探讨西南地区正常成人胫骨远端CT影像解剖学及形态学特征，为治疗胫骨干远端极限骨缺损新型保踝胫骨干假体的设计提供理论依据。
回顾性分析2014年1月—2017年10月于四川大学华西医院行CT检查的107例正常胫骨CT影像资料，其中男57例、女50例，年龄20～40(29.8±5.2)岁。应用Mimics软件测量胫骨上下关节面长度(L1)、胫骨平台最低点到髓腔最狭窄部位的长度(L2)、能保留下胫腓韧带的最短胫骨长度(L4)、狭窄段的长度(L5)、最狭部最薄皮质骨厚度(L6)、最狭窄部直径(D1)、胫骨远端关节面最高点上4 cm处胫骨截骨面最贴合髓腔椭圆长径(D2)、短径(D3)以及D2与胫骨冠状轴夹角(∠α)等参数；采用独立样本t检验分析上述参数在性别上是否有差异，并通过Pearson检验分析其与身高的相关性；通过CT影像进行解剖形态学观察，进而分析胫骨远端髓腔的大小和形态、上下截骨面髓腔的大小及相对位置关系。
L1为(339.0±22.2) mm，L2为(210.0±20.2) mm，L4为(27.0±4.3)mm，L5为(56.5±15.0)mm, L6为(3.6±0.6)mm，D1为(10.2±1.6)mm，D2为(22.2±2.5)mm，D3为(18.1±2.5)mm，∠α为32.8±24.7°(忽略成角方向)。L1、L2、L6、D1、D2、D3均与身高呈正相关(r＝0.212～0.793, P值均<0.05)，且男性明显大于女性(P值均<0.05)；保留下胫腓韧带残留的最短胫骨长度占胫骨长度百分比(S1)与身高呈负相关(r＝－0.199, P<0.05)，男女之间差异无统计学意义(P>0.05); L4、L5、∠α、胫骨髓腔最狭窄部与胫骨的位置比例(S2)相对固定，与身高无相关性，且男女之间差异无统计学意义(P值均>0.05)。当胫骨远端残留长度≤4 cm时，胫骨远端髓腔为近端窄小而远端宽大的"反漏斗"形状；胫骨机械轴相对于胫骨下关节面上4 cm处截面的髓腔解剖轴CT冠状面上偏内约18.5%±6.5%的位置，矢状面上偏后约34.5%±4.7%的位置，故假体远端柄位置设计应更贴合内后侧皮质。
胫骨有其固有的CT影像形态特征，在假体设计时应据此确定假体基本形状，再根据变量设计不同梯度的型号。
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随着新辅助治疗的出现，使得保肢术成为目前胫骨远端恶性骨肿瘤的主要治疗手段；但是对于胫骨远端残留小于5 cm的极限骨缺损的保肢治疗困难极大。对胫骨远端骨缺损的治疗方式主要有：同种异体骨移植[1]、带血管自体腓骨移植[2]、瘤段灭活回植[3,4,5]、牵张成骨及骨搬运技术[6,7]、膜诱导成骨技术[8,9]、人工肿瘤骨干假体[10,11,12]等，但都各有其局限性。因此，为了保留踝关节的功能并维持其良好的中远期稳定性，就需设计一种新型胫骨干假体用于胫骨远端骨缺损患者的治疗。而胫骨远端髓腔的大小和形态、上下截骨面髓腔的大小及相对位置关系将直接影响假体的设计。本研究中，对西南地区人群正常胫骨进行CT扫描及三维重建，对截骨面、胫骨远端骨形态进行观察与测量，探讨成人胫骨远端形态的一般规律，为设计具有良好适配性的新型保踝胫骨干假体提供理论基础。
纳入标准：(1)年龄20～40岁；(2)胫骨无畸形或力线异常，无髓内外病变，既往无胫骨骨折等外伤病史；(3)完成双侧胫腓骨CT扫描及三维重建；(4)来自西南地区，民族不限。排除标准：骨关节炎、结核、肿瘤、外伤及骨病等。
采用回顾性横断面分析方法，纳入2014年1月—2017年10月于四川大学华西医院放射科进行胫腓骨CT扫描的患者资料，从中筛选出107例正常胫骨数据资料，其中男57例、女50例，年龄20～40(29.8±5.2)岁；身高(166.8±7.5 )cm，其中男(172.0±5.9) cm、女(161.0±4.1) cm；体质量(61.6±12.3)kg，其中男(67.5±11.1)kg、女(55.0±10.1)kg。
