基于股骨外侧髁软骨顶点制备个性化股骨定位器重建前交叉韧带的临床研究

何任杰，宁梓文，谷梓铭，施政良，向耀宇，王国梁，李彦林，何川 

昆明医科大学第一附属医院运动医学科（昆明  650032）

基金项目：国家自然科学基金资助项目（81560372）；昆明医科大学第一附属医院“535”高层次人才学科带头人培养项目（2023535D11）；云南省科技厅-昆明医科大学应用基础研究联合专项基金资助项目（202001AY070001-042）；云南省骨关节疾病临床医学中心基金资助项目（ZX2019-03-04）；云南省科技厅重大科技专项计划：云南省骨科与运动康复临床医学研究中心（202102AA310068）；云南省“兴滇英才支持计划”青年人才

通信作者：何川

关键词：膝关节；前交叉韧带；股骨外侧髁软骨顶点；个性化股骨定位器

引用本文： 何任杰, 宁梓文, 谷梓铭, 等. 基于股骨外侧髁软骨顶点制备个性化股骨定位器重建前交叉韧带的临床研究. 中国修复重建外科杂志, 2023, 37(7): 833-838. doi: 10.7507/1002-1892.202303012 

摘要

目的

探讨基于股骨外侧髁软骨顶点（apex of deep cartilage，ADC）结合患者影像学数据设计个性化股骨定位器，辅助前交叉韧带（anterior cruciate ligament，ACL）重建的临床疗效。

方法

选取2021年1月—2022年1月符合选择标准的40例初次ACL断裂患者，随机分为研究组（使用基于ADC设计的个性化股骨定位器辅助ACL 重建）和对照组（术中透视辅以传统股骨定位器辅助ACL重建），每组20例。两组患者性别、年龄、身体质量指数、患膝侧别、致伤原因及术前国际膝关节文献委员会（IKDC）评分、Lyshlom评分及Tegner评分等基线资料比较差异均无统计学意义（P>0.05）。术前及术后 3、6、12个月，采用IKDC评分、Lyshlom评分及Tegner评分评价患膝功能恢复情况。术前及术后行膝关节CT和三维重建检查，测量ADC至前骨缘的水平距离（L）和ADC至骨道中心的水平距离（I），通过I/L 计算骨道前后位置R；在二维横断面上测量骨道中心至下骨缘的距离（D）；比较两组R值和D值。

结果

研究组手术时间明显少于对照组 ［MD=−6.90（−8.78，−5.03）， P<0.001］。两组患者切口均Ⅰ期愈合，未发生关节腔内感染、神经损伤、下肢深静脉血栓形成等并发症。研究组术前模拟定位的R值和D值与术中实际定位的R值和D值比较差异均无统计学意义 ［MD=0.52（−2.85，3.88）， P=0.758；MD=0.36（−0.39，1.11），P=0.351］；研究组术中实际定位的R值和D值与对照组比较差异亦无统计学意义 ［MD=1.01（−2.57，4.58），P=0.573；MD=0.24（−0.34，0.82），P=0.411］。两组患者术后均获随访，随访时间12～13个月，平均12.4个月。随时间延长两组患膝IKDC评分、Lysholm评分及Tegner评分均逐渐增加，手术前后各时间点间差异均有统计学意义（P<0.05）；术后各时间点两组间各评分比较差异均无统计学意义（P>0.05）。

结论

基于ADC设计的个性化股骨定位器可准确辅助ACL重建术中的股骨隧道定位，相较于传统手术方法缩短了手术时间，早期临床疗效满意。

正文

膝关节前交叉韧带（anterior cruciate ligament，ACL）断裂是常见运动损伤[1-2]，目前关节镜下重建ACL是最合适治疗方案[3]。ACL重建疗效受许多因素影响，其中骨隧道位置不合适是导致手术失败的最重要因素之一[4]。股骨隧道是最容易发生偏差的风险因素，其位置偏差可能导致移植物松弛甚至断裂，最后导致ACL重建术失败。因此，尽可能准确定位股骨隧道位置对于手术成功至关重要[5]。

目前，临床上有多种技术可用于定位股骨隧道。Robinson等[6]比较了通过关节内骨性标志和术中透视辅助定位股骨隧道，发现后者显著改善了股骨隧道位置的准确性，特别是在高-低方向上。虽然术中透视可以提高股骨隧道定位准确性，但由于投射角度可能存在误差，术者需要根据透视结果反复调整股骨隧道位置摆放。

根据ACL手术定位方法的相关研究，股骨外侧髁软骨顶点（apex of deep cartilage，ADC）位置相对稳定，常被选为运动医学相关手术中的解剖标志，可作为ACL股骨隧道制取的参照点。本研究通过以ADC为标记，结合患者影像学资料、计算机相关技术和3D打印快速成型技术制备个性化股骨定位器，探讨将ADC用于ACL重建术的可行性。报告如下。

