骨外上髁作與股骨縱軸平行坐標發現,屈膝90°股骨隧道出口點均位于股骨外上髁近后側,100°時7具標本隧道出口點也位于股骨外上髁近后側,而屈膝110°以上隧道出口點均位于近前側,即“解剖相對安全區”,降低了損傷膝關節后外側角結構的風險。
綜上述,本研究結果表明采用髕下前內側入路法重建ACL時,股骨隧道長度與角度會隨屈膝角度變化而變化。其中屈膝90°及100°時ACL重建失敗率較高,并存在損傷鄰近組織的風險;屈膝120°及130°時可能會增加隧道前壁的接觸應力,而加速骨隧道擴大;屈膝110°時可達到固定所需的隧道長度,重建失敗率較低,為最佳屈膝角度。但本研究也存在一定不足,觀測標本較少,結果有局限性;標本剔除了關節周圍組織,可能導致屈膝時股骨及脛骨之間位置關系改變等,影響了測量準確性;研究結果有待后續相關實驗及臨床研究明確。
關節鏡下重建前交叉韌帶(anterior cruciate ligament,ACL)是治療ACL損傷的主要方法,為達滿意療效,術中需最大程度解剖重建韌帶,以抵抗膝關節旋轉及前移負荷。目前,常用重建方法包括經脛骨隧道法、髕下前內側入路法及由外向內法。Fu等[1]研究發現,采用經脛骨隧道法僅3%患者ACL達解剖重建,而髕下前內側入路法ACL解剖重建率高達96%。但髕下前內側入路法存在股骨隧道過短、股骨外側髁皮質易發生破裂、損傷膝后外側角等不足[2]。
關節鏡下重建ACL關鍵在于正確建立股骨隧道,使移植物在關節活動過程中所受張力變化最小[3]。理想的股骨隧道需滿足以下3個條件:① 若采用可吸收界面螺釘固定,骨隧道長度達25 mm以上,采用懸吊鋼板固定則達30~35 mm以上[4-5];② 無股骨外側髁后壁破裂;③ 不損傷膝后外側角結構。屈膝角度會影響術中股骨隧道的制備,進而影響手術療效。為此,本研究通過比較不同屈膝角度下髕下前內側入路法制備的股骨隧道長度及角度差異,分析獲得理想股骨隧道的最佳屈膝角度。
1 材料與方法
1.1 實驗屈膝角度選擇
測量90名健康成年志愿者最大屈膝角度;年齡21~50歲,平均35.3歲;體重36~90 kg,平均60.5 kg;身高145~183 cm,平均164.9 cm。根據年齡分為3組,分別為< 30歲組、31~40歲組及> 40歲組,每組30名。測量方法:取蹲位,脛骨側作腓骨頭中點及外踝中點連線,股骨側作股骨大轉子及股骨外上髁最凸點連線,采用骨科關節尺(精確度1°;廣州戴維科技有限公司)測量兩連線夾角,即為最大屈膝角度。< 30 歲組、31~40歲組及 > 40歲組最大屈膝角度分別為(137.20 ± 5.36)、(135.50 ± 4.58)、(134.80 ± 5.76)°,各組間比較差異無統計學意義(F=1.656,P=0.197)。3 組最大屈膝角度均 > 130°,但考慮到術中因止血帶、手術鋪巾等影響,可能無法達到正常最大屈膝角度,故本研究測量屈膝角度設定為90、100、110、120、130°。
1.2 實驗標本
實驗用12具新鮮冰凍成人膝關節標本,由2012年8月-2013年5月南京軍區福州總醫院骨二科收治因交通事故傷截肢或因下肢病變行髖關節離斷術患者自愿捐贈;患者年齡23~52歲,平均36.3歲;左、右側各6具;保留標本股骨及脛骨側各10 cm,局部無手術史,交叉韌帶完整,無半月板破裂,參照國際軟骨修復協會(ICRS)分級標準軟骨損傷均低于Ⅲ級。
1.3 實驗方法
1.3.1 測量模型制備
常溫下標本解凍24 h,剔除膝關節周圍皮膚、肌肉、髕韌帶,保留側方及后方關節囊及韌帶。股骨側固定于自制實驗架上,脛骨側可自由活動,以股骨縱軸及腓骨縱軸為參照線,使用骨科關節尺測量并調整標本達擬定屈膝角度后固定(圖 1 a);切斷ACL,保留股骨殘端約5 mm,便于定位。剔除剩余ACL,勿損傷其他組織。標本分別于屈膝90、100、110、120、130°進行以下測量。

