膝关节成形术(Knee arthroplasty)于1860年由Verneil提出，早期的手术因材料问题失败率很高。经过近一个世纪的艰苦探索，20世纪50年代出现了真正意义上的人工膝关节假体，即铰链式人工膝关节，由于铰链式假体设计原理与人体膝关节在力学与运动学上的矛盾，使此类人工膝关节的随访结果不能达到医师和患者的期望值。20世纪70年代丌始，由于Gunston，Townly，Freeman，Swonson，Insall等众多骨科医师及工程技术人员大量的卓有成效的理论研究和临床工作，更符合膝关节生物力学的膝关节假体设计成功，现代膝关节置换术(Knee replacement)的概念得以形成，尤其是以Insall全髁膝关节为代表的一系列膝关节假体设计与膝关节置换理论与技术，使人工膝关节置换外科在全世界得以推广，获得了极大的发展。现在，全膝关节成形术(Total knee arthroplasty，TKA)已成为全膝关节置换术(Total knee replacement，TKR)的同义词。目前，对于保守治疗无效的膝关节疾病来说，TKA是一种安全、有效的缓解疼痛，重建功能的方法。虽然手术的成功与患者的健康状况、假体类型、手术医师的技术和经验以及外科手术设施等诸多因素相关，但总体来说，TKA是一种手术风险较低、成功率非常高的手术。现代TKA经过30余年的发展，尽管临床上获得了巨大成功，但仍然存在许多基础理论与临床技术问题，有些问题已达成共识，有些问题还将持续争论下去。我国在上世纪80年代末引进TKA，90年代开始普及，但手术的近期与远期效果与国外相比均有一定差距，其中最主要的原因是国内的临床工作者对现代TKA外科观念掌握不够，很多矫形外科医师认为这种手术只要依照器械公司提供的操作手册施行就可以了。Insall曾说过：TKA是一种技术上很困难的操作，因为这种手术牵涉到太多复杂的问题。国内医师训练不够已成为阻碍TKA发展的巨大障碍之一。另外，TKA发展、成熟于西方，假体是依据欧美国家人群的解剖数据设计的，外科技术规范也是西方人在长期的实践中建立的，由于种族差异，东、西方人在解剖形态上和生活习惯上都存在一定程度的差异，西方学者的假体设计、力线重建、截骨参数及软组织平衡等原则和经验都需要我们通过基础与临床研究去修正。如果机械照搬西方的原则，则不可能得到最佳效果，甚至可能造成严重的并发症和手术失败，这正是国内骨科医师按照西方国家提供的假体定位导板施术而效果远不如国外的原因之一。TKA中，人工假体组件和关节面位置的准确定位，对于手术成败具有最为重大的影响。因此，寻找可信赖的参考点，来决定术中的截骨参数，一直为膝关节置换外科最重要的研究课题。遗憾的是，国内传统的解剖学研究，缺乏与膝关节置换假体设计、截骨、定位方面紧密相关的详细数据。中国解剖学会体质调查委员会编著的《中国人体质调查》及其续集对这些问题缺乏明确描述。对于截骨参数最重要的参考点—股骨外科上髁轴、股骨临床上髁轴、股骨髁后缘轴以及股骨后髁角、股骨髁扭转角、胫骨平台后倾角等甚至未作叙述，而近年的文献也只有零星的报道。因此，通过严谨的工作完善这些数据具有重要的意义，也是势在必行。有鉴于此，本课题分5章，分别探讨了人工膝关节置换相关的华南地区人股骨远端、胫骨近端、髌骨关节面的部分解剖学问题，这些问题是国内医师或华南地区医师不甚明确和存在争议的问题，可能正是我们应该倍加关注的领域。第1、2章为股骨远端旋转解剖标志的参数测量，探讨了股骨远端的准确截骨和股骨假体精确旋转力线的确定方法；第3、4章探讨了正常及退行性变的膝关节胫骨平台后倾角的参数及胫骨平台与腓骨头的高度差距，与TKA中胫骨平台截骨问题及胫骨假体设计相关；第5章进行了华南成人髌骨Wiberg’s和Baumgartl’s形态学分型的流行病学研究，探讨了与此相关的髌股关节置换(Patellofemoral arthroplasty，PFA)和髌骨假体设计问题。本研究仍处于初步工作，但最终目的是建立可信赖的华南地区膝关节置换参数资料库，辅助医师在首次置换手术中选择合适的关节假体和建立理想的假体力线，以及再置换手术中重建原本的关节面，进一步为国人的膝关节假体设计制造提供数据支持。各章内容摘要分述如下：第1章华南地区成人股骨后髁角及髁扭转角的MR测量目的通过MR测量华南地区成人股骨后髁角及髁扭转角，为华南地区TKA中股骨远端截骨及假体旋转定位提供解剖学参数。方法随机挑选100名出生及长期生活在华南地区的志愿者，共100侧骨性正常膝关节，男、女各50例，50侧膝，按性别和侧别分为：男右、男左、女右、女左4组，每组25侧膝，行股骨远端轴位MR扫描，图像输入个人电脑，用Photoshop 7.0.1测量股骨后髁角，髁扭转角。