张腾 胡晓青 马勇 赵逢源 张家豪 敖英芳
北京大学第三医院运动医学研究所（北京 100191）
椭圆形骨道重建前交叉韧带股骨隧道的影像学研究
张腾 胡晓青 马勇 赵逢源 张家豪 敖英芳
北京大学第三医院运动医学研究所（北京 100191）
目的：改良前交叉韧带（anterior cruciate ligament，ACL）解剖单束重建方法，使股骨止点形态更接近解剖，术后CT检查三维重建测量骨隧道位置、形态，观察对比研究股骨骨隧道变化。方法：2014年7月至2015年6月，共45例ACL断裂患者接受改良关节镜下微创ACL重建术治疗，应用较小直径的骨隧道钻钻制骨隧道，再用骨锉将骨隧道逐渐扩大并改良为椭圆形。所有手术由同一高年资术者完成。所有患者术后1周内行CT检查，导入MIMICS软件，将骨隧道进行三维重建并测量骨隧道截面长径、短径。应用四分法测量并评估股骨骨隧道的位置。结果：所有45例患者中，移植物均可通过椭圆形骨隧道，术中未出现骨隧道后壁破裂、血管神经损伤等并发症。依据不同调整方法（6调7、6调8、7调8），骨隧道截面长径测量值分别为8.34±0.52 mm、10.65±0.72 mm、9.27±0.11 mm，与理论值（8.16 mm、10.66 mm、9.14 mm）比较差异无统计学意义。而骨隧道截面短径测量值为6.57±0.12 mm、6.74±0.13 mm、7.52 ±0.05 mm，与理论值（6 mm、6 mm、7 mm）比较差异均有统计学意义。股骨骨隧道中心点位于股骨外髁长度的后26.4%±4.8%、高度的下30.1% ±5.6%。结论：本研究通过改良ACL解剖单束重建，应用较小直径的骨隧道钻钻制骨隧道，再用骨锉将骨隧道逐渐扩大并改良为椭圆形。术后测量证实移植物与骨隧道良好匹配。CT三维重建测量骨隧道位置定位在ACL解剖止点范围内，骨隧道入口处形态更接近解剖。
前交叉韧带；解剖单束重建；椭圆形骨隧道；CT三维重建
1 引言
前交叉韧带（anterior cruciate ligament，ACL）对于维持膝关节的稳定性和运动能力有着极其重要的作用。ACL断裂是非常常见的膝关节损伤之一，损伤后的治疗选择有很多，包括保守治疗和手术治疗[1-3]。由于保守治疗效果不佳，绝大多数年轻患者为了恢复膝关节的稳定性，保护膝关节功能，选择ACL重建手术。然而，相关文献表明非解剖ACL重建是导致重建术后不稳的重要原因[45]。因此，Fu等认为，ACL解剖重建是手术治疗成功的关键[6]。如何更好地做到解剖重建目前仍是研究的热点和难点。
随着解剖重建概念的深入，研究重心逐渐偏向于骨隧道定位、形态等问题，即最大限度地将骨隧道定位于ACL原始止点、恢复止点形态，以期更好地恢复解剖重建。但目前，临床ACL解剖重建中多注重股骨止点定位，而关于骨隧道形态与生理止点形态契合的研究较少。本研究设想在股骨骨隧道定位良好的基础上进一步改进股骨骨隧道的形态，以期达到更好的解剖重建效果。
相关文献报道，ACL股骨止点是椭圆形或新月形，胫骨止点是C形[7]。北京大学第三医院运动医学研究所前期对30例国人尸体标本进行研究[8]，证明ACL股骨止点形态轮廓为椭圆形，同时测量了股骨止点的长径与短径分别为19.32±2.42 mm与10.52±2.24 mm，长短径比例约为1.84。在此研究基础上，我们认为单一圆柱状骨隧道不论怎样定位与钻制，远非解剖重建。因此，我们考虑改良股骨骨隧道形态重建ACL，应用较小直径的骨隧道钻钻制骨隧道，再用骨锉将骨隧道逐渐扩大并改良为椭圆形。同时，我们将改良后骨隧道截面视为近似椭圆形，依据公式计算入口大小，并指导骨隧道入口调整，以使肌腱与骨隧道截面积一致，保证移植物（腘绳肌腱）可顺利通过骨隧道并与骨隧道达到良好匹配。
术后CT检查三维重建测量骨隧道位置、形态。目前，三维重建CT已被用于评估ACL重建术后骨隧道的位置，但将CT图像导入MIMICS软件（v.17 Materialise，Belgium），利用3D Livewire功能和Polylines功能三维重建骨隧道外形，进而测量隧道截面的长径、短径的方法研究较少，国内外尚未见该方法用于椭圆形骨道的研究报道。
本研究的目的是改良ACL解剖单束重建方法，使股骨止点形态更接近解剖，术后CT检查三维重建测量骨隧道位置、形态，观察对比研究股骨骨隧道变化。
2 材料和方法
2014年7月至2015年6月，共收集75例前交叉韧带断裂患者，其中椭圆形骨道组45例患者，男22例，女23例，年龄18～48岁，平均29±5.4岁；圆柱形骨道组30例患者，其中男16例，女14例，年龄18～46岁，平均27±4.8岁，使用6 mm钻钻孔骨道15例，使用7 mm钻钻孔骨道15例。所有手术由同一高年资术者完成。两组患者的性别、年龄等比较差异均无统计学意义（P＞0.05），具有可比性。入组标准：ACL完全断裂且既往无膝关节手术史。排除标准：多发韧带损伤。
根据临床四股半腱肌股薄肌移植物的常见直径（6 mm、7 mm、8 mm），可计算出移植物的截面积。假设圆柱形骨道和椭圆形骨道均与移植物完全匹配，则圆柱状骨道入口截面积和椭圆形骨道入口截面积均等于移植物截面积。依据面积公式（面积圆柱形=0.25π直径2，面积椭圆形=0.25π长径×短径）推导出调整方法（直径2=长径×短径）。见表1。