1.3.2 股骨隧道長度及其與冠狀面、矢狀面夾角
標本屈膝固定,采用自行改進的內鉤槽游標卡尺(圖 1 b)定位ACL殘端股骨側止點中心,卡尺遠端克氏針緊貼股骨內側髁軟骨面及內側半月板上緣,模擬髕下前內側入路法(圖 1 c);滑動卡尺上的標尺,使卡尺近端克氏針觸及股骨髁外側皮質,該點即為股骨隧道出口點(圖 1 d),此時游標卡尺讀數減7 cm即股骨隧道長度;助手輔助使用骨科關節尺測量卡尺遠端克氏針與標準冠狀面、矢狀面夾角(圖 2)。同時,使用電鉆于股骨髁外側皮質鉆孔,擊入直徑3 mm鋼珠定位,ACL殘端中心擊入同等大小鋼珠定位。
1.3.3 股骨隧道出口點與股骨外上髁位置關系
以股骨外上髁最凸點為標志,作X、Y軸坐標。X軸為通過該點與股骨長軸的平行線,Y軸為通過該點與X軸的垂直線。測量股骨髁外側皮質上定位鋼珠分別與X軸、Y軸距離,表示股骨隧道出口點與股骨外上髁位置關系(圖 3)。
1.3.4 X線片角度測量
攝膝關節標準正、側位X線片,正位片上股骨側以股骨髁內、外側皮質最凸點為旋轉標記,側位片上注意保持雙側后髁及股骨髁遠端的邊界盡量重疊。正位片上,分別作股骨髁外側皮質與ACL殘端中心定位鋼珠連線,以及股骨內、外側髁遠端切線(膝關節線),兩線相交角度記為正位X線片夾角,夾角減小提示隧道更水平。側位片上,分別作股骨髁外側皮質與ACL殘端中心定位鋼珠連線,以及股骨縱軸線,兩線相交角度記為側位X線片夾角,夾角增大提示隧道更水平。見圖 4。
1.4 統計學方法
采用SPSS17.0統計軟件進行分析。數據以均數±標準差表示,組間比較采用單因素方差分析,當方差齊時,兩兩比較采用Duncan LSD檢驗;方差不齊時,兩兩比較行Dunnett-t檢驗;檢驗水準α=0.05。
2 結果
2.1 股骨隧道長度測量
隨屈膝角度增加,股骨隧道長度總體呈先增大后穩定趨勢。除屈膝90°與其余各角度股骨隧道長度間比較以及100、120°間比較差異有統計學意義(P< 0.05)外,其余各角度間比較差異均無統計學意義(P> 0.05)。見表 1。

2.2 股骨隧道與冠狀面、矢狀面夾角測量
隨屈膝角度增加,股骨隧道與冠狀面夾角呈逐漸減小趨勢,與矢狀面夾角呈逐漸增大趨勢。其中屈膝90、110、130°間比較以及100、120°間比較,股骨隧道與冠狀面、矢狀面夾角差異有統計學意義(P< 0.05),其余各角度間比較兩夾角差異均無統計學意義(P> 0.05)。見表 1。
2.3 股骨隧道出口點與股骨外上髁位置關系
以股骨外上髁最凸點為標志,屈膝90°時股骨隧道出口點均位于股骨外上髁近后側;屈膝100°時7具標本位于股骨外上髁近后側;屈膝≥110°時均位于股骨外上髁近前側。除屈膝110、120°間X、Y軸出口點與股骨外上髁距離比較,差異無統計學意義(P> 0.05)外,其余各角度間比較差異均有統計學意義(P< 0.05)。見表 1。屈膝90°時有4具、100°時有1具標本卡尺近端克氏針滑出股骨髁外側皮質至后方皮質。
2.4 正、側位X線片夾角測量
隨屈膝角度增加,正位X線片夾角呈逐漸減小趨勢,側位X線片夾角呈逐漸增大趨勢,表明股骨隧道均逐漸傾向于水平。正位片上,除屈膝90、110、130°間以及100、120°間夾角比較差異有統計學意義(P< 0.05)外,其余各角度間差異無統計學意義(P> 0.05)。側位片上,各角度間夾角比較差異均有統計學意義(P< 0.05)。見表 1。
3 討論