采用荷兰飞利浦公司的Philips Brilliance 64排多层螺旋CT进行扫描。受检者取仰卧位，调整小腿位于旋转中立位。扫描条件：螺旋扫描模式，扫描基线与胫骨上关节面平行。扫描范围自膝关节上2 cm向下扫描至跟骨。扫描参数：螺距0.4 mm，层厚0.4 mm，管电流220 mA，管电压120 kV。
每位受检者可获得450～600个断层图像，在四川大学华西医院影像科工作站上，将连续的图像以DICOM数据格式刻录至DVD-ROM上，共收集107例胫骨CT三维重建数据。将DVD-ROM数据导入计算机，通过Mimics 19.0(Materialise，比利时)软件New Project Wizard功能转换为MCS文件，应用Measure工具栏下各测量工具进行测量。对于未达到旋转中立位的胫骨应用Reslice Objects功能调整至位置满意，再予相应测量。由2名高年资骨科医生进行相关数据测量，取其平均值。
L1：胫骨平台最低点水平面至胫骨远端关节面最高点的距离，即胫骨上下关节面间长度；L2：胫骨平台最低点水平面至胫骨髓腔最狭窄部的距离，即胫骨平台最低点到髓腔最狭窄部位的长度；L3：胫骨远端关节面最高点水平面上4 cm的区域，即残端保留的长度；L4：胫骨远端关节面最高点水平面至后结节或前结节的最高点的距离，即能保留下胫腓前后韧带的最短胫骨长度；L5：从髓腔最狭窄部向上、向下其直径变化不超过1 mm的髓腔，即狭窄段的长度；L6：胫骨髓腔最狭窄部横断面皮质骨最薄处厚度；D1：横断面胫骨髓腔最狭窄部区域髓腔内，与各方向皮质贴合度最佳的最大圆直径；D2：胫骨远端关节面最高点上4 cm处胫骨截骨面髓腔，与各方向皮质骨贴合度最佳的椭圆的长径；D3：胫骨远端关节面最高点上4 cm处胫骨截骨面髓腔，与各方向皮质骨贴合度最佳的椭圆的短径；∠α：D2与冠状轴夹角(夹角朝向小腿内侧为正值，外侧为负值)。S1：能保留下胫腓前后韧带残留的最短胫骨长度占胫骨整体长度的百分比(L4/L1)；S2：胫骨髓腔最狭窄部与胫骨的位置比例(L2/L1)。见图1。
注：AB、A′B′为胫骨下关节面踝穴上水平线；E和E′分别为AB和A′B′中点；EF及E′F′为分别为其垂线；CD及C′D′为胫骨下关节面最高点水平面上4 cm处的水平线；CD、C′D′近似表示髓腔冠状轴及矢状轴；截面ABCD及A′B′C′D′近似梯形；H和H′分别为CD和C′D′中点，HG及H′G′为其垂线
选取胫骨L3区CT正中冠、矢状面图片，以该平面可观察到胫骨的最大截面为正中位进行解剖形态观察，并行三维重建，描述其解剖形态特点。见图2。
应用SPSS 21.0(IBM，美国)统计学软件对研究数据进行分析。计量资料采用单样本K-S检验分析数据正态性，服从正态分布的以
±s表示。通过Pearson检验分析L1、L2、L4、L5、L6、D1、D2、D3及∠α与身高的相关性；采用独立样本t检验分析胫骨解剖数据在性别上的差异。2名医生测量数据的一致性采用组内相关系数(intraclass correlation coefficient, ICC)判断：ICC<0.40为一致性差，0.40≤ICC≤0.75为一致性中等，ICC>0.75为一致性良好。以P<0.05为差异有统计学意义。
各个测量项目的ICC为0.756～0.961，表明测量数据组内一致性良好。
107例胫骨各测量项目见表1。L1、L2、L6、D1、D2、D3与身高呈正相关(P值均<0.05)，S1与身高呈负相关(P<0.05)；说明身高越高，相应的L1、L2、L6、D1、D2、D3也随之增大，而S1则随身高增高而越小。另外，L6与D1、D2与D3之间也存在相关性(r＝－0.296、0.711, P值均<0.01)，说明随着髓腔直径减小，该平面皮质骨最薄处的厚度增加；D3随着D2的增加而增加，且具有较强的相关性。而L4、L5、∠α、S2与身高无明显相关性(P值均>0.05)。见表1。
