TKA术中 | Grand Piano比值：一个判断股骨假体是否过度外旋的简易参考
来源：骨今中外
在全膝关节置换术（total knee arthroplasty，TKA）中，股骨假体组件旋转对线的准确性是获得良好临床疗效的关键。然而，目前术中仍缺乏可靠的股骨组件旋转评估方法。为克服上述困难并验证预期旋转角度，研究者提出了一种基于股骨前方截骨面形态特征的辅助视觉判断方法，即"Grand Piano征"。该征象*早由Insall提出，指当股骨远端按照理想外旋角度完成截骨后，其前方滑车区域呈现一种不对称的双峰形态，类似于三角钢琴的轮廓。
然而，现有文献对于Grand Piano征的研究大多局限于模拟实验及形态学分析，基于真实临床患者并结合先进影像学验证的研究仍十分有限。尤其缺乏将术中Grand Piano比值与术后采用先进影像技术测得的股骨组件旋转角度直接进行相关分析的临床研究。因此，本研究旨在分析初次接受全膝关节置换术患者术中Grand Piano比值与术后基于sTEA测量的股骨假体组件旋转角度之间的关系，并评估其识别“股骨组件外旋超过3°”这一临床定义旋转异常的诊断效能。我们假设：术中Grand Piano比值与基于sTEA的先进影像学测得的股骨组件旋转角度具有显著相关性，并能够较准确地预测具有临床意义的股骨组件旋转异常。
本研究回顾性分析了170例接受初次全膝关节置换术患者（170膝）的临床资料。纳入标准包括：术中完整记录股骨组件旋转调整情况，并于术后接受先进影像学检查评估股骨假体组件旋转角度。所有纳入病例均为内翻型原发性膝骨关节炎，外翻畸形患者未纳入本研究。
排除标准包括：炎性关节炎；明显股骨畸形（包括既往股骨截骨术、骨折畸形愈合、影响股骨远端形态的内固定物残留，以及其他明显改变股骨远端正常解剖结构的疾病）；影像质量欠佳；临床资料缺失。
既往仅接受关节镜手术且未造成骨性结构改变者，不作为排除标准。
所有手术均由同一位具有丰富关节置换经验的术者完成，均采用标准内侧髌旁入路，并在止血带控制下实施手术操作。本研究所有病例均未使用导航系统或机器人辅助手术。
股骨组件旋转定位采用常规技术：
① 测量截骨技术（Measured Resection）
对于采用测量截骨技术的病例，股骨组件旋转设定为相对于股骨后髁线外旋3°。
② 间隙平衡技术（Gap Balancing）
对于采用间隙平衡技术的病例，根据屈曲位软组织张力平衡情况，使股骨组件旋转方向与胫骨截骨面保持平行，从而确定*终旋转角度。
Grand Piano比值测量：
Grand Piano比值于全部股骨截骨完成后、安装试模之前进行测量。此时，股骨前方截骨面的形态完全暴露，尚未受到假体植入及软组织平衡操作的影响，因此能够真实反映截骨后的骨性形态。
①采用无菌直尺分别测量：
股骨前内侧皮质*高点高度；
股骨前外侧皮质*高点高度。
②随后计算：Grand Piano比值=前内侧皮质高度÷前外侧皮质高度（图2A–C）。
图2: 术中“Grand Piano”比值测量及术后基于MRI的旋转评估概述。A–C展示不同“Grand Piano”比值的代表性术中股骨前侧截骨面。蓝线标示用于比值计算的股骨内侧髁前侧皮质高度峰值，橙线标示外侧髁前侧皮质高度峰值。“Grand Piano”比值定义为股骨内侧与外侧前侧皮质高度的比值。D–F基于MAVRIC MRI序列的股骨假体旋转度术后评估。识别手术经髁上轴线（sTEA），并测量sTEA与股骨假体后髁轴线之间的夹角，以确定旋转对线情况。
所有测量均由主刀医师完成，并由一名高年资骨科住院医师独立复核。若两次测量结果存在差异，则重新测量，*终采用双方一致认可的数据用于统计分析。
术后股骨组件旋转测量：
所有患者术后均接受MAVRIC序列磁共振成像检查。本研究选择MAVRIC MRI作为评价工具，主要基于以下优势：
能显著降低金属伪影；
能够清晰显示股骨假体及手术经髁轴（sTEA）；
避免CT检查所带来的额外电离辐射。
所有旋转测量均以手术经髁轴作为参考标准。
具体方法如下：
在MRI轴位图像中，将外侧髁*突出处定义为外侧髁标志点；将内侧髁沟定义为内侧参考点；连接上述两点形成sTEA。随后绘制股骨假体组件后髁线，测量其与sTEA之间形成的夹角，即为股骨组件旋转角度（图2D–F）。
本研究中：相对于sTEA呈外旋记为正值；呈内旋记为负值。虽然相对于sTEA偏离超过3°（无论内旋或外旋）均可认为属于旋转异常，但由于本研究中内旋病例*少，因此分析重点仅针对股骨组件外旋超过3°这一情况。
其他影像学测量指标：
