膝关节是人体最容易受伤的关节之一,膝关节的稳定性主要靠膝关节内外一系列结构来维系,据报道,全球内每年三千人中就将有一个人前交叉韧带(ACL)损伤,而75%的患者在损伤后将在第一年内接受ACL重建手术治疗。然而据统计,ACL损伤重建后10-20年,仍有50%的病人罹患骨关节炎。在ACL重建翻修病例中,60%为手术因素,且其中隧道定位错误占比达47.6%。
ACL解剖重建过程中,在股骨上选择合适的隧道位置是前交叉韧带成功重建的关键步骤之一,而前交叉韧带的移植物选择不太合适的股骨隧道位置可能导致永久性移植物拉伸或移植物失败,移植物选择合适的放置位置对关节软骨寿命和更有效的恢复正常前交叉韧带功能有巨大的帮助[1],然而,不同医师具有不同的隧道定位理念;不同移植物材料也需不同重建方法,但目前尚无个体化最有隧道位置定量方法,究其原因,目前临床缺乏精准测量在体韧带拉伸的手段。
近年来人工韧带重建ACL的临床应用越来越多,有研究表明采用人工韧带进行ACL重建时等长性更为重要[2]。2018年4月,《Arthroscopy》杂志上发表的“An In Vivo Prediction of Anisometry and Strain in Anterior Cruciate Ligament Reconstruction——A Combined Magnetic Resonance and Dual Fluoroscopic Imaging Analysis” 文献研究采用磁共振成像和双平面成像技术,对18例健康膝关节进行step-up和sit-to-stand运动成像,发现最等距的附着点位于Blumensaat线的中间位置,在step-up和sit-to-stand期间分别有约2%和6%的应变。


图1:144 个股骨附着点投射到股骨外侧髁的内侧
涛影研发的数字化X射线摄影系统,一次拍摄同时采集患者局部或全身骨与关节功能位下冠、矢状位图像,可拍摄膝关节不同弯曲角度的多幅双平面影像。基于患者膝关节不同弯曲角度的多幅双平面影像和膝关节CT影像,利用涛影韧带在体仿真方法及智能规划系统,可帮助医师确认个体化最优ACL隧道位置,进行韧带长度动态仿真与等长性分析(如下列图所示)。

图2:涛影双平面系统采集的患者膝关节不同弯曲角度下的双平面影像示例


图3:胫骨位移与胫骨旋转等相对于股骨位移及旋转的情况分析
注:胫骨内外翻:与正常范围相比,晚期屈曲相对外翻。
胫骨内外旋:与正常范围相比,早期屈曲相对内旋。
胫骨前后移:与正常范围相比,正常。
胫骨远近移:与正常范围相比,正常
胫骨内外移:与正常范围相比,早期屈曲相对内移。

图4:膝韧带绝对变化量及百分比韧带长度变化的情况分析
除此以外,还可对进行了ACL重建术后的患者进行关节接触点进行分析,可通过热力图的方式,可视化展现胫骨距离股骨距离,定量关节接触情况,为软骨磨损提供参考,为患者提供全方位术前诊断、术后随访指标。

图5:动态屈曲过程关节接触分析
1.DeFrate LE. The effects of ACL graft placement on in vivo knee function and cartilage thickness distributions. J Orthop Res. 2017
2. 姜方宜, 张健, 陈世益. 前十字韧带类等长重建术中骨隧道位点研究的系统综述 [J] . 中华骨科杂志,2019,39 (11): 707-716.