Evaluating the reliability of 2D techniques for tibial anatomical axis definition and posterior tibial slope measurement using a 3D model.
將脛骨解剖軸基準點移至脛骨結節下方，內外側測量一致性 ICC 可大幅提升至 0.780 以上。
- 在斷層影像測量 PTS 時，脛骨解剖軸基準點應設於脛骨結節下方。
- 脛骨結節下方的 MPTS (ICC=0.788) 與 LPTS (ICC=0.780) 一致性最高。
- 側位投影技術雖軸線偏差小，但外側測量極差 (ICC=0.400)，僅適用內側。
在CT影像測量脛骨後傾角時，若將解剖軸基準點設在脛骨頭，其數值與3D金標準的相關係數僅有 0.659；但只要將定位點下移至脛骨結節下方，內外側測量一致性便能雙雙躍升至 0.78 以上的高水準。
脛骨解剖軸定義與104例CT掃描設定
探討 2D 影像技術的精準度時，如何準確定義脛骨解剖軸（tibial anatomical axis）並藉此測量脛骨後傾角（posterior tibial slope, PTS），一直是影像幾何分析上的重要挑戰。長期以來，許多不同的 2D 影像技術被提出並應用於臨床數據的擷取，試圖透過平面影像來還原立體的骨骼結構特徵。然而，這些立基於平面投影或單一斷層的測量方式，其數據的可靠性與再現性始終缺乏一致的共識，導致測量結果的變異度居高不下。為了解決這個影像測量上的不確定性，並找出最穩定的解剖定位基準，本研究團隊展開了大規模的量化比對。實驗共納入了 104 名患者的影像資料，且所有受試者均接受了完整的全長脛骨 CT 掃描（full-length tibial CT scans）。這些涵蓋完整骨幹的 CT 數據，不僅提供了高解析度的解剖細節，更確保了後續的 3D 建模與 2D 模擬能夠在相同的骨骼幾何基礎上進行嚴格的對照。
建立3D脛骨座標系統與2D定位比較組
為了獲得絕對的參考標準，實驗在方法學上建立了一套嚴密的對比框架。研究團隊首先利用 CT 影像數據，建構出一個高精度的 3D 脛骨座標系統（3D tibial coordinate system）。這套 3D 系統的主要功能，在於定義出不具備投影誤差的標準脛骨解剖軸，並以此作為絕對基準，精準測量內側脛骨後傾角（medial posterior tibial slope, MPTS）與外側脛骨後傾角（lateral posterior tibial slope, LPTS）。在確立了 3D 金標準之後，研究針對 2D 斷層影像（tomographic imaging）的測量方式，設定了兩個截然不同的解剖軸定義高度進行壓力測試。第一個測試高度設定於解剖結構較為複雜的脛骨頭（tibial head），第二個測試高度則設定於結構較為穩定的脛骨結節下方（below the tibial tubercle）。此外，除了斷層影像，研究亦將傳統的側位投影技術（lateral projection technique）納入比較陣列中，在這種技術模式下，解剖軸線是由操作者透過手動繪製（manually drawn）的方式來定義。隨後，這三種透過不同 2D 技術與高度定義出來的解剖軸，全數被匯入至預先建立好的 3D 座標系統中，以計算其與標準 3D 軸線之間的偏差角度（deviation angles），並量化評估 MPTS 與 LPTS 測量數據的一致性表現。
脛骨頭與脛骨結節下方的 ICC 數據對比