（1）股骨组件屈曲角。于膝关节侧位X线片测量。定义为：股骨假体前表面与股骨解剖轴之间形成的夹角。
（2）股骨远端外侧角。于下肢全长负重X线片测量。定义为：股骨解剖轴与股骨远端关节面之间形成的夹角。
所有影像学测量均采用Synapse Mobility软件完成。
本研究由两位高年资骨科影像医师独立完成术后CT测量（全程盲法）。研究以“术后股骨组件相对于sTEA外旋超过3°”作为主要判定标准（因内旋病例*少，故聚焦于外旋分析）。次要研究终点包括：术中Grand Piano比值与术后股骨组件旋转角度之间的关系；Grand Piano比值预测股骨组件旋转异常的诊断效能。
统计上，我们采用Logistic回归筛选影响旋转异常的因素，结果采用优势比（OR）及95%置信区间表示。并通过受试者工作特征（ROC）曲线评估Grand Piano比值的预测价值。根据Youden指数确定**截断值；计算对应的敏感度、特异度、阳性预测值（PPV）及阴性预测值（NPV）。另外为进一步验证截断值的稳定性，采用Bootstrap重抽样法估计**截断值的95%置信区间。此外，采用Brier评分评价模型整体预测性能。
*终共纳入170膝进入分析。患者平均年龄为64.69±6.36岁，平均体质指数（BMI）为34.20±3.26kg/m²。女性患者141例（82.9%），男性29例（17.1%）。绝大多数患者ASA分级为Ⅱ级（99.4%）。手术方式方面，采用间隙平衡技术86膝（50.6%），采用测量截骨技术84膝（49.4%）。
术前平均下肢力线偏移为11.16±3.77°，术后恢复至0.10±1.41°。术中Grand Piano比值平均为0.51±0.15。术后共有39膝（22.9%）出现股骨假体组件外旋超过3°，定义为旋转异常。
与未发生旋转异常组相比，旋转异常组Grand Piano比值明显降低（P<0.001）。而两组之间：股骨远端外侧角（LDFA），髋-膝角（HKA），股骨组件屈曲角均无统计学差异。说明除Grand Piano比值外，其余常规影像学指标均不能有效区分是否发生股骨组件过度外旋。
多因素Logistic回归分析证实，Grand Piano比值是导致股骨假体过度外旋（>3°）的**独立预测因子（OR=0.003，95%CI：0.000～0.040，P<0.001）。在校正性别与关节炎严重程度（KL分级）后，这一关联依然显著，而性别及KL分级本身与过度外旋无显著相关性（P>0.05）。
注：由于Grand Piano比值属于0~1区间的小数，故OR值数值*小，但并不意味着预测能力较弱，其临床指向明确——该比值越低，术中发生股骨过度外旋的风险越高。
为进一步评价Grand Piano比值预测股骨组件外旋超过3°的能力，作者进行了ROC曲线分析。结果显示：ROC曲线下面积（AUC）为0.744（95%CI：0.654～0.835，P<0.001），提示Grand Piano比值具有中等诊断能力（图3）。根据Youden指数计算得到：**截断值（cut-off）为0.44。在此阈值下：敏感度：71.8%；特异度：74.0%。Bootstrap重抽样分析进一步显示，该截断值95%置信区间为0.40～0.55。对应的预测指标为：阳性预测值（PPV）：45.1%；阴性预测值（NPV）：89.9%。
图3: 受试者工作特征（ROC）曲线展示了Grand Piano比值在预测股骨部件外旋角度大于3°时的诊断性能。对角线代表无区分能力的参考线。ROC：受试者工作特征；AUC：曲线下面积；CI：置信区间。
图4显示了术中Grand Piano比值与术后MAVRIC MRI测量股骨组件旋转角之间的关系。结果表明：随着Grand Piano比值降低，术后股骨组件外旋角度逐渐增大。这一趋势与相关性分析结果一致，说明Grand Piano比值越小，越容易发生股骨组件过度外旋。
图4: 散点图展示了术中Grand Piano比值与术后通过MAVRIC MRI测量的股骨假体旋转角度之间的关系。图中红色线条表示线性回归拟合线。该图显示了数据的分布情况，以及Grand Piano比值与MRI测量的股骨假体旋转角度之间的负相关。
本研究*重要的发现是：术中Grand Piano比值与术后股骨假体组件外旋角度之间存在显著相关性，并且能够较准确地识别股骨组件过度外旋（>3°），且Grand Piano比值越低，股骨组件发生过度外旋的风险越高。在多因素Logistic回归分析中，Grand Piano比值是**具有统计学意义的独立预测因素。这提示，与患者基本特征或其他影像学参数相比，Grand Piano比值能够更直接地反映术中股骨组件旋转状态。
