第一部分腓骨近端截骨治疗膝关节内侧间室骨性关节炎的机理研究目的:膝关节内侧间室骨性关节炎是一种常见的骨科慢性疾病,笔者发现,膝关节内侧骨性关节炎患者在接受腓骨近端截骨手术后,其下肢力线,膝关节活动范围和疼痛感在早期均会有较大的改善。本实验通过前瞻性研究内侧间室骨关节炎患者接受腓骨近端截骨手术前后的评分及影像学资料变化,旨在探索腓骨近端截骨治疗膝关节骨关节炎的机理,同时评价影响该手术治疗效果的常见因素。方法:2014年3月~2014年5月,随机选取52名膝关节内侧间室骨性关节炎伴内翻畸形患者,共计67侧膝关节,其中男7人,女45人,平均年龄(62.5±6.7)岁。患者术中于患肢腓骨小头下方约6-10cm处,截除约2cm长腓骨段。并分别于术前、术后3个月,术后6个月,术后12个月及术后18个月采集双下肢全长拼接正位,膝关节正侧位,膝关节双斜位,等影像学资料。关节影像学资料的骨关节炎评分基于(Kellgren/Lawrence score)。手术前后对膝关节功能随访采用HSS评分量表(Hospital of Special Surgery,HSS)进行评估。基于上述资料测量如下可能与腓骨截骨手术效果相关的影响因素指标:(1)体质指数(BMI);(2)术前与术后HSS评分及差值;(3)膝关节股胫关节炎评分;(4)膝关节上胫腓关节炎评分;(5)术前术后下肢力线角度及差值;(6)膝关节上胫腓关节角度;(7)截骨平面距腓骨头距离;(8)截取骨段长度;(9)手术前后腓骨头距胫骨平台距离及差值。采用配对t检验对比术前与术后18个月的HSS评分、疼痛功能评分、膝关节活动度ROM。以患者术后18个月HSS评分增加值(=术后18个月评分—术前评分)为因变量,以上述测量实验评估指标作为自变量,进行单因素线性回归分析,差异有统计学意义的因素(P<0.05)进行多重线性回归模型分析。结果:1.统计本组病例67侧患肢术前与术后18个月相关评分指标,并进行配对t检验分析得出:膝关节HSS评分由术前(52.04±11.45)分提高到术后(77.22±14.03)分(P<0.01),关节疼痛评分由术前(12.39±5.67)分提高到(23.21±4.32)分(P<0.01),关节功能评分由术前(8.45±1.73)分增长到(14.30±5.11)分(P<0.01)。膝关节活动范围ROM由术前(80.52°±10.38°)提高到(108.73°±22.82°)(P<0.01)。上述膝关节功能评价指标经配对t检验结果表明,术后18个月较术前膝关节症状及各项功能较术前明显改善,具有统计学意义,说明腓骨截骨是治疗膝关节骨性关节炎的有效方法。2.根据影响患者手术效果的相关因素统计结果显示,在10项因素中,体质指数(BMI),术前HSS评分,膝关节上胫腓关节炎评分,膝关节上胫腓关节角度(与水平面夹角),腓骨头到胫骨平台垂直距离变化共5个变量经单因素线性回归分析,差异均有统计学意义(P<0.05),纳入多因素线性回归分析。而剩余5个变量(膝关节股胫关节炎评分,术前下肢力线角度,术后18个月力线变化角度,截骨平面到腓骨头距离,截取腓骨段长度)单因素线性回归差异均无统计学意义(P>0.05)。3.将单因素线性回归分析中差异有统计学意义的5个变量(X)与HSS评分增加值(Y)进行多重线性回归分析,得出回归方程为:Y=66.282-0.651体质指数(BMI)-0.474术前HSS评分-7.199上胫腓关节炎评分+0.562上胫腓关节角度+15.198腓骨头到胫骨平台距离变化。且P=0.00<0.05,具有统计学意义。小结:腓骨中上段部分切除后,腓骨近端游离,在膝关节外侧产生类似于“髌骨”的生物力学结构,对抗膝关节内翻畸形。该术式治疗膝关节内侧间室骨性关节炎手术效果,主要取决于上胫腓关节骨关节炎严重程度,同时与患者体质指数(BMI),上胫腓关节的角度,术前膝关节功能存在一定的线性相关。术后腓骨头向远端移位距离越大,术后症状改善越明显,这提示上胫腓关节较好的活动度,是取得良好手术效果的先决条件。