目前,臨床對采用髕下前內側入路法重建ACL時的屈膝角度尚未達成統一標準。Cha等[6]建議于屈膝110°進行重建;Dave等[7]研究表明屈膝120°不僅能增加股骨隧道長度,也可減少損傷股骨外側神經、血管等組織的風險;Otani等[8]也認為屈膝120°手術可降低腓總神經損傷幾率。目前國內臨床也以屈膝120°重建為主[9]。但Osaki等[10]提出于屈膝135°及以上角度重建ACL,可避免懸吊鋼板固定于軟組織上。為此,本研究對采用髕下前內側入路法重建ACL時的最佳屈膝角度進行分析,為獲得最大程度解剖重建ACL,提高手術療效提供參考。
既往相關研究中,為測量股骨髓道長度,均直接將2根作為導針的克氏針鉆入股骨外側髁內,存在克氏針相互阻擋造成ACL止點定位及隧道鉆取不準確的缺陷,影響了測量結果。為避免上述情況發生,我們將內鉤槽游標卡尺卡針適當延長,無需將導針鉆入股骨外側髁即可測量股骨隧道長度,也避免了不同角度下獲取隧道時導針偏離進入其他骨隧道的情況發生。股骨隧道長度測量結果提示,屈膝90°時制備的股骨隧道長度即滿足采用界面螺釘固定所需的最短隧道長度(25 mm),但不能使用懸吊鋼板進行固定(長度需達30~35 mm以上)[3-4]。此外,屈膝90°時有4具標本卡尺近端克氏針滑出股骨髁外側皮質,說明于該角度重建ACL失敗率較高。屈膝100°時股骨隧道長度滿足界面螺釘以及懸吊鋼板固定所需長度,但仍有1具標本卡尺近端克氏針滑出股骨髁外側皮質。
移植物與冠狀面、矢狀面夾角被認為是導致重建后期骨隧道擴大的原因之一,因此進一步研究骨隧道位置有著重要臨床意義。為確保測量的準確性,本研究采用了植入直徑3 mm鋼珠的方法進行股骨髁外側皮質及ACL殘端中心定位;同時以股骨縱軸為標志,結合骨科關節尺以精確測量股骨隧道與冠狀面及矢狀面夾角。結果顯示,隨屈膝角度增加,股骨隧道傾向于水平。屈膝100~120°時,股骨隧道與冠狀面夾角與正位X線片夾角相差約3°,這為術中大致判斷術后X線隧道方向提供一定參考。股骨隧道與矢狀面夾角與側位X線片未在同一平面上,未行分析比較。Segawa等[11]提出股骨隧道與股骨縱軸夾角增大將增加隧道前壁的接觸應力,后期會導致股骨隧道擴大。沈光思等[12]通過有限元分析提出股骨隧道與股骨縱軸成25°夾角,能有效減少二者之間的接觸應力。本研究結果提示,屈膝100°時在側位X線片上,股骨隧道與縱軸夾角為(29.27 ± 7.60)°,與最佳25°夾角最接近,但因該角度存在隧道出口點定位滑出股骨髁外側皮質的風險,故屈膝110°為較理想角度。
研究表明,韌帶重建術中建立股骨隧道出口時存在損傷腓腸肌外側頭肌腱、腘肌肌腱、外側副韌帶等風險[4, 13]。且LaPrade等[14]對10具膝關節標本進行解剖發現,外側副韌帶股骨附著點位于股骨外上髁近端1.4 mm、后側3.1 mm,韌帶直徑平均為3.4 mm;腓腸肌外側頭肌腱位于股骨外上髁近后側,平均距離為17.2 mm,且屈膝112°及以上時腘肌腱完全滑入腘肌腱溝內。國內相關解剖學研究報道,外側副韌帶中段直徑為(4.14 ± 0.74)mm[15],腓腸肌外側頭止點長(0.7 ± 0.2)cm、寬(1.0 ± 0.3)cm[16]。本研究以股骨外上髁作與股骨縱軸平行坐標發現,屈膝90°股骨隧道出口點均位于股骨外上髁近后側,100°時7具標本隧道出口點也位于股骨外上髁近后側,而屈膝110°以上隧道出口點均位于近前側,即“解剖相對安全區”,降低了損傷膝關節后外側角結構的風險。
綜上述,本研究結果表明采用髕下前內側入路法重建ACL時,股骨隧道長度與角度會隨屈膝角度變化而變化。其中屈膝90°及100°時ACL重建失敗率較高,并存在損傷鄰近組織的風險;屈膝120°及130°時可能會增加隧道前壁的接觸應力,而加速骨隧道擴大;屈膝110°時可達到固定所需的隧道長度,重建失敗率較低,為最佳屈膝角度。但本研究也存在一定不足,觀測標本較少,結果有局限性;標本剔除了關節周圍組織,可能導致屈膝時股骨及脛骨之間位置關系改變等,影響了測量準確性;研究結果有待后續相關實驗及臨床研究明確。