髌骨形态学研究现状及其在全膝置换中的应用

全膝关节置换术中如何处理髌骨仍然是临床医师争论的热点问题之一。目前在全膝置换中存在三种治疗策略:常规置换髌骨、选择性置换髌骨及不置换髌骨。无论是常规置换髌骨还是选择性置换髌骨，在进行髌骨置换时，精确地进行髌骨切骨面的选择，保留合适的髌骨厚度，选择恰当的髌骨假体，是手术成功的关键。而对髌骨解剖结构的认识是髌骨置换成功的前提条件。

髌骨的形态学特征

髌骨为人体中最大的籽骨，形状不规则，其关节面由中央嵴及内侧嵴分为内、外侧面及奇面，内外侧关节面又被分为上、中、下3部分，共7个面(图1)。据Wiberg＇s和Baumgartl＇s髌骨软骨面分型系统(图2)，其中Ⅰ、Ⅱ型属于稳定型；余为不稳定型，因力学的不平衡，易产生髌骨半脱位、脱位，髌股关节软骨损伤、髌股关节严重破坏等问题。髌骨及其对应的股骨滑车的形态异常是髌骨轨迹异常及膝前痛的重要原因之一。不稳定型髌骨，髌骨的外侧软骨面偏长而内侧关节面偏短，髌骨中央嵴偏内侧，伸膝过程中，伸膝装置因为受伤或甚至股四头肌内侧头萎缩，容易产生髌骨脱位或半脱位；另外，不稳定型髌骨软骨面压力和剪切力异常可导致软骨软化，产生膝前痛。

Reider等报道在白种人中Wiberg＇sⅠ型占24%，Wiberg＇sⅡ型占57%，Wiberg＇sⅢ及Ⅳ型为19%。而不同种族间，骨骼形态学存在差异已被众多研究所证实。在国人髌骨Wiberg＇s分型研究中，何志勇等通过X线测量例国人健康青年志愿者，结果显示Wiberg＇s四型所占比例依次为11.5%，64%，21%，3.5%。罗吉伟等调查华南地区成人髌骨Wiberg＇s和Baumgartl＇s形态学分型，研究结果表明Wigerg＇SⅠ型、Ⅱ型、Ⅲ型的比例分别为6%、89%、5%。通过上述研究对比分析可知，国人髌骨形态学分布与白种人有所不同，国人髌骨Wiberg＇sⅡ型比例较高，而Wiberg＇sⅠ型所占比例较低。而罗吉伟等的研究似乎又表明，中国华南地区人群的髌骨分型中，稳定型髌骨所占比例更高，这也显示了髌骨分型的地区差异。

髌骨形态学测量

对髌骨形态进行参数化测量，获得相关解剖学指标，是进行髌骨假体设计的基础。Chmell等术中测量行髌骨置换的例骨性关节炎患者，计个髌骨，测量得出女性髌骨平均厚度为22.6mm，男性26.1mm。Hitt等一组多中心研究数据表明，例髌骨的平均厚度为23.7mm，其中男性平均厚度25.3mm，女性22.5mm。该研究结果为术中髌骨截骨的量化提供了可靠的参考指标。

诸多研究分别从影像、尸体标本、术中标本等多角度直接或间接对髌骨的解剖学进行了详细的测量分析，研究结果表明不同人种间髌骨尺寸存在差异，亚洲人髌骨较白种人较小；同一种族间，不同性别髌骨的尺寸也存在差异，女性髌骨较男性髌骨较小。目前的研究结果还显示，即使是同一种族、同一性别人群，如果生活地区不同，髌骨的形态和分型也有可能有所差异。

髌骨截骨参考点的选择

髌骨解剖结构为不规则形，在全膝置换中如何进行准确髌骨截骨仍然是有争议的问题，迄今，文献中还没有明确定义。临床医师术中采用“徒手法”或厂商配置的髌骨“截骨器”来进行截骨，不对称截骨的发生率约10%。获得理想的对称截骨面，是术后髌骨轨迹正常、临床疗效满意的前提。一些学者在如何选择截骨参照标志方面做了研究。

Lombardi等采用参考股内、外侧肌及髌腱髌骨附着点—“三点法”进行截骨，术后91%的患者髌骨厚度可恢复至术前厚度1mm以内，89%患者术后髌骨倾斜＜4°。Ledger等用同样方法截骨后髌骨保留厚度平均为16mm，术后髌骨切骨面倾斜角度平均为2°，最大为10°，未出现严重并发症。该学者认为髌骨切骨面倾斜达10°并不会引起髌骨相对于股骨明显倾斜。Meftah等参照内、外侧关节面进行截骨，术后79%髌骨倾斜在5°以内，所有患者髌骨移位在5mm以内，髌前疼痛发生率11%。认为该技术安全、可靠。Anglin等从影像学角度定义了4种不同截骨参考线，比较各自的可重复性，以期寻找一种准确的截骨参考线，结果证实经“髌骨内侧小凹”线进行髌骨切骨可靠性最高。

最近，Camp等提出一种新的髌骨截骨方法:术中先行一次初步保留性截骨，将初次截骨面分为4个象限，采用游标卡尺分别测量4个象限厚度后，再二次调整截骨，该研究显示，25例患者术后髌骨内外侧厚度平均相差仅0.3mm。