表1 改良骨隧道调整方法
2.1 手术技术
2.1.1 患者体位
患者仰卧于手术台上，大腿上部扎止血带，维持屈膝90°位。
2.1.2 移植物的获取
胫骨结节内侧斜行切开，切口长约3 cm，逐层切开显露并打开鹅掌，分离后取腱器取出半腱肌腱、股薄肌腱，对折两根肌腱成四股，2号涤纶编织线编织两端2 cm。测量移植物直径。
2.1.3 胫骨骨隧道
点对点瞄准器定位胫骨止点，设定角度40°，定位于后交叉韧带前7 mm，胫骨平台髁间中央稍偏内侧。依据移植物直径与骨隧道调整方法（表1），选择较小直径的骨隧道钻钻制骨隧道，再用骨锉将骨隧道逐渐扩大并改良为椭圆形，镜下操作时参考ACL足迹，边测量边锉修，以确保锉修准确性和标准化。
2.1.4 股骨骨隧道
采用经胫骨隧道技术钻制股骨隧道。经胫骨骨隧道定位股骨止点，中点距股骨外髁后缘5 mm，4.5 mm钻钻透股骨外侧皮质，同样依据移植物直径与骨隧道调整方法（表1），首先选择较小直径的骨隧道钻钻制骨隧道，再用骨锉将骨隧道逐渐扩大并改良为椭圆形，同胫骨骨道的制作方法，镜下操作时参考ACL足迹，根据移植物直径对应的理论锉修值，边测量边锉修，以确保锉修准确性和标准化（此为操作方法的技术要点）。其中，将6 mm的圆形骨道锉修调整为可容纳直径7 mm移植物的椭圆形骨道，简称“6调7”，将6 mm的圆形骨道锉修调整为可容纳直径8 mm移植物的椭圆形骨道，简称“6调8”，将7 mm的圆形骨道锉修调整为可容纳直径8 mm移植物的椭圆形骨道，简称“7调8”。
2.1.5 移植物通过和固定
使用Endobutton长引导克氏针引导肌腱进入骨隧道，袢出股骨骨隧道后翻转固定，保留股骨骨隧道内的肌腱长度为20～25 cm。20°拉紧移植物。后推应力下胫骨骨隧道Bio-IntraFix螺钉固定。
2.2 股骨骨隧道评估
所有患者术后1周内行CT检查，评估骨隧道形态及位置。我们获得了层厚为0.6 mm的股骨轴位系列图像。将这些2D-CT系列图像导入MIMICS软件（v.17 Materialise，Belgium）。该软件拥有3D Livewire功能，通过描绘，可以在不同层面确定骨隧道边界。在冠状位、矢状位上，每两个层面进行一次描绘（图1A、B）。依据这两个位面的测量，软件可自动计算出轴位轮廓（图1C）。然后，将骨隧道进行三维重建并应用Polylines功能描绘骨隧道外形（图1D）。测量骨隧道入口截面的长径、短径。应用计算机（PACS，Siemens）对股骨远端进行三维成像对股骨进行三维重建，在髁间窝前方最高点进行矢状面切片，旋转至标准侧位以呈现股骨外侧髁内侧壁。应用Bernard[7]提出的四分法测量并评估股骨骨隧道的位置：Blumensaat线通过股骨髁间窝顶部。T线为股骨外侧髁下缘切线，平行于Blu⁃mensaat线。H线为股骨外侧髁前缘、后缘切线，与Blu⁃mensaat线垂直。测量隧道中心点位置，所得值以百分比表示（图2）。每个样本由3位ACL重建手术经验丰富的观察者分别测量，每个观察者测量3次，将所有数据收集后进行统计分析。
图1 股骨骨隧道3D重建评估方法
图2 四分法测量股骨骨隧道中心点的位置
2.3 统计学处理
采用SPSS 16.0统计软件，圆柱状骨隧道直径、改良骨隧道长径、改良骨隧道短径采用均值±标准差表示；采用两样本均数t检验进行对比分析，P＜0.05为差异有统计学意义，P＜0.01为差异有非常显着统计学意义。
3 结果
实验组所有45例患者中，术中没有出现骨隧道后壁破裂、血管神经损伤、移植物通过困难等并发症。
依据不同调整方法（6调7、6调8、7调8），骨隧道截面长径测量值分别为8.34±0.52 mm、10.65± 0.72 mm、9.27±0.11 mm，与理论值（8.16 mm、10.66 mm、9.14 mm）比较差异无统计学意义。而骨隧道截面短径测量值为6.57±0.12 mm、6.74±0.13 mm、7.52±0.05 mm，与理论值（6 mm、6 mm、7 mm）比较差异均有统计学意义。见表2。
表2 45例患者改良股骨骨隧道截面短径、截面长径测量值
股骨骨隧道中心点位于股骨外髁长度的后26.4% ±4.8%、高度的下30.1% ±5.6%，与本单位前期解剖研究数据差异无统计学意义（P＞0.05）。
对照组30例圆柱状骨道重建ACL患者中，7 mm、6 mm骨隧道病例各15例，术中未出现骨隧道后壁破裂、血管神经损伤、移植物通过困难等并发症。测量所有患者的骨道直径，测量方法同椭圆形骨隧道组。结果显示，传统圆柱状隧道测量直径：6 mm钻组6.54± 0.06 mm，7 mm钻组7.44±0.04 mm，与钻头本身直径进行对比分析，骨道直径均偏大（6 mm组，P=0.024；7 mm组，P=0.017）。见表3。此结果证实钻孔操作本身会引起误差。
表3 改良骨隧道截面短径与圆柱状骨隧道截面直径测量值比较
4 讨论
