彭嘉斌 戴祝 廖瑛 陳志偉

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·綜述·

運(yùn)動(dòng)力學(xué)對(duì)線在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中的應(yīng)用

彭嘉斌 戴祝 廖瑛 陳志偉

全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(TKA)是治療終末期膝骨關(guān)節(jié)炎最有效的方式。目前TKA主要參考機(jī)械力學(xué)對(duì)線，但常導(dǎo)致術(shù)后膝前疼痛、膝關(guān)節(jié)活動(dòng)受限和不穩(wěn)、假體早期磨損等并發(fā)癥。近年來(lái)有學(xué)者提出運(yùn)動(dòng)力學(xué)對(duì)線TKA，旨在恢復(fù)膝關(guān)節(jié)正常生物力學(xué)狀態(tài)。臨床研究顯示，運(yùn)動(dòng)力學(xué)對(duì)線TKA在提高術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分、改善膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度及增加患者滿意度等方面較機(jī)械力學(xué)對(duì)線TKA存在優(yōu)勢(shì)。該文就運(yùn)動(dòng)力學(xué)對(duì)線在TKA中的應(yīng)用作一綜述。

運(yùn)動(dòng)力學(xué)；對(duì)線；全膝關(guān)節(jié)置換

全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(TKA)是治療終末期膝骨關(guān)節(jié)炎最有效的方式。目前TKA主要參考機(jī)械力學(xué)對(duì)線(即垂直于下肢的機(jī)械軸)進(jìn)行截骨。雖然機(jī)械力學(xué)對(duì)線TKA(MA-TKA)取得了巨大的成功，但并不能完全模擬正常膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)狀態(tài)，臨床隨訪發(fā)現(xiàn)6.67%～25%的患者對(duì)其效果不滿意[1]。近年來(lái)Howell等[2-3]提出了運(yùn)動(dòng)力學(xué)對(duì)線TKA(KA-TKA)，即參考膝關(guān)節(jié)本身的運(yùn)動(dòng)軸進(jìn)行截骨，盡可能恢復(fù)膝關(guān)節(jié)正常生物力學(xué)狀態(tài)。臨床研究[3-5]顯示，KA-TKA在提高術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分、改善膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度及增加患者滿意度等方面優(yōu)于MA-TKA。

1 基本原理

理想狀態(tài)下，站立時(shí)股骨頭中心與距骨頂中心的連線通過(guò)膝關(guān)節(jié)中心，稱(chēng)為中立力學(xué)軸即機(jī)械軸。MA-TKA選擇垂直于該軸進(jìn)行截骨，追求保持下肢力線中立位或成角小于3°。研究[6-7]表明，下肢力線隨負(fù)重及屈膝程度呈動(dòng)態(tài)改變，絕大部分人下肢力線并非中立位而呈稍?xún)?nèi)翻狀態(tài)，男性較女性?xún)?nèi)翻角度大。因此，同一而論的MA-TKA只能簡(jiǎn)易模擬膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模式,不能完全恢復(fù)膝關(guān)節(jié)正常運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。Howell等[2-3]提出的KA-TKA力圖最大程度地將膝關(guān)節(jié)恢復(fù)至病變前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。正常膝關(guān)節(jié)脛骨平臺(tái)內(nèi)側(cè)低于外側(cè)，股骨內(nèi)髁關(guān)節(jié)面較股骨外髁關(guān)節(jié)面偏下、偏后。相對(duì)于下肢力線，脛骨平臺(tái)有約3°內(nèi)翻，股骨髁關(guān)節(jié)面有約9°外翻，加上膝關(guān)節(jié)韌帶的作用，使膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)非常復(fù)雜，其中包括脛股關(guān)節(jié)屈伸、屈曲時(shí)脛骨相對(duì)股骨內(nèi)旋及髕股關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)時(shí)形成脛骨屈伸軸、髕骨屈伸軸