107例正常胫骨及其远端各测量参数与其身高相关性分析及不同性别间比较(
±s)
107例正常胫骨及其远端各测量参数与其身高相关性分析及不同性别间比较(±s)
| 项目 | 测量值 | 与身高相关性 | 不同性别间 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| r值 | P值 | 男(57例) | 女(50例) | t值 | P值 | ||
| L1(mm) | 339.0±22.2 | 0.793 | <0.01 | 351.5±20.7 | 324.7±13.1 | 8.251 | <0.01 |
| L2(mm) | 210.0±20.2 | 0.603 | <0.01 | 219.5±19.0 | 199.5±16.1 | 5.906 | <0.01 |
| L4(mm) | 27.0± 4.3 | －0.097 | >0.05 | 26.5± 4.2 | 27.5± 4.4 | －1.172 | >0.05 |
| L5(mm) | 56.5±15.0 | 0.011 | >0.05 | 56.6±16.4 | 56.3±13.6 | 0.084 | >0.05 |
| L6(mm) | 3.6± 0.6 | 0.212 | <0.05 | 3.8± 0.6 | 3.4± 0.6 | 3.330 | <0.05 |
| D1(mm) | 10.2± 1.6 | 0.329 | <0.05 | 10.7± 1.6 | 9.6± 1.5 | 3.545 | <0.05 |
| D2(mm) | 22.2± 2.5 | 0.575 | <0.01 | 23.5± 2.3 | 20.8± 1.8 | 6.787 | <0.01 |
| D3(mm) | 18.1± 2.5 | 0.518 | <0.01 | 19.0± 2.5 | 17.2± 2.3 | 3.917 | <0.01 |
| ∠α(°) | 32.8±24.7 | －0.141 | >0.05 | 29.8±24.1 | 36.3±25.2 | －1.372 | >0.05 |
| S1(%) | 8.0± 1.3 | －0.199 | <0.05 | 7.8± 1.4 | 8.2± 1.1 | －1.894 | >0.05 |
| S2(%) | 61.9± 4.2 | 0.093 | >0.05 | 62.4± 4.0 | 61.4± 4.4 | 1.334 | >0.05 |
注：L1为胫骨上下关节面间长度；L2为胫骨平台最低点到髓腔最狭窄部位的长度；L4为能保留下胫腓前后韧带的最短胫骨长度；L5为狭窄段的长度；L6为胫骨髓腔最狭窄部横断面皮质骨最薄处厚度；D1为横断面胫骨髓腔最狭窄部区域髓腔内，与各方向皮质贴合度最佳的最大圆直径；D2、D3为胫骨远端关节面最高点上4 cm处胫骨截骨面髓腔，与各方向皮质骨贴合度最佳的椭圆的长径、短径；∠α为D2与冠状轴夹角(夹角朝向小腿内侧为正值，外侧为负值)；S1为能保留下胫腓前后韧带残留的最短胫骨长度占胫骨整体长度的百分比(L4/L1)；S2为胫骨髓腔最狭窄部与胫骨的位置比例(L2/L1)
不同性别间比较，男性L1、L2、L6、D1、D2、D3均高于女性，差异均有统计学意义(P值均<0.05)；而L4、L5、∠α、S1、S2比较，差异均无统计学意义(P值均>0.05)。见表1。