数据记录为(?)±SD，采用SPSS 10.0统计软件进行处理，比较两角的性别差异和侧别差异，并分析同性别两角度间的相关性。主效应(性别、侧别)采用2×2析因分析，单独效应采用两个独立样本的t检验，同性别的股骨后髁角与髁扭转角采用线性回归分析，并作出回归方程。P≦0.05为有显著性统计学意义。结果(1)男性股骨后髁角3.86°±0.28°(右侧3.83°±0.28°，左侧3.92°±0.28°)，女性股骨后髁角3.19°±0.33°(右侧3.17°±0.34°，左侧3.20°±0.33°)，男性大于女性(P＜0.001)，无侧别差异(男性P=0.335，女性P=0.266)。(2)男性股骨髁扭转角5.97°±0.43°(右侧5.91°±0.38°，左侧6.03°±0.47°)，女性股骨髁扭转角5.03°±0.47°(右侧4.95°±0.56°，左侧5.10°±0.37°)，男性大于女性(P＜0.001)，无侧别差异(男性P=-0.231，女性P=0.719)。(3)股骨后髁角和髁扭转角存在相关性：男性R~2=0.323，F=22.878，P＜0.001；女性R~2=0.206，F=12.435，P=0.001，均有显著统计学意义。结论(1)华南地区股骨后髁角及髁扭转角同性之间均无侧别差异，但均为男性大于女性，膝关节置换术中股骨截骨及安放股骨假体时应注意这种差别。(2)华南地区成人股骨后髁角和髁扭转角存在相关性。(3)MR是一种测量股骨后髁角及髁扭转角的较好方法，TKA术前最好通过MR测量个体的股骨后髁角及髁扭转角，确定股骨远端的旋转力线，以指导术中股骨截骨及假体定位。第2章Whiteside’s线在确定股骨远端旋转力线中的价值目的通过测量Whiteside’s线的垂线与股骨后髁轴的夹角，探讨其在TKA中定位股骨远端旋转力线的价值。方法随机选择15侧正常的成人股骨标本，数码相机拍摄股骨远端轴位片，照片输入个人电脑，用Photoshop 7.0.1软件处理，测量Whiteside’s线的垂线与股骨后髁轴线的夹角(WPCA)及股骨外科上髁轴线与股骨后髁轴线的夹角(PCA)，通过比较两角度的差异，探讨Whiteside’s线是否为可靠的股骨旋转定位标志。数据为计量资料，记录为(?)±SD，采用SPSS 10.0统计软件进行处理，行配对资料的t检验。P≦0.05为差异有统计学意义。结果PCA均值3.67°±0.40°(2.74°～4.10°)；WPCA均值3.50°±0.62°(2.34°～4.25°)。两组数据无显著性差异(t=0.949，P=0.359)，即可认为Whiteside’s线的垂线与外科上髁轴平行。结论Whiteside’s线是TKA中股骨远端可信赖的旋转力线参考标志之一。第3章华南地区成人胫骨内侧平台后倾角的测量及临床意义目的测量华南地区正常成人及膝关节骨性关节炎患者胫骨内侧平台后倾角，为TKA中胫骨平台截骨提供参考和理论依据。方法设计华南地区组(病例组)和中国人组(标本组)两大组资料。病例组分为正常关节组和关节炎组。关节炎组：随机选取出生及长期生活在华南地区，因膝关节退行性骨关节炎就诊的成年中国人25例，共25侧膝(HSS评分50～70分)，男8侧、女17侧。正常组：随机选取膝关节正常无退行性变的华南成人25例25侧膝(男15侧、女10侧)。各膝关节行侧位X线检查，应用Photoshop7.0.1软件在X线片上分别应用髓外参照(参照胫骨中上段前侧骨皮质切线)、髓内参照(参照胫骨中上段轴线)两种参照测量胫骨内侧平台后倾角值。标本组：随机选取无退行性变的干燥中国人胫骨标本20根，性别、年龄、生活地区不详，应用视觉法和X线法测量胫骨内侧平台后倾角(均应用髓外、髓内两种参照方法)。数据记录为(?)±SD，应用SPSS 10.0统计软件进行处理。病例组主效应采用2×2析因分析，单独效应采用两独立样本的t检验，线性回归分析髓内、髓外两种参照法的关系，做出回归方程；标本组主效应、单独效应及参照效应分析同病例组；病例正常关节组与标本组胫骨内侧平台后倾角X线测得值行两个独立样本的t检验。P≦0.05为有显著性统计学意义。