尽管众多研究证实全膝置换时各自所采用的髌骨截骨方法都是安全、可靠的，但在各研究者的手术中，到目前为止仍还没有一种参考标志作为“金标准”被采用，学者们仍在不断探求理想的截骨手段。例如，Fu等发明了一种计算机辅助手术系统，该系统通过光学定位装置来辅助髌骨截骨，与传统截骨方法相比，该系统截骨后髌骨的对称性更佳，尤其在矢状面上。然而，其有效性仍有待临床研究验证。

髌骨截骨后的测量

有研究显示髌骨置换术后髌股关节接触面积减小，压应力及剪切力显著增加。髌骨厚度在维持伸膝装置的力臂中具有重要作用，生物力学及在体实验证实膝关节置换术后，随着髌骨厚度的增加，屈膝角度呈指数级降低。髌骨切除过多，导致伸膝力量减弱、髌骨不稳、髌骨骨折；切除过少，引起屈伸活动受限、聚乙烯过度磨损等问题。因此，行髌骨置换时，采用适当的方法对髌骨截骨后的厚度进行测量，以便在全膝置换后尽可能恢复髌骨厚度，将有利于髌股关节功能的恢复。

Reuben等建议髌骨切骨后剩余厚度应不低于15mm，否则易引起髌骨骨折。Baldwin等截骨后测量髌骨保留厚度15.6mm。该学者推荐髌骨切除厚度应不超过术前髌骨厚度的1/3。然而，Kim等截骨后测得女性平均高度、宽度及厚度分别为33.1、41.0mm和12.5mm，而男性为36.2、45.6、13.5mm。同时比较髌骨切骨后剩余骨量＞12mm与＜12mm两组患者1年随访时结果，表明术后并发症发生率两组间并无明显差异。该学者认为只要置换后髌骨的总厚度和置换前髌骨的总厚度的差值不＞3mm或者髌骨切除后厚度维持在10～15mm，不会造成术后不良的临床及影像学结果。

信息科学与生命科学的结合，使虚拟手术成为可能，该技术不仅可以节约资源，且在术前就能获得手术相关参数，大大提供了手术的精确性。Park等采用三维重建技术重建髌骨后，分别采用参照“腱止点法”及“软骨下法”进行虚拟手术截骨，术前髌骨平均厚度21mm，宽度40.9mm，虚拟截骨后，“腱止点法”平均厚度11.6mm、截骨面高度31.8mm、截骨面宽度38.3mm、宽高比1.21；而“软骨下法”则分别为10.9mm、28.8mm、40mm和1.39。

综合比较，“腱止点法”所截的髌骨更厚、截面更偏圆形。郭盛杰等采用虚拟截骨技术，参照外侧关节面进行截骨，测得健康成年男性模拟切骨后的剩余骨量厚度(13.18±1.62)mm；女性(11.20±1.20)mm。考虑到国人髌骨的解剖特点，该学者推测偏椭圆形假体可能会更适合国人。Amirouche等采用虚拟手术技术，分别比较不同截骨厚度及倾斜度(内外侧及头尾侧)对髌骨所受压力及稳定性的影响，有限元分析结果得出随着截骨厚度的增加，截骨面所受压力增加(截骨厚度在10mm以内时)，综合分析结果显示采用最小的截骨厚度及矢状面上倾斜3°(头端较尾端截骨少)的方法进行截骨，对假体疲劳性能及寿命的影响最小。然而，该研究结果仍有待在实体及临床研究中进一步验证。

髌骨形态学研究在全膝置换中的应用展望

在髌骨假体设计方面

早期髌骨假体带有金属托，因术后假体失败率较高，已逐渐被淘汰。目前市场上髌骨假体主要由超高分子量聚乙烯材料制造。种类繁多，根据几何形状可以归类为四种:圆顶帽型、改良圆顶帽型、圆柱型及解剖型四种。根据固定方式又可分为单柱型及三柱型。各种髌骨假体均具有其特有的匹配特征及磨损样式，圆顶帽型假体与股骨假体关节面的匹配性稍差，但临床应用效果满意；解剖型假体可以获得更好的匹配，但其与髌骨截骨面间所受的剪切力较大。因此，进一步深入研究髌股关节解剖学特征、优化材料性能、研发出性能更优的髌骨假体势在必行。

用于指导全膝置换术前对髌股关节紊乱情况进行影像学评估

例如，术前通过股骨内髁和股骨外髁对合良好的屈膝30°膝关节X线侧位片评估高位髌骨、低位髌骨和股骨滑车发育不良分型；术前通过摄屈膝30°或屈膝45°的髌骨轴位X线片评估髌骨半脱位情况；术前通过膝关节的CT测量TT－TG了解髌股关节的胫骨结节外偏情况。这些评估对手术中处理髌股关节异常都有指导意义。

指导术中对髌股关节的处理

术中对髌骨尺寸进行直接测量后决定是否进行髌骨置换。术中根据髌骨厚度测量和髌骨几何形态学的种族和地区差异，决定髌骨截骨厚度。术中根据术前髌股关节紊乱情况的评估决定是否进行外侧支持带松解及其松解程度。

因此，在全膝置换手术的术前和术中能否充分考虑到不同个体的髌骨解剖学特征和髌股关节功能，直接牵涉到对新的、临床效果更满意的髌骨假体的需求，更涉及到术者能否将全膝置换的髌股关节关系处理得更合理。

作者：医院运动医学研究所黄爱兵

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