【Journal of Biomechanics】陈博/谷雪莲: 使用统计学模型评估膝关节间隙的解剖变异性

膝骨性关节炎是一种退行性疾病，主要表现是软骨损伤和关节间隙狭窄，膝关节间隙（Joint Space Width，JSW）的测量是临床诊断膝关节炎病情程度的金标准。X线测量JSW存在投影叠加和测量结果易受膝关节体位改变影响等问题。今年初，上海市伤骨科研究所陈博主任和上海理工大学谷雪莲副院长合作研究了国人的胫股关节统计学形状和配准模型（Statistical Shape and Alignment Models，SSAMs），并创新性地将SSAMs应用于JSW的三维评估。研究显示, SSAMs主要捕获了胫股关节配准的解剖变异，JSW的测量结果会受胫股关节配准变异的影响。该研究基于国人的膝关节JSW评估有助于膝关节炎的预防和早期诊断。相关工作以“Statistical modeling: Assessing the anatomic variability of knee joint space width”为题发表在Journal of biomechanics。

【文章要点】

一、 胫股关节SSAMs的建模方法

由于JSW的测量对于膝关节的扫描体位敏感，作者扫描并收集了112例中国健康男性膝伸体位的CT图像，设计了基于关节坐标系的CT扫描体位误差的修正方案(图1)，最后采用统计机器学习的方法建立了胫股关节SSAMs。该方案可以实现任意胫股关节六自由度的配准，满足JSW在特殊体位的测量要求。

图1 胫股关节扫描体位误差的修正方案

二、膝关节间隙评估结果

图2显示，胫股关节SSAMs主要存在体积缩放、屈伸、内外旋、内外翻等解剖变异趋势。受这些趋势影响，JSW的测量结果呈线性变化。胫股关节体积缩放是最主要的特征，其影响最小JSW的位置在胫骨内侧平台上移，从2.76mm变化到3.23mm。

图2 胫股关节SSAMs解剖变异趋势分析及最小JSW三维测量

文献链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0021929022004614