胫骨为人体主要承重骨之一。人工胫骨假体的长期生存率依赖于下肢正常力线的恢复程度；而假体的几何形状要与人体匹配，假体植入后，正常力线的恢复才有可能。Godest等[13]通过对膝关节置换术后有限元模拟实验表明，假体所承受的应力分布和假体匹配度有显著相关性，手术中所选假体匹配程度，将直接影响术后患者生活质量，即匹配度越高，假体应力分布也越均匀。因此，对胫骨三维建模数据的精确掌握对假体设计而言是十分重要的。无论是关节假体置换术还是胫骨干假体置换术，术中准确截骨以及假体和截骨面及髓腔的匹配程度是影响手术成功的重要因素。然而，针对截骨面及其与关节面之间的相对关系研究却鲜有报道，而缺失的这一部分才是真正决定假体设计的关键。东西方人骨骼解剖形态存在人种的差异，不同性别间也可能存在形态学差异。目前，国人的人工假体主要依赖进口假体，其设计尺寸大小基于西方人的骨骼几何形态特征，易出现假体与国人骨骼不匹配的问题。因此，为设计符合与国人骨骼匹配的假体，需对国人胫骨形态进行大样本测量和研究，以期为国产人工假体的设计提供数据支持。
本研究基于CT三维重建影像测得胫骨上下关节面间长度为(339.0±22.2)mm，男性为(351.5±20.7)mm女性为(324.7±13.1)mm。邓兆宏等[14]测量240例成都地区胫骨实体标本，测得胫骨上下关节面间长度男性为(339.76±1.76)mm，女性为(314.49±1.67)mm。本研究与邓兆宏等[14]所得结果基本相同。Hishmat等[15]报道了日本259例胫骨(男性150例，女性109例)的解剖数据，胫骨长度(312.6±61.0)mm，其中男性为(350.5±44.5)mm，女性为(259.4±36.0)mm。由此可见，仅就亚洲而言，地区差异也是十分明显。
本研究中，不同性别成人的胫骨长度(L1)、胫骨平台最低点到髓腔最狭窄部位的长度(L2)、最狭部最薄皮质骨厚度(L6)、最狭窄部直径(D1)，胫骨远端关节面最高点上4 cm处胫骨截骨面最贴合髓腔椭圆长(D2)、短径(D3)均与身高呈正相关，而保留胫骨远端韧带残留的最短胫骨长度占胫骨长度百分比(S1)与身高呈负相关，其中男性L1、L2、L6、D1、D2、D3明显高于女性，说明在假体设计时对该类解剖数据，需要考虑性别与身高的不同所产生的影响，根据身高和年龄进行个性化定制。而能保留胫骨远端韧带残留的最短胫骨长度(L4)、狭窄段的长度(L5)、D3与胫骨冠状轴夹角(∠α)、胫骨髓腔最狭窄部的与胫骨的位置比例(S2)等与身高和性别均无相关性，说明是胫骨固有属性，相对稳定，在假体设计中，这类数据可进行大样本测量后，进行标准化制作。在这些数据中，胫骨狭窄段处的形态十分重要。狭窄段形态主要包括狭窄段长度、最狭窄部横断面与皮质贴合最佳的圆直径、狭窄部最薄处皮质厚度及最狭窄点位置等参数。其中胫骨髓腔最狭窄部位于胫骨相对固定的位置，距胫骨上关节面约为胫骨长度的61%；狭窄段的长度也是相对固定的，为(56.5±15.0)mm；而最狭窄部髓腔直径(10.2±1.6)mm与狭窄部最薄处皮质骨厚度(3.6±0.6)mm随身高增高而增大，并且男性大于女性，最狭窄部髓腔直径与狭窄部最薄处皮质骨厚度之间呈负相关，这在一定程度上决定了髓内柄的直径和扩髓技术的应用，为髓内柄的设计提供了理论基础，尤其对非骨水泥固定具有特殊意义。因扩髓过程除可导致脂肪栓塞、骨内膜血供破坏、热效应导致骨质坏死外，其直接后果是造成骨皮质变薄，骨强度下降。罗先正等[16]研究发现，扩髓后虽可插入更大号的柄，使柄-骨的接触面积更大，获得更牢靠固定，然而扩髓会导致骨皮质变薄，进而降低骨强度。在相同载荷条件下，扩髓从10 mm到12 mm，骨最大应变增加了13%；继续扩髓到14 mm，骨的应变增加了25.5%(与12 mm相比)；继续扩髓到16 mm，骨的应变增加了70%(与14 mm相比)。可见在载荷条件一致的条件下，骨应变的增加表明扩髓与骨强度之间是一种负相关关系。但Zeegen等[17]研究发现，髓内柄基底部也通常为应力集中部位，直径越小，髓内柄基部应力越大。所以，扩髓的多少与使用髓内柄直径的大小之间需要一个平衡，这也更加凸显了国人胫骨髓腔狭窄部的形态学研究的必要性。另外，本研究结果还显示，∠α为32.8°±24.7°，与身高无明显相关性，且不同性别之间无明显差异，但其个体之间差异化较大。进一步提示进行假体设计时，需个体化对待。