值得注意的是，本研究ROC曲线分析所得**截断值为0.44，这一结果与既往文献报道存在一定差异。Cui等通过三维CT模拟研究认为，当股骨组件与sTEA平行时，Grand Piano比值约为0.66；Moyad等尸体研究则提出约为0.50；Cho等在亚洲人群中的研究结果亦显示存在一定性别差异。本研究所得0.44这一阈值低于上述报道，其原因可能包括以下几个方面：首先，本研究采用的是真实术中测量数据，而非计算机模拟结果；其次，本研究所有患者均为内翻型膝骨关节炎，其股骨远端前方解剖形态可能与正常膝关节不同；此外，不同股骨假体设计的前翼几何形态以及术者采用的截骨策略，也可能影响前方截骨面的形态。因此，Grand Piano比值并不存在一个绝对适用于所有患者和所有假体系统的统一标准，而应结合具体手术环境进行解释。
本研究还发现，Grand Piano比值虽然具有较高的阴性预测值（89.9%），但其阳性预测值仅为45.1%。这一结果提示，当Grand Piano比值≥0.44时，可以较为可靠地排除股骨组件发生过度外旋；然而，当Grand Piano比值<0.44时，并不能据此直接认定存在旋转异常。换言之，Grand Piano比值更适合作为一种排除性（rule-out）筛查指标，而非确诊性（rule-in）诊断工具。因此，在术中若Grand Piano比值低于0.44，术者仍应结合手术经髁轴、Whiteside线、软组织平衡情况以及其他解剖标志综合判断股骨组件旋转，而不能仅依据Grand Piano比值单独作出调整。
这一特点在未配备计算机导航或机器人辅助手术系统的医疗机构中具有较高的临床价值。目前，导航系统和机器人技术能够提高股骨组件旋转定位的准确性，但由于设备成本较高、手术时间延长及普及程度有限，许多医疗机构仍主要依赖传统解剖标志完成旋转定位。因此，Grand Piano比值作为一种无需增加任何设备、测量简单且可即时获得的术中参数，可作为传统定位方法的重要补充。尤其当Grand Piano比值高于0.44时，可提示股骨组件发生明显过度外旋的可能性较低，从而提高术者术中判断的信心，进一步改善手术安全性。
研究局限性：
本研究仍存在若干局限性。本文仅将需要关注部分截取展示：首先本研究采用回顾性单中心研究设计。虽然所有手术均由同一位术者完成，有利于保证手术技术的一致性，但同时也可能限制研究结果的普遍适用性。
其次，本研究主要分析了影像学旋转参数及其诊断学指标，并未进一步评价疼痛、膝关节功能评分、患者满意度及翻修率等临床结局指标。因此，本研究结果应理解为Grand Piano比值具有较好的诊断准确性，而不能直接证明其能够改善患者临床疗效。
另外，本研究所有纳入病例均为内翻膝患者，因此研究结果不能直接推广至外翻膝患者。已有研究提示，外翻膝股骨前方截骨面的形态与内翻膝存在一定差异，因此Grand Piano比值在外翻膝中的适用性仍需进一步研究。
此外，本研究仅采用一种股骨假体设计。不同厂家假体前翼几何结构存在差异，这可能影响股骨前方截骨面的外观，并进一步影响Grand Piano比值。因此，不同假体系统是否需要采用不同参考值，仍有待进一步研究。
综上所述，术中Grand Piano比值与股骨假体组件外旋程度具有显著相关性，并在识别股骨组件旋转异常方面表现出中等诊断效能。当以0.44作为截断值时，该指标具有较高的阴性预测值，提示其可作为一种术中辅助筛查参数，用于评估股骨假体组件发生过度外旋的可能性。
然而，Grand Piano比值不应被视为确定股骨假体组件旋转的独立判断方法，也不能替代现有成熟的旋转对线技术，只能作为一种辅助性的术中筛查工具，与传统定位方法相结合，以辅助术中决策。
未来仍需开展纳入临床结局指标的进一步研究，以明确该指标的应用是否能够*终转化为患者临床结局的改善。
参考文献
Avci, Ö., Öztürk, A., Güler, B. O., Bayrak, H. Ç., Kaya, A. Ö., & Doğan, Y. (2026). The grand piano ratio: an adjunctive intraoperative screening tool for detecting excessive femoral component external rotation in total knee arthroplasty. Archives of orthopaedic and trauma surgery, 146(1), 250.