1临 床 资 料

1.1一般资料

纳入标准：

① 年龄18～50岁；

② 经术前MRI和术中关节镜确诊的初次ACL断裂患者，且ADC清晰可辨认；

③ 术后配合并可定期随访复查。

排除标准：

① 髁间窝继发增生或髁间窝狭窄，需要术中行髁间窝成型；

② 骨骺未闭；

③ 合并其他韧带损伤或半月板损伤；

④ 既往有膝关节手术史；

⑤ 合并关节内骨折；

⑥ 患有痛风性关节炎、类风湿性关节炎或严重骨关节炎；

⑦ 拟采用其他定位方法。

选择2021年1月—2022年1月符合标准的40例患者，随机分为研究组（使用基于ADC设计的个性化股骨定位器辅助ACL重建）和对照组（术中透视辅以传统股骨定位器辅助ACL重建），每组20例。两组患者性别、年龄、身体质量指数（body mass index，BMI）、患膝侧别、致伤原因及术前国际膝关节文献委员会（IKDC）评分、Lyshlom评分及Tegner评分等基线资料比较差异无统计学意义（P>0.05），具有可比性。见表1。

1.2手术方法

所有关键手术操作均由同一高年资临床医师主刀完成。个性化股骨定位器设计和制备方法参照文献 ［7］。患者均采用蛛网膜下腔阻滞麻醉联合持续硬膜外麻醉，术中取仰卧位，绑气压止血带（压力为 45 kPa），常规消毒、铺巾。患膝屈曲至 90°，取标准前内侧及前外侧入路5 mm长切口，关节镜下探查确认为ACL断裂，彻底清理关节腔，暴露骨质。

移植物制备：于胫骨结节处从内下2 cm处作长约3 cm平斜形切口，切取股薄肌和半腱肌作为移植肌腱，按照常规方法编织成4股。将可调袢紧固于移植肌腱上，并在距股骨隧道内口2.5 cm处使用2号DG可吸收缝线进行固定，备用。

股骨隧道制备：

① 研究组：关节镜观察下充分显露股骨残端，由前内入路置入个性化股骨定位器。将个性化定位器的下壁卡在ADC上，通过定位器前段的导孔置入2.0 mm克氏针，使用电钻将克氏针由定位点精确穿透皮质骨。根据编织的移植肌腱直径选用合适的股骨隧道钻，制备股骨隧道。

② 对照组：除了使用的定位器不同外，其余手术操作均与研究组相同。术中通过透视确定股骨隧道位置，并使用传统股骨偏心定位器（强生公司，美国）定位隧道中心，使用合适的股骨隧道钻制备股骨隧道。

胫骨隧道制备：两组均利用胫骨定位器（强生公司，美国）定位胫骨隧道中心，将克氏针由电钻打入胫骨，确认无撞击后，依据编织肌腱的直径选用合适钻头来制备胫骨隧道。

移植物引入及固定：利用导线将可调袢的引线引出股骨隧道，以引线牵引编织好的移植肌腱拉入胫骨隧道，通过关节腔和股骨隧道，确认可调袢在隧道外口处翻转且贴合良好。收紧可调袢，拉紧移植肌腱，用挤压螺钉于胫骨隧道外口固定，逐层缝合手术切口，术毕。

1.3术后快速康复训练

术后适当超前镇痛，术后当日开始康复。拟在2周内消肿止痛，控制关节内积血与组织水肿，减轻疼痛和炎症反应，防止下肢深静脉血栓形成。术后膝关节即可完全被动伸直摆放，术后即佩戴膝关节绞链式支具或ACL专用支具，在无痛前提下行膝关节被动训练。术后5～12周逐渐恢复全部膝关节活动度及负重，同时加强肌力训练、步态训练、本体感觉训练等。术后12周～6个月去除支具行走，膝关节活动度达正常水平，双足达100%身体负重，尝试恢复正常步态。加强膝关节协调性和肌肉力量及耐力训练，进行平衡、反应性、协调性、整体训练，同时提倡个性化及专项运动训练，膝关节功能逐渐恢复到损伤前水平。6个月后可进行强度较高的体育运动，12个月后可参加对抗性、竞技性体育运动。

1.4疗效评价指标

术前及术后 3、6、12个月，采用IKDC评分、Lyshlom评分及Tegner评分评价患膝功能恢复情况。

影像学评估：术后行膝关节CT和三维重建检查，使用PACS影像系统收集相关数据。在Mimics软件中模拟屈膝90° 位置观察髁间窝外侧壁，确定ADC位置（即股骨后髁关节面与骨皮质交界点），在外侧壁上测量ADC至股骨前端骨缘的水平距离（L）和ADC至隧道中心的水平距离（I），通过I/L计算两者比值定义为隧道中心的前后位置R，以比例关系作为参考数据可以避免患者因股骨髁大小不同产生的差异；在二维横断面上测量隧道中心至下骨缘的距离（D）。见图1。比较研究组手术前后R值和D值，判断术中实际定位与术前模拟定位股骨隧道中心点的差异；同时比较研究组和对照组的R值和D值。