目前，国内外关于胫骨解剖数据乃至胫骨近端的几何形态学的研究较多，但对胫骨远端的几何形态学研究却相对少见，且国人骨骼整体尺寸与西方人有差异。何沛恒等[18]对中国南方人的胫骨平台截骨面的内外径测量结果为(68.89±4.83) mm；Stulberg等[19]对西方人的胫骨平台截骨面内外径测量结果为平均76.9 mm，远大于国人数据。从胫骨近端的解剖形态学研究可见，西方人的胫骨近端尺寸明显大于国人，由此可推出胫骨远端也是如此。Eun等[20]通过测量韩国人的胫骨远端关节面的大小，并与HINTEGRA踝假体对比后发现，西方人设计的假体胫骨侧部件和韩国人匹配度较差，无论是宽度还是长宽比，均需要进行调整(缩小)。
本研究通过对胫骨远端L3区的分析发现，在胫骨远端关节面最高点上4 cm处胫骨截骨面髓腔为类椭圆形或类三角形，最贴合椭圆形的长径D1、短径D2，并随身高增高而增大，且男性大于女性。本研究对胫骨远端形态学观察发现，胫骨远端髓腔为近端窄小而远端宽大的"反漏斗"形状，这对于远端假体柄的固定是一个巨大挑战。另外，胫骨远端关节面的中点与胫骨远端关节面最高点上4 cm处胫骨截骨面髓腔中心的连线并不垂直于关节面，前者位于后者的后内侧，也就意味着胫骨的机械轴相对偏向胫骨远端解剖轴的后内侧。所以，为符合生物力学的传导，在假体设计、扩髓及植入时，远端假体柄应更贴近胫骨后内方。
踝关节是人类最重要的承重关节，直接进行人工肿瘤踝关节置换或踝关节融合术，将人为损失较多的肢体功能；而保留踝关节胫骨干假体在胫骨远端的固定上有一定要求，既要保证固定牢靠，又要保留踝关节良好的稳定性。为保证踝关节的稳定性，应尽量保留踝关节远端的骨性结构及韧带。下胫腓前后韧带对维持踝穴的稳定性有重要作用。Zhu等[21]对踝关节的后外侧韧带进行生物力学分析发现，踝关节后外侧韧带对限制踝关节的内旋有重要作用，其中跟腓韧带及下胫腓后韧带对维持踝关节稳定十分重要，而下胫腓后韧带对距下关节的稳定有重要意义。Nie等[22]对踝关节周围韧带进行生物力学研究发现，下胫腓前、后韧带对限制腓骨的过度活动、稳定踝关节有重要作用；而通过对踝关节的观察发现，下胫腓前、后韧带起点较三角韧带及外侧韧带复合体的位置均较高，所以理论上，保留了下胫腓前、后韧带，其他踝关节周围韧带便可以保留。为此，胫骨远端的残留段应尽量高于胫骨前后结节的最高点。本研究中能保留下胫腓前后韧带残留的最短胫骨长度为(27.0±4.3)mm，与田志超等[23]报道的保住踝关节胫骨最短长度基本一致。张清等[24]报道的1例胫骨远端骨肉瘤切除后导致残端较短(<30 mm)，因缺乏可靠固定的特制假体，不得不采用大段同种异体骨重建，患者在骨愈合前不能下地。Sewell等[10]研究认为，进行胫骨骨水泥型髓内柄的固定长度应超过40 mm，否则在早期即易出现假体松动或假体周围骨折；Ahlmann等[11]认为胫骨残端的长度应至少为50 mm才能保证其具有足够的稳定性。但他们使用的胫骨髓内固定系统均为骨水泥固定方式。因此，一种可以获得中远期稳定性的超短假体柄就显得尤为重要，而新型假体设计能否超越骨水泥固定髓内柄的极限，仍待生物力学实验验证。
本研究中测量的各项目数据是通过CT影像学获得，由于灰度值的限制，其与实际骨标本所测数据仍有差异，所以在实际使用过程中仍需结合临床实践。另外，本研究仅可作为假体设计的基础，还应与胫骨生物力学相结合，完善假体设计。
总之，本研究从实际与解剖学角度为新型保踝假体设计提供了理论依据及支持，通过研究国人胫骨及胫骨远端的CT影像解剖形态特征及相关数据资料可知西南地区的国人胫骨狭部位于胫骨中下段，胫骨远端髓腔为反漏斗形，L3区上截骨面髓腔为类椭圆形，下胫腓韧带的位置固定，这均是在未来的假体设计时的重要参数，而其他参数随身高的改变而变化。所以，在未来的假体设计时应利用其固有属性确定假体基本形状，再根据变量设计不同梯度的假体型号。
