Study on the Distribution Characteristics of Coronal Plane Alignment of the Knee （CPAK） Classification in Patients with Knee Osteoarthritis and Healthy Individuals in Yunnan，China
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摘要:
目的 探究中国云南地区膝骨关节炎患者与健康人群的膝关节冠状面对线（coronal plane alignment of the knee，CPAK）分型分布特征。 方法 纳入云南地区膝骨关节炎患者243例（263膝）为骨关节炎组，健康年轻人69例（138膝）为健康组。根据髋膝踝角（hip knee ankle angle，HKA）、股骨远端外侧角（lateral distal femoral angle，LDFA）、胫骨近端内侧角（medial proximal tibial angle，MPTA）等参数，计算算术髋-膝-踝角（arithmetic hip knee ankle angle，aHKA）和关节线倾角（jointline obliquity，JLO）并进行CPAK分型，比较不同分组间的分型差异。 结果 健康组以CPAK 2型（37.7%）、1型（23.9%）、3型（17.4%）为主，无7、8、9型分布；骨关节炎组以CPAK 1型（53.2%）、4型（22.1%）为主，8型无分布，9型仅1例。校正年龄、BMI、性别后，两组间各CPAK分型差异均无统计学意义（P > 0.05）;健康组不同性别CPAK分型无显著差异（P > 0.05），双侧CPAK分型一致性仅39.1%；骨关节炎组不同性别、年龄（<65岁与≥65岁）、BMI（<25 kg/m2 与≥25 kg/m2）分组间CPAK分型比较差异无统计学意义（P > 0.05），均以1型、4型为主。骨关节炎组结构性内翻比 例（77.6%）显著高于健康组（32.6%），MPTA低于健康组，LDFA、aHKA高于健康组（P < 0.001）。 结论 在云南健康人群和骨关节炎患者中最常见的类型分别为2型和1型。性别、BMI、年龄不影响CPAK分型分布，对侧肢体不宜作为全膝关节置换术冠状位对线规划的可靠参考。 Abstract:Objective To investigate the distribution characteristics of the Coronal Plane Alignment of the Knee （CPAK） classification in patients with knee osteoarthritis （KOA） and healthy individuals in Yunnan, China . Methods A total of 243 KOA patients （263 knees） from Yunnan were enrolled as the KOA group, and 69 healthy young adults （138 knees） as the healthy group. Based on parameters including the hip-knee-ankle angle （HKA）, lateral distal femoral angle （LDFA）, and medial proximal tibial angle （MPTA）, the arithmetic hip-knee-ankle angle （aHKA） and joint line obliquity （JLO） were calculated to determine the CPAK classification. Differences in classification distribution among subgroups were compared. Results The healthy group was predominantly composed of CPAK type 2 （37.7%）, type 1 （23.9%）, and type 3 （17.4%）, with no cases of types 7, 8, or 9. The KOA group was mainly composed of CPAK type 1 （53.2%） and type 4 （22.1%）, with no cases of type 8 and only one case of type 9. After adjusting for age, BMI, and gender, no statistically significant differences were found in any CPAK type between the two groups （P > 0.05）. In the healthy group, there were no significant differences in CPAK distribution between genders （P > 0.05）, and bilateral consistency of CPAK classification was only 39.1%. In the KOA group, no significant differences in CPAK types were observed among subgroups stratified by gender, age （<65 years vs. ≥65 years）, or BMI （<25 kg/m2 vs. ≥25 kg/m2） （P > 0.05）, with type 1 and type 4 being predominant in all subgroups. The proportion of constitutional varus in the KOA group （77.6%） was significantly higher than that in the healthy group （32.6%）. Compared with the healthy group, the KOA group had lower MPTA, higher LDFA, and higher aHKA （P < 0.001）. Conclusions The most common distributions in Yunnan healthy and osteoarthritic populations were types 2 and 1, respectively. Gender, BMI, and age do not affect the distribution of CPAK types. The contralateral limb should not be used as a reliable reference for coronal alignment planning in total knee arthroplasty. -