图1　隧道中心点位置评估

1.5统计学方法

采用SPSS22.0统计软件进行分析。计量资料经Kolmogorov-Smirnov检验均符合正态分布，数据以均数±标准差表示，两组间比较采用独立样本t检验，组内手术前后比较采用配对t检验；两组间多个时间点间比较采用重复测量方差分析，若不满足球形检验，采用Greenhouse-Geisser法进行校正，同一组别不同时间点比较采用 Bonferroni 法，同一时间点不同组别间比较采用多因素方差分析。计数资料组间比较采用χ2检验。检验水准α=0.05。

2结果

研究组手术时间为（48.20±2.14）min，明显少于对照组（55.05±3.56）min，差异有统计学意义 ［MD=−6.90（−8.78，−5.03），P<0.001］。两组患者切口均Ⅰ期愈合，未发生关节腔内感染、神经损伤、下肢深静脉血栓形成等并发症。研究组术前模拟定位的R值和D值分别为38.27%±4.60%和（8.72±1.43）mm，与术中实际定位的R值（38.78%±5.85%）和D值［（9.07±0.85）mm］比较差异均无统计学意义 ［MD=0.52（−2.85，3.88），P=0.758；MD=0.36（−0.39，1.11），P=0.351］；研究组术中实际定位的R值和D值与对照组 ［分别为37.78%±5.32%和（8.83±0.97）mm］ 比较差异亦无统计学意义 ［MD=1.01（−2.57，4.58），P=0.573；MD=0.24（−0.34，0.82），P=0.411］。

两组患者术后均获随访，随访时间12～13个月，平均12.4个月。随时间延长两组患膝IKDC评分、Lysholm评分及Tegner评分均逐渐增加，手术前后各时间点间差异均有统计学意义（P<0.05）；术后各时间点两组间各评分比较差异均无统计学意义（P>0.05）。见图2、3。

图 2     两组患者各临床评分变化趋势

a. IKDC评分；

b. Lysholm评分；

c. Tegner评分

图 3     研究组患者，男，22岁，踢足球扭伤致右膝ACL断裂

a. 术前MRI示ACL信号混杂不清；

b. 术前正侧位X线片；

c、d. 术中关节镜下探查示ACL断裂；

e. 术后12个月MRI示ACL恢复良好

3讨论

3.1ACL重建手术的演变与3D打印技术的应用

解剖重建是ACL重建最常用方法[8-9]。为了还原ACL的解剖中心点，部分研究者提出了双束重建ACL的理念[10]，以期彻底或近乎彻底修复ACL足印区中心点；但与单束重建相比，术后效果无明显优势[11]。因此，本研究采用单束重建技术进行ACL重建。近年来综合解剖学、组织学和生物力学研究发现，ACL股骨止点足印区可划分为明确的直接纤维区和间接纤维区[12]。毗邻外侧髁间嵴的ACL股骨足迹的直接纤维比低位的间接纤维更等长，承载力量更大，表明在高位纤维区植入移植物，可以更好地平衡重建韧带的稳定性和屈膝状态下的等长性[13]。

为了提高ACL解剖重建的准确性，Pearle等[14]提出了股骨侧隧道定位应偏离中心，定位于足印区的相对前（高）和近（深）区，简称I.D.E.A.L法股骨隧道定位。有研究表明该股骨定位方法术后取得了较好疗效，但由于必须标记出残端中心，并借助周围骨性结构以及透视技术辅助定位，对术者的手术技术和经验要求较高，且容易出现误差[15]。

根据解剖学研究，股骨髁后ADC的位置相对稳定[16]，其位于软骨边缘与骨皮质交界处，在运动医学相关手术中应用较为广泛。本研究术前通过三维CT确定了ADC的位置，根据MRI确定了ACL的直接纤维区，结合定位器的位置和摆放角度完成了个性化股骨定位器的制备，有效减少了术中重复调整导针位置的次数，同时可以防止由误差导致的股骨隧道位置偏差和移植物松动[17]。