第二部分腓骨近端截骨治疗膝关节内侧间室骨关节炎软骨下骨髓水肿变化的MRI研究目的:膝关节软骨下骨髓水肿(Bone marrow lesions,BML)是评价骨性关节炎严重程度的重要指标之一,通过前瞻性研究接受腓骨近端截骨的膝关节骨关节炎患者手术前后骨髓水肿的体积变化,分析水肿变化的原因规律,评估腓骨近端截骨手术对膝关节骨关节炎的治疗效果。方法:2014年3月~2014年5月,随机选取18名(27侧)中重度膝关节骨关节炎患者行腓骨近端部分切除手术,其中男4人,女14人,平均年龄(61.5±6.4)岁。术前VAS(visual analog scale,VAS)疼痛评分均>5,膝关节K/L评分(Kellgren/Lawrence score)≥2。于术前和术后6个月分别用MRI成像描记膝关节软骨下骨髓水肿,并用Whole-Organ MRI Score(WORMS)评分系统对水肿面积进行半定量描述,测量水肿好发部位及手术前后体积变化。应用单因素线性回归分析水肿体积变化与膝关节功能评分(HSS)是否存在线性相关。结果:1.软骨下骨髓水肿多分布在膝关节内侧间室,27侧膝关节内侧间室骨关节炎中,仅1侧(占3.7%)未发现软骨下骨髓水肿,96.3%的患膝MRI均发现软骨下骨髓水肿的存在。膝关节内侧间室软骨下骨髓水肿为最常见,腓骨截骨术前,依据(WORMS)评分系统,股骨内髁软骨下骨髓水肿面积分布为:0分=3侧(11.2%);1分=9侧(33.3%);2分=6侧(22.2%);(≥3分)=9侧(33.3%)。胫骨内髁软骨下骨髓水肿分布为:0分=5侧(18.6%);1分=6侧(22.2%);2分=9侧(33.3%);(≥3分)=7侧(25.9%)。2.根据Whole-Organ MRI Score(WORMS)膝关节评分,依次将15个独立分区水肿评分以及膝关节解剖分区水肿评分与HSS评分改善进行单因素线性回归分析发现:股骨内髁区域软骨下骨髓水肿,胫骨内髁中部软骨下骨髓水肿分别与患者的HSS评分改善呈负线性相关,得到回归方程回归方程式:1)Y1(HSS评分改善)=-5.434-0.432股骨内髁软骨下骨髓水肿面积(X1)2)Y2(HSS评分改善)=-5.228-0.389胫骨内髁中部软骨下骨髓水肿面积(X2)小结:腓骨近端截骨手术治疗膝关节内侧间室骨关节炎,能有效减少内侧间室压力,明显降低内侧间室软骨下骨髓水肿面积,从而获得疼痛减轻,控制膝关节炎发展,改善肢体功能及评分,推迟或避免人工关节置换等良好临床效果。第三部分膝关节骨关节炎腓骨近端截骨术后胫骨近端软骨下骨密度变化的QCT测量目的:前瞻性应用QCT三维测量膝关节骨性关节炎胫骨近端骨密度分布特点,分析腓骨截骨手术前后胫骨平台软骨下骨以及上胫腓关节周围骨密度发生的特征性改变,为进一步为阐明膝关节骨性关节炎的不均匀沉降理论提供依据,揭示腓骨近端截骨术后膝关节受力情况的变化。方法:2014年3月~2014年5月,随机选取15名膝关节骨性关节炎伴内翻畸形患者,平均年龄64.0±5.4岁,其中男1人,女14人,共计17侧患肢。每位患者均于术前和术后12个月拍摄双下肢负重位X线平片及QCT。应用基于X线影像学资料的[K/L]评分系统(Kellgren/Lawrence score)将骨关节炎严重程度分级。利用QCT可以三维观察测量的特点,设定感兴趣区(region of interest,ROI)。1.胫骨平台软骨下骨感兴趣区域从三维图像中定位软骨下骨不同深度的三个测量层次:(1)软骨下0~2.5mm层,大约为软骨下骨板层或者皮质骨层;(2)软骨下2.5~5mm层,大约为软骨下骨小梁层;(3)软骨下5~10mm层,大约为干骺端松质骨层。上述每层次中,分别测量如下数据(1)内侧平台平均骨密度;(2)外侧平台平均骨密度;(3)将内侧平台和外侧平台从前到后分别均分为前/中/后3个区域,Ⅰ区(Anterior)/Ⅱ区(Central)/Ⅲ区(Posterior),并分别测量这三个分区的骨密度值;(4)内外侧平台密度比值(M:L);(5)以10mm为直径创建圆形感兴趣区域,分别对内外侧平台最高骨密度区域进行分析测量,得出数值称之为焦点骨密度(focal spot)。