图 1 双下肢全长片HKA、LDFA、MPTA测量示意图
Figure 1. Schematic diagram of HKA，LDFA，and MPTA measurements on full-length radiographs of both lower extremities
图 2 健康膝关节CPAK分型分布
Figure 2. Distribution of CPAK classification in healthy knee joints
图 3 骨关节炎膝关节CPAK分型分布
Figure 3. Distribution of CPAK classification in knee osteoarthritis
图 4 健康组男性CPAK分型分布
Figure 4. Distribution of CPAK classification in males of the healthy group
图 5 健康组女性CPAK分型分布
Figure 5. Distribution of CPAK classification in females of the healthy group
图 6 健康组左侧CPAK分型分布
Figure 6. Distribution of left CPAK classification in the healthy group
图 7 健康组右侧CPAK分型分布
Figure 7. Distribution of right CPAK classification in the healthy group
图 8 骨关节炎组男性患者CPAK分型分布
Figure 8. Distribution of CPAK classification in male patients in the osteoarthritis group
图 9 骨关节炎组女性患者CPAK分型分布
Figure 9. Distribution of CPAK classification among female patients in the osteoarthritis group
图 10 骨关节炎组中年患者（<65岁）CPAK分型分布
Figure 10. Distribution of CPAK classification in middle-aged patients （<65 years old） in the osteoarthritis group
图 11 骨关节炎组老年患者（≥65岁）CPAK分型分布
Figure 11. Distribution of CPAK classification in elderly patients （≥65 years old） with osteoarthritis group
图 12 骨关节炎组BMI正常人群CPAK分型分布
Figure 12. Distribution of CPAK classification in the population with normal BMI in the osteoarthritis group
图 13 骨关节炎组BMI超重/肥胖人群CPAK分型分布
Figure 13. Distribution of CPAK classifications in overweight/obese BMI population of the osteoarthritis group
表 1 CPAK分型
Table 1. CPAK classification
aHKA （MPTA − LDFA） 内翻
（<−2°）中立
（0 ± 2）°外翻
（>2°）JLO
（MPTA + LDFA）远端顶点
（<177°）CPAK 1 CPAK 2 CPAK 3 中立
（180 ± 3）°CPAK 4 CPAK 5 CPAK 6 近端顶点
（>183°）CPAK 7 CPAK 8 CPAK 9 
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表 2 骨关节炎组观察者组内、组间测量一致性
Table 2. Intra-observer and inter-observer measurement consistency in the osteoarthritis group
参数 观察组内 观察组间 ICC系数 P 95%CI ICC系数 P 95%CI MPTA 0.886 <0.001* （0.775，0.944） 0.881 <0.001* （0.765，0.942） LDFA 0.873 <0.001* （0.753，0.937） 0.884 <0.001* （0.773，0.943） HKA 0.907 <0.001* （0.814，0.955） 0.890 <0.001* （0.783，0.946） *P < 0.05。
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表 3 健康组观察者组内、组间测量一致性
Table 3. Intra-group and inter-group measurement consistency in the healthy group
参数 观察组内 观察组间 ICC系数 P 95%CI ICC系数 P 95%CI MPTA 0.879 <0.001* （0.763，0.941） 0.877 <0.001* （0.743，0.942） LDFA 0.891 <0.001* （0.783，0.946） 0.888 <0.001* （0.740，0.949） HKA 0.897 <0.001* （0.793，0.950） 0.899 <0.001* （0.793，0.951） *P < 0.05。
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表 4 健康组与关节炎组的人口统计学信息
Table 4. Demographic information of the healthy group and the osteoarthritis group
参数 健康组 骨关节炎组 χ2/t P 患者/膝 69/138 243/263 性别（男/女） 43/26 44/199 52.23 <0.001* 侧别（左/右） 69/69 116/147 1.27 0.261 年龄（岁） 24.42 ± 1.38 67.70 ± 7.48 85.25 <0.001* 体重（kg） 64.68 ± 11.90 64.61 ± 9.80 −0.05 0.962 身高（cm） 168.67 ± 7.43 158.15 ± 6.95 −10.93 <0.001* BMI（kg/m2） 22.58 ± 2.94 25.86 ± 3.83 7.62 <0.001* *P < 0.05。