参考ADC的同时辅以3D打印技术，从多个方向和角度观察和测量，利于术前设计和术后股骨隧道位置的评估，进而提高定位精度、提升ACL重建术成功率[18]。有研究表明，以ADC为标志评估ACL股骨隧道位置，CT影像学结果与术中镜下隧道位置评估一致性较好[19]。本研究基于膝关节MRI和CT资料，以自主研发的ACL术前规划系统的相关理论和技术为基础[20]，设计虚拟股骨隧道。本研究的创新性在于，基于I.D.E.A.L股骨隧道定位理念，联合目标患者的影像学资料、计算机相关技术和3D打印快速成型技术，制备出个性化股骨定位器，优化了ACL重建术股骨隧道定位方法，将ACL重建的最新理念、先进的计算机辅助技术与3D打印快速成型技术的特点和优势充分体现[21]，且获得了较满意术后疗效。

3.2个性化股骨定位器辅助ACL重建的定位精度

既往大部分研究评估ACL重建术中股骨隧道位置，均使用的是Bernard等[22]提出的Quadrant象限法，该方法适用于二维影像资料的术后疗效评估。但有学者[23-24]使用Quadrant象限法评估获得的数据却大相径庭。通过本研究评估方案，我们可以通过计算隧道中心点在股骨外髁内壁的比例关系，从而有效减少三维CT图像中的旋转偏差，并将个体间股骨髁尺寸差异导致的误差降至最低。本研究结果显示，术前设计的个性化股骨定位器可以准确定位至计算机模拟的股骨隧道中心，且准确性较好。

3.3个性化股骨定位器辅助ACL重建的早期术后疗效分析

本研究将纳入患者随机分成两组，排除了相关干扰因素，除股骨定位方法不同外，其余手术操作与术后康复锻炼方案均相同。术后各时间点膝关节Tegner评分、Lysholm评分及IKDC评分均较术前显著改善，表明患者膝关节功能得到有效恢复。随访过程中未发现有膝关节伸展受限情况，表示移植物未发生撞击，即ACL重建术制取的隧道位置良好。另外，术后将患者股骨隧道中心点标记、绘制于膝关节外髁内侧壁上，通过观察两组患者的股骨隧道中心点示意图，研究组的股骨隧道中心点多数高于ADC，我们可以推断应用个性化股骨定位器辅助ACL重建可能比常规手术方式获得更好的隧道位置。虽然本研究两组患者R值和D值差异无统计学意义，可能因为样本量较小导致结果偏倚，后续研究将进一步明确这一点。相信随着样本量增大，可以获得更准确的数据，进一步验证个体化股骨定位器辅助ACL重建的准确性与可行性。

3.4研究的局限性

首先，本研究以三维CT评估隧道位置，虽然已有研究证实了该方案的可靠性，但目前应用较多的仍是Quadrant象限法，不利于与其他相似研究进行比较[19]。其次，考虑到实验进度和随访难度，术后行MRI复查时间较早，韧带仍处于愈合进展期，需进行更长期随访。第三，术前准备时间较长，需要对收集的影像学资料进行分析处理，在3D打印技术上也需要提升效率。

综上述，基于ADC设计的个性化股骨定位器可准确地辅助ACL重建术中股骨隧道的定位，相较于传统手术方法缩短了手术时间，股骨隧道中心点更集中，早期疗效满意。

通信作者

何川，副主任医师，硕士生导师，就职于昆明医科大学第一附属医院运动医学科。中华医学会运动医疗分会足踝委员会委员，云南省“兴滇英才”青年人才，云南省医学会运动医疗分会委员，云南省医师协会运动医学医师分会委员，云南省医学会运动医疗分会委员足踝学组组长。主持国自然科学基金1项，省级科研项目3项，参编著作3部。以第一作者发表论文10余篇，申请并获得专利3项。

第一作者

何任杰，淮安市八二医院关节外科医师，从事运动医学研究和关节相关疾病诊治3年。以第一作者发表论文2篇，参编著作1部，获批发明专利1项，通过2021 年大学生创业训练计划项目国家级立项项目。

参考文献：略

中国修复重建外科杂志简介

《中国修复重建外科杂志》是由中华人民共和国国家卫生健康委员会主管，中国康复医学会、四川大学主办的国家级医学专业学术期刊。于1987年创刊，月刊，每月15日出版。期刊以“修复缺损、重建功能、改善外形，促进结构、功能、形态的完美结合”为办刊宗旨；学科领域覆盖骨科、手外科、显微外科、整形外科、口腔颌面外科、泌尿外科、神经外科、康复医学、再生医学等。期刊自1997年持续被国际权威医学数据库MEDLINE收录，2021年被美国国立医学图书馆PubMed Central (PMC)全文数据库收录，也是国内三大核心期刊数据库（中文核心期刊要目总览、中国科学引文数据库、中国科技核心期刊）来源期刊，是目前能够综合反映我国修复重建外科领域最高发展水平的学术期刊。期刊于2011年、2014年、2017年和2020年连续入选第2届、第3届、第4届以及第5届中国精品科技期刊。

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