结果(1)髓外参照测得的华南成人胫骨内侧平台后倾角14.00°±3.64°，正常组为14.06°±3.28°，关节炎组为15.27°±3.66°，两组无显著性差异(t=-1.223，P=0.225)；髓内参照测得值为11.80°±3.02°，正常组为10.86°±2.55°，关节炎组为12.74°±3.21°，两组有显著性差异(t=-2.299，P=0.026)；髓外参照与髓内参照在正常组和关节炎组均存在显著性差异(正常组t=3.852，P＜0.001，关节炎组t=2.598，P=0.012)；正常组髓外参照与髓内参照存在强相关(R~2=0.870，F=153.481，P＜0.001)，关节炎组髓外参照与髓内参照无明显相关(R~2=0.017，F=0.394，P=0.536)。(2)标本组视觉法和X线法应用两种参照测量的胫骨内侧平台后倾角值均无显著性差异(髓外参照t=-0.958，P=0.344，髓内t=-0.674，P=0.504)；髓外参照与髓内参照在视觉组和X线组均存在显著性差异(视觉组t=3.126，P＜0.001，X线组t=4.161，P＜0.001)；两种参照在视觉组和X线组均存在强相关(视觉组R~2=0.721，F=46.554，P＜0.001；X线组R~2=0.709，F=43.772，P＜0.001)。(3)标本组胫骨内侧平台后倾角的X线测得值：髓外参照13.91°±2.75°，髓内参照10.73°±2.02°。病例组与标本组的测得值不存在显著性差异(髓外参照t=0.169，P=0.867；髓内参照t=0.187，P=0.852)。结论华南地区成人关节炎患者与正常成人膝关节胫骨内侧平台后倾角不存在显著性差异；华南地区人与国人标本的胫骨内侧平台后倾角不存在显著性差异；髓外参照测得的胫骨内侧平台后倾角大于髓内参照测得值。第4章华南地区成人胫骨内侧平台与腓骨头高度差距的测量目的测量胫骨内侧平台最低点至腓骨头尖端高度的差距，为TKA胫骨假体设计及胫骨平台截骨提供参数。方法随机选取因下肢软组织损伤就诊的华南地区成人60侧骨性正常膝关节(正常组)，其中男、女各30侧；另外随机选取长期生活在华南的因退行性骨性关节炎就诊的患者60侧膝(关节炎组)，男、女各30侧。摄膝关节正位X线片，在X线片上测量胫骨内侧平台最低点与腓骨头尖端之间的高度差距。数据记录为(?)±SD，录入SPSS 10.0统计软件，对主效应(组别、性别)行2×2析因分析，单独效应行两个独立样本的t检验。P≦0.05为差异有统计学意义。结果对照组胫骨内侧平台与腓骨头尖端的平均高度差距为：8.29±0.93mm，其中，男性为8.67±0.92mm，女性为7.90±0.79mm；关节炎组胫骨内侧平台与腓骨头尖端的平均高度差距为：7.40±0.94mm，其中，男性为8.05±0.82mm，女性为6.75±0.51mm。男、女性胫骨内侧平台与腓骨头尖端的平均高度差距有显著性差异，总均值(P＜0.001)、正常组(P=0.001)、关节炎组(P＜0.001)；正常组和关节炎组胫骨内侧平台与腓骨头尖端的平均高度差距有显著性差异，总均值(P＜0.001)、男性组(P=0.008)、女性组(P＜0.001)。结论对于大多数华南地区成人，合适的TKA胫骨假体厚度在6～9mm范围内，男性患者最好选择7～9mm厚度的胫骨假体，女性患者应选择6～8mm厚度的胫骨假体；TKA术前应该常规测量胫骨内侧平台至腓骨头高度之间的高度差距，术中行胫骨近端截骨时要防止误伤腓侧副韧带。第5章华南地区成人髌骨Wiberg’s和Baumgartl’s形态学分型的流行性病学研究目的进行华南地区成人Wiberg’s和Baumgartl’s髌骨分型的流行病学研究，探讨髌骨形态在髌骨关节置换及髌股关节假体设计中的意义。方法随机抽取出生并且长期生活在华南地区的200例成人正常健康膝关节200侧，男、女性各100侧，进行髌骨轴位X线检查，在X线片上测量髌骨软骨面中央纵嵴在髌骨横轴上的相对位置，按Wiberg’s和Baumgartl’s的髌骨分型标准进行流行病学统计。数据为计数资料，用SPSS 10.0统计软件处理：采用R×C表资料的x~2检验比较男、女性之间各型髌骨形态分布的差异；采用非参数x~2检验比较各型的分布是否均匀。P≦0.05为差异有统计学意义。结果Wiberg’sⅠ、Ⅱ、Ⅲ型髌骨在男性和女性的分布分别为8例、87例、5例和4例、91例、5例。男、女性均未出现其他形态髌骨。3种形态的髌骨(其他形态的髌骨为0)分布无性别差异(x~2=1.449，v=2，P=0.491)；3种形态的髌骨分布不均匀(x~2=278.920，v=2，P＜0.001)，即按Wiberg’s和Baumgartl’s分型的髌骨在华南正常人群中的出现率为Ⅱ＞Ⅰ＞Ⅲ＞其他型。结论正常华南地区成人髌骨以Wiberg’sⅡ型居多，约占总数的90％，比例比国外文献报道的要高，髌股关节置换术中及髌股关节假体设计时需考虑华南地区成人的髌骨形态特点，以获得最佳的髌骨轨迹。