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表 5 健康组与关节炎组的下肢对线参数及CPAK分型分布
Table 5. Distribution of lower limb alignment parameters and CPAK classification between the healthy group and the osteoarthritis group
参数 健康组 骨关节炎组 χ2/t P MPTA（°） 86.63 ± 2.60 84.66 ± 4.72 5.391 <0.001* LDFA（°） 87.05 ± 2.68 90.22 ± 3.93 −9.519 <0.001* aHKA（°） −0.42 ± 3.61 −5.56 ± 7.5 9.261 <0.001* JLO（°） 173.69 ± 3.86 174.88 ± 4.39 −2.706 0.007* HKA（°） 178.23 ± 2.31 171.09 ± 9.08 9.074 <0.001* aHKA分型 结构性内翻 45（32.6） 204（77.6） 87.712 <0.001* 中立位 60（43.5） 23（8.7） 结构性外翻 33（23.9） 36（13.7） JLO分型 远端顶点关节线 109（79.0） 178（67.7） 0.017* 水平关节线 29（21.0） 78（29.7） 近端顶点关节线 0（0） 7（2.7） CPAK分型分布 CPAK-1 33（23.9） 140（53.2） <0.001* CPAK-2 52（37.7） 17（6.5） CPAK-3 24（17.4） 22（8.4） CPAK-4 13（9.4） 58（22.1） CPAK-5 9（6.5） 6（2.3） CPAK-6 7（5.1） 13（4.9） CPAK-7 0（0.0） 6（2.3） CPAK-8 0（0.0） 0（0.0） CPAK-9 0（0.0） 1（0.4） *P < 0.05。
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表 6 校正年龄、BMI、性别后 CPAK 分型多因素回归分析结果
Table 6. Results of multivariate regression analysis for CPAK classification after adjusting for age，BMI and gender
CPAK分型（vs 1型） OR 95%CI下限 95%CI上限 P 2型 1.179 0.062 22.487 0.913 3型 5.013 0.301 83.533 0.261 4型 0.599 0.08 4.488 0.618 合并型 2.619 0.184 37.288 0.477 *P < 0.05。
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表 7 健康组不同性别下肢对线参数及CPAK分型分布
Table 7. Lower limb alignment parameters and CPAK classification distribution in the healthy group
参数 男性 女性 χ2/t P MPTA（°） 86.30 ± 2.41 87.18 ± 2.82 −1.942 0.054 LDFA（°） 87.06 ± 2.85 87.04 ± 2.40 0.043 0.966 aHKA（°） −0.76 ± 3.49 0.14 ± 3.77 −1.422 0.157 JLO（°） 173.36 ± 3.96 174.22 ± 3.65 −1.27 0.206 HKA（°） 177.78 ± 2.20 178.96 ± 2.33 −2.969 0.004* aHKA分型 结构性内翻 31（36.1） 14（26.9） 2.494 0.287 中立位 38（44.2） 22（42.3） 结构性外翻 17（19.8） 16（30.8） JLO分型 远端顶点关节线 73（84.9） 36（69.2） 4.784 0.029* 水平关节线 13（15.1） 16（30.8） 近端顶点关节线 0（0%） 0（0） CPAK分型分布 CPAK-1 24（27.9） 9（17.3） 0.145 CPAK-2 36（41.9） 16（30.8） CPAK-3 13（15.1） 11（21.2） CPAK-4 7（8.1） 6（11.5） CPAK-5 4（4.7） 5（9.6） CPAK-6 2（2.3） 5（9.6） *P < 0.05。
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表 9 健康组左右侧的CPAK、JLO和aHKA一致性
Table 9. Consistency of CPAK，JLO，and aHKA on the left and right sides in the healthy group
双侧一致 双侧不一致 Cohen's Kappa 系数 P值 CPAK 27（39.1%） 42（60.9%） 0.1992 0.003* aHKA 35（50.7%） 34（49.3%） 0.2500 0.0007 *JLO 53（76.8%） 16（23.2%） 0.2599 0.0698 **P < 0.05。
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表 8 健康组双侧下肢对线参数及CPAK分型分布
Table 8. Distribution of bilateral lower extremity alignment parameters and CPAK classification in the healthy group
参数 左侧 右侧 t P MPTA（°） 86.43 ± 2.40 86.84 ± 2.79 −1.163 0.249 LDFA（°） 87.22 ± 2.79 86.88 ± 2.57 1.133 0.261 aHKA（°） −0.79 ± 3.87 −0.04 ± 3.31 −1.959 0.054 JLO（°） 173.65 ± 3.48 173.72 ± 4.22 −0.128 0.898 HKA（°） 178.12 ± 2.24 178.33 ± 2.39 −0.89 0.377 aHKA分型 结构性内翻 28（40.6） 17（24.6） 中立位 27（39.1） 33（47.8） 结构性外翻 14（20.3） 19（27.5） JLO分型 远端顶点关节线 56（81.2） 53（76.8） 水平关节线 13（18.8） 16（23.2） 近端顶点关节线 0（0） 0（0） CPAK分型分布 CPAK-1 20（29.0） 13（18.8） CPAK-2 24（34.8） 28（40.6） CPAK-3 12（17.4） 12（17.4） CPAK-4 8（11.6） 5（7.3） CPAK-5 4（5.8） 5（7.3） CPAK-6 1（1.5） 6（8.7） *P < 0.05。