從斷層影像的測量數據來看，定位點高度的選擇會直接且劇烈地決定數據的穩定度。當測量人員將解剖軸的定義高度設定在脛骨頭（tibial head）時，影像幾何呈現出明顯的不穩定性，導致最終測得的傾角數值產生較大的浮動。具體而言，這種較高位置的定位方式與 3D 參考值進行比對後，其內側脛骨後傾角（MPTS）僅能達到中等程度的一致性，其組內相關係數（intraclass correlation coefficient, ICC，用於評估測量一致性的統計指標）落在 0.659（95% CI: 0.535-0.756）。與此同時，外側脛骨後傾角（LPTS）的一致性同樣表現平庸，ICC 數值僅有 0.622（95% CI: 0.489-0.727），顯示該定位點無法提供高信度的測量結果。相比之下，當解剖軸的定義位置往下移動，建立在骨幹較為筆直的脛骨結節下方（below the tibial tubercle）時，測量系統的穩定性獲得了飛躍性的改善。在改變這個單一變數後，2D 斷層影像的測量結果與 3D 參考值之間產生了強烈的一致性：MPTS 的 ICC 數值大幅攀升至 0.788（95% CI: 0.702-0.851），而 LPTS 的 ICC 數值也同步提升到了 0.780（95% CI: 0.692-0.846）。這兩組強烈對比的數據清楚表明，僅僅是將解剖基準點從脛骨頭微調至脛骨結節下方，就能大幅度消除影像測量上的不穩定因素。
| 定位技術 | MPTS (ICC) | MPTS 95% CI | LPTS (ICC) | LPTS 95% CI |
|---|---|---|---|---|
| 斷層影像 (脛骨頭) | 0.659 | 0.535-0.756 | 0.622 | 0.489-0.727 |
| 斷層影像 (脛骨結節下方) | 0.788 | 0.702-0.851 | 0.780 | 0.692-0.846 |
| 側位投影技術 | 0.774 | 0.684-0.841 | 0.400 | 0.259-0.574 |
側位投影技術在 MPTS 與 LPTS 測量的極端差異
若將目光轉向依賴手動繪製的側位投影技術（lateral projection technique），其數據則呈現出另一種高度不對稱的極端現象。從軸線對齊的角度來看，數據顯示使用側位投影技術能夠產生最小的解剖軸偏差角（minimal anatomical axis deviation angle），這意味著在單純尋找中心軸線這項任務上，投影技術具備相當高的幾何準確度。這種準確度也確實反映在內側傾角的測量上，該技術與 3D 參考值在 MPTS 的測量上展現出強勁的一致性，ICC 數值來到了 0.774（95% CI: 0.684-0.841），表現幾乎與脛骨結節下方定位的效果並駕齊驅。然而，當同樣的技術被應用於外側傾角的評估時，其測量信度卻出現了雪崩式的下滑。數據明確指出，側位投影技術在 LPTS 的測量一致性表現極度不佳，其 ICC 數值驟降至不及格的 0.400（95% CI: 0.259-0.574），信賴區間的下限甚至低至 0.259。這個顯著的對比顯示，側位投影技術雖然在特定的總體幾何特徵上具有對齊優勢，但在應對脛骨平台內外側解剖結構不對稱的傾角測量時，存在著難以克服的物理限制，使其無法提供雙側皆可靠的測量數據。
斷層影像測量脛骨後傾角的適用邊界與建議
綜合各項 2D 技術與 3D 金標準的交叉比對，研究團隊為影像測量實務劃定了明確的技術邊界與參數選擇方向。在處理斷層影像（tomographic imaging）的測量任務時，選擇於脛骨結節下方（below the tibial tubercle）定義解剖軸，已被數據證實是獲取高度穩定性與可靠 PTS 測量值的最佳途徑。這個位置避開了脛骨近端複雜的幾何變化，確保了軸線定義的客觀性。另一方面，針對傳統的側位投影技術（lateral projection technique），儘管其在整體軸線的精準定義上表現出色，且能產生最小的幾何偏差角，但其嚴重的外側測量誤差成為不可忽視的硬傷。因此，原文明確指出，側位投影技術僅適用於 MPTS（內側脛骨後傾角）的單一評估，若將其強行應用於 LPTS 測量，將帶來極高的數據風險。基於上述完整的量化結果，研究團隊在最終結論中給出了一項明確的技術建議指引：當依賴斷層影像進行脛骨後傾角（PTS）的測量時，其脛骨解剖軸的定義基準點，必須統一設立於脛骨粗隆（tibial tuberosity）的下方區域，以確保測量過程具備最高的一致性與數據可靠度。
測量脛骨後傾角時，在斷層影像上將解剖軸基準點設於脛骨結節下方，能獲取最高一致性的測量數據。