2.上胫腓关节附近感兴趣区域面积设定为85 mm~2~95mm~2之间圆形区域,从胫骨平台皮质骨内侧缘开始测量,向髓腔方向扩展冠状位图像上胫腓关节附近感兴趣区域(ROI):(1)胫骨近端上胫腓关节上方(A区)(2)胫骨近端上胫腓关节水平(B区)(3)胫骨近端上胫腓关节下方(C区)轴位图像上胫腓关节附近设定三个感兴趣区域:(1)胫骨外侧平台前方(D区)(2)胫骨外侧平台外侧(E区)(3)胫骨外侧平台后外侧,即上胫腓关节胫骨侧(F区)结果:1.所有患者腓骨近端截骨术后均获得良好的评分与功能方面的改善,有两名患者两侧患者术后出现小腿外侧区域以及足背区域腓浅神经支配区麻木的现象,均在术后半年后缓解。经过1年随访,患者膝关节HSS评分由术前46.3±13.3,提高至82.6±10.3(P<0.01)。2.膝关节骨关节炎患者胫骨内侧平台的前/中区域(Ⅰ区/Ⅱ区)是骨密度最高的区域,这在不同深度和结构的软骨下骨层均符合这一规律。软骨下骨密度距离软骨面越远,其密度值越低,高密度的硬化带主要集中在0-2.5mm的软骨下骨板层。骨关节炎外侧平台高密度区域主要集中在中/后区域(Ⅱ区/Ⅲ区)。伴随深度增加,骨密度略有下降。3.腓骨截骨术后12个月,胫骨近端骨密度分布产生发生了变化,在0-2.5mm深度,内侧平台平均骨密度较术前减低,其主要减低区域主要是中区(Ⅱ区)从426±60 mg/cm~3,降低至324±73 mg/cm~3。内侧平台5-10mm深度软骨下骨密度出现增高,其中以后区增值最为明显,该深度的焦点骨密度也有显著增加。外侧平台在0-2.5mm的前区(Ⅰ区)出现骨密度降低,而在2.5-5mm的后区(Ⅲ区)以及5-10mm的中/后区,骨密度均呈现显著降低趋势。4.在冠状位测量膝关节骨关节炎上胫腓关节周围骨密度,我们发现胫腓关节上方区域骨密度稍高,腓骨截骨术后,上胫腓关节附近骨密度均呈现不同程度增高,而远离胫腓关节的区域骨密度变化不大。小结:膝关节内侧间室骨性关节炎患者中,关节软骨下骨代偿性骨密度增高和废用性骨质疏松同时并存,总体上削弱了胫骨内侧髁支撑力,加速了胫骨内髁的不均匀沉降,从而进一步加剧了膝关节内翻畸形。膝关节内侧骨性关节炎患者在接受腓骨近端截骨手术后,膝关节周围软组织和韧带发生早期再平衡,使得内翻的下肢力线得到部分纠正,术前主要分布于内侧平台的负荷向外侧转移,内侧间室受力较术前明显减低,而外侧间室承担负荷有所增加。继发产生内侧平台软骨下骨板层骨密度降低,干骺端松质骨密度增加等骨关节炎逆转的典型表现。证实了腓骨截骨手术能有效阻止不均匀沉降的发展,对膝关节内侧间室骨关节炎起到良好的治疗作用。结论:1.腓骨中上段部分切除后,腓骨近端游离,在膝关节外侧产生类似于“髌骨”的生物力学结构,对抗膝关节内翻畸形。该术式治疗膝关节内侧间室骨性关节炎手术效果,主要取决于上胫腓关节骨关节炎严重程度,同时与患者体质指数(BMI),上胫腓关节的角度,术前膝关节功能存在一定的线性相关。术后腓骨头向远端移位距离越大,术后症状改善越明显,这提示上胫腓关节较好的活动度,是取得良好手术效果的先决条件。2.腓骨近端截骨手术治疗膝关节内侧间室骨关节炎,能有效减少内侧间室压力,明显降低内侧间室软骨下骨髓水肿面积,从而获得疼痛减轻,控制膝关节炎发展,改善肢体功能及评分,推迟或避免人工关节置换等良好临床效果。3.膝关节内侧间室骨性关节炎患者中,关节软骨下骨代偿性骨密度增高和废用性骨质疏松同时并存,总体上削弱了胫骨内侧髁支撑力,加速了胫骨内髁的不均匀沉降,从而进一步加剧了膝关节内翻畸形。膝关节内侧骨性关节炎患者在接受腓骨近端截骨手术后,膝关节周围软组织和韧带发生早期再平衡,使得内翻的下肢力线得到部分纠正,术前主要分布于内侧平台的负荷向外侧转移,内侧间室受力较术前明显减低,而外侧间室承担负荷有所增加。继发产生内侧平台软骨下骨板层骨密度降低,干骺端松质骨密度增加等骨关节炎逆转的典型表现。证实了腓骨截骨手术能有效阻止不均匀沉降的发展,对膝关节内侧间室骨关节炎起到良好的治疗作用。