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表 10 骨关节炎组男性患者和女性患者下肢对线参数及CPAK分型分布
Table 10. Distribution of lower limb alignment parameters and CPAK classification in male and female patients in the osteoarthritis group
参数 男性 女性 t P MPTA（°） 84.00 ± 4.39 84.81 ± 4.79 −1.089 0.277 LDFA（°） 91.00 ± 3.81 90.04 ± 3.95 1.545 0.124 aHKA（°） −7.00 ± 6.80 −5.23 ± 7.63 0.492 0.136 JLO（°） 175.00 ± 4.64 174.86 ± 4.34 0.681 0.833 HKA（°） 169.72 ± 7.89 171.41 ± 9.32 0.466 0.241 aHKA分型 结构性内翻 43（87.8） 161（75.2） 0.213 中立位 2（4.1） 21（9.8） 结构性外翻 4（8.2） 32（15.0） JLO分型 远端顶点关节线 33（67.3） 145（67.8） 0.769 水平关节线 14（28.6） 64（29.9） 近端顶点关节线 2（4.1） 5（2.3） CPAK分型分布 0.308 CPAK-1 32（65.3） 108（50.5） CPAK-2 1（2.0） 16（7.5） CPAK-3 1（2.0） 21（9.8） CPAK-4 10（20.4） 48（22.4） CPAK-5 1（2.0） 5（2.3） CPAK-6 2（4.1） 11（5.1） CPAK-7 2（4.1） 4（1.9） CPAK-8 0（0.0） 0（0.0） CPAK-9 0（0.0） 1（0.5） *P < 0.05。
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表 11 骨关节炎组不同年龄患者下肢对线参数及CPAK分型分布
Table 11. Distribution of lower limb alignment parameters and CPAK classification in patients of different ages in the osteoarthritis group
参数 <65岁 ≥65岁 χ2/t P MPTA（°） 84.49 ± 4.57 84.75 ± 4.81 −0.431 0.667 LDFA（°） 90.36 ± 3.8 90.15 ± 4.01 0.407 0.684 aHKA（°） −5.87 ± 7.03 −5.4 ± 7.75 −0.485 0.628 JLO（°） 174.85 ± 4.6 174.9 ± 4.29 −0.098 0.922 HKA（°） 170.31 ± 8.36 171.5 ± 9.43 −1.007 0.315 aHKA分型 结构性内翻 71（78.9） 133（76.9） 0.941 0.625 中立位 9（10） 14（8.1） 结构性外翻 10（11.1） 26（15） JLO分型 远端顶点关节线 61（67.8） 117（67.6） 0.392 水平关节线 25（27.8） 53（30.6） 近端顶点关节线 4（4.4） 3（1.7） CPAK分型分布 CPAK-1 47（52.2） 93（53.8） 0.659 CPAK-2 7（7.8） 10（5.8） CPAK-3 8 （8.9） 14（8.1） CPAK-4 20 （22.2） 38（22.0） CPAK-5 2（2.2） 4（2.3） CPAK-6 2（2.2） 11（6.4） CPAK-7 3（3.3） 3（1.7） CPAK-8 0（0.0） 0（0.0） CPAK-9 1（1.1） 0（0.0） *P < 0.05。
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表 12 不同BMI患者的下肢对线线参数及CPAK分型分布
Table 12. Distribution of lower limb alignment parameters and CPAK classification in patients with different BMI
参数 BMI<25 BMI≥25 χ2/t P MPTA（°） 84.98 ± 4.95 84.45 ± 4.56 0.99 0.323 LDFA（°） 90.31 ± 3.95 90.16 ± 3.93 −0.225 0.822 aHKA（°） −5.33 ± 7.82 −5.71 ± 7.3 0.741 0.459 JLO（°） 175.29 ± 4.38 174.62 ± 4.39 0.862 0.39 HKA（°） 171.69 ± 10.31 170.66 ± 8.09 0.913 0.362 aHKA分型 结构性内翻 83（75.5） 121（79.1） 0.551 0.759 中立位 11（10） 12（7.8） 结构性外翻 16（14.5） 20（13.1） JLO分型 远端顶点关节线 73（66.4） 105（68.6） 0.939 水平关节线 34（30.9） 44（28.8） 近端顶点关节线 3（2.7） 4（2.6） CPAK分型分布 CPAK-1 56（50.9） 84（54.9） 0.214 CPAK-2 10（9.1） 7（4.6） CPAK-3 7（6.4） 15（9.8） CPAK-4 24（21.8） 34（22.2） CPAK-5 1（0.9） 5（3.3） CPAK-6 9（8.2） 4（2.6） CPAK-7 3（2.7） 3（2.0） CPAK-8 0（0.0） 0（0.0） CPAK-9 0（0.0） 1（0.7） *P < 0.05。
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表 13 骨关节炎组左右侧的CPAK、JLO和aHKA一致性
Table 13. Consistency of CPAK，JLO and aHKA on the left and right sides in the osteoarthritis group
双侧一致 双侧不一致 CPAK 8（40.0%） 12（60.0%） 20对 aHKA 17（85.0%） 3（15.0%） JLO 11（55.0%） 9（45.0%）
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