ACL重建术的最终目的是恢复ACL的功能。本研究中，改良椭圆形股骨骨隧道ACL止点形态更接近解剖，即为本研究的理论基础。Petersen等[9]于2013年提出应用椭圆形扩张器扩张股骨骨隧道，使股骨骨隧道呈椭圆形。24例患者中并未出现骨隧道壁破裂及血管神经损伤，有3例患者在术中移植物通过困难。Nakase等[10]于2015年应用圆矩形扩张器扩张股骨骨隧道，在50例患者中，出现1例骨隧道后壁破裂，余未出现严重术中并发症。我们分析，应用扩张器扩张骨隧道，扩张时骨隧道壁承受压力较大，骨隧道定位偏后或患者骨皮质较薄弱可能是出现骨隧道壁破裂的危险因素。本研究中的45例患者，均未出现骨隧道壁破裂及移植物通过困难。而且改良骨隧道制作方法既能够改变骨隧道形态为椭圆形，又可以调整改进骨隧道位置，使之更好地接近解剖位点。同时，我们的研究中股骨及胫骨骨隧道均为改良骨隧道；而Petersen等[9]及Nakase等[10]仅使股骨骨隧道呈椭圆形或圆矩形，胫骨骨隧道均为圆柱状圆形骨隧道，这可能是出现移植物通过困难的原因。
王健全等[8]测量30例成人膝关节标本ACL股骨止点的长径与短径，分别为19.32±2.42 mm与10.52± 2.24 mm，长短径比例约为1.84。Petersen等[9]对24例患者进行股骨骨隧道截面测量，平均为9.3 mm×7.2mm，长短径比例为1.29。本研究中，3组不同的调整方法（6调7、6调8、7调8），改良骨隧道长短径比例分别为1.27、1.58、1.23，可见6调8组长短径比例更接近解剖，但仍有一定差距，表明越小直径钻钻孔后，改良骨隧道形态越能接近解剖。因此，推测选择5 mm直径钻，可能使改良骨隧道更接近解剖。
本研究应用三维重建技术，将骨隧道三维重建并进行测量。这种新的半自动图像处理技术拥有高度的准确性和可信性[8]，可作为测量骨隧道形态的一种工具，Robbrecht等于2014年将其应用于ACL重建术后骨隧道宽度的测量[9]。本研究中，骨隧道截面长径测量值与理论值基本相符，但截面短径与理论值存在统计学差异，且长短径之比均小于理论值。考虑这种差异与术中改良操作无关，为钻孔操作本身引起的误差，即钻孔后骨隧道直径大于隧道钻直径。7 mm钻组差异无统计学意义，6调7组与圆柱状6 mm组差异也无统计学意义，而6调8组与圆柱状6 mm组差异存在统计学意义（表3）。我们分析，因样本量较小，可能存在系统性误差，有待后续大样本量观察。
在众多测量股骨骨隧道定位的方法中，四分法是最常用的一种。陈临新等[11]测量30例成人膝关节标本发现，AMB股骨止点中心点位于股骨外髁长度的22.0% ±4.43%、高度的27.1% ±8.08%；PLB股骨止点中心点位于股骨外髁长度的32.7% ±6.20%、高度的51.2% ±9.65%。徐雁等[12]测量40例ACL解剖单束重建患者，发现股骨骨隧道中心点位于股骨外髁长度的29.0% ±4.0%、高度的36.4% ±6.5%。Nakase等[8]测量50例圆矩形骨隧道患者，股骨骨隧道中心点位于股骨外髁长度的25.3% ±5.8%、高度31.8% ± 4.3%。本研究中，股骨骨隧道中心点位于股骨外髁长度的26.4% ±4.8%、高度的30.1% ±5.6%，位置位于ACL解剖止点区域内。如果使用扩张器扩张骨隧道，要求对骨隧道定位准确性较高，如定位偏后，可能出现骨隧道壁破裂等并发症，且不利于恢复ACL的功能。本研究中使用骨锉调整骨隧道，不仅可以调整骨隧道形态，同时手术操作中边镜下测量边锉修骨道，可对骨隧道定位进行小幅调整，使骨隧道定位可更简便、准确定位于ACL解剖止点，提高手术精准度。
本研究只是对术后股骨隧道入口截面的长径、短径变化进行了测量，利用三位重建得到了椭圆骨道的影像学变化，检测了改良骨道形态的变化与位置情况，是椭圆形骨道止点解剖重建ACL探索性临床研究工作的一部分，临床效果有待随访观察报告。
5 结论
本研究通过椭圆形骨道ACL解剖单束重建，应用较小直径的股骨骨隧道钻钻制骨隧道，再用骨锉将骨隧道逐渐扩大并改良为椭圆形，术后测量证实移植物与骨隧道良好匹配。CT三维重建测量骨隧道位置定位在ACL解剖止点范围内，椭圆形骨隧道入口处形态更接近解剖形态。
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Radiographic Study of the Modified Femoral Tunnels of Anterior Cruciate Ligament Reconstruction
Zhang Teng，Hu Xiaoqing，Ma Yong，Zhao Fengyuan，Zhang Jiahao，Ao Yingfang
Institute of Sports Medicine，Peking University Third Hospital，Beijing 100191，China
Ao Yingfang，Email：yingfang.ao@vip.sina.com
ObjectiveTo modify anterior cruciate ligament（ACL）reconstruction to achieve better structure；to measure the tunnel’s position and shape using three-dimensional computed tomography（CT）so as to show the change of the femoral bony tunnel.MethodsForty-five patients were diagnosed with an ACL tear and subsequently underwent the modified ACL reconstruction，using a minor-diameter drill to drill the femoral tunnel and then expand it to oval-shaped tunnel with the raspatory between July 2014 and 2015.All procedures were conducted by the same experienced surgeon（Ao Yf.）.In all patients，CT was performed at one week after the ACL reconstruction to evaluate the femoral tunnel's positioning，then the CT-images were imported into the image processing software MIMICS to recon⁃struct the femoral bony tunnel to measure the tunnel's diameters of the section and the shape.The tun⁃nel's position was evaluated using the quadrant method.ResultsIn all the 45 patients，the graft could pass the tunnel.And no posterior tunnel wall blowout，neurological or vascular deficit was documented during the operation.According to the different methods of modification（6 to 7，6 to 8 and 7 to 8），the long diameters of the sections of the femoral bony tunnels were 8.34±0.52 mm，10.65± 0.72 mm，9.27±0.11 mm，without significant difference from the theoretical value（8.16 mm，10.66 mm and 9.14 mm）.However，the short diameters of the sections were 6.57±0.12 mm，6.74±0.13 mm，and7.52±0.05 mm，showing significant difference from the theoretical value（6mm，6mm and 7 mm）.The average centre of the femoral tunnel was located at 26.4±4.8%of the femoral length and at 30.1± 5.6%of the femoral height.ConclusionIn this modified ACL reconstruction，a minor-diameter drill is used to drill the femoral tunnel and then expand it to oval-shaped tunnel with the raspatory，The graft was matched well with the bony tunnel intraoperatively.The three-dimensional CT shows that the femo⁃ral tunnels are well located within the anatomical ACL footprint，and its entrance is closer to the natu⁃ral state.
anterior cruciate ligament，anatomical single bundle reconstruction，oval tunnel，three-di⁃mensional computed tomography
2016.03.24
敖英芳，Email：yingfang.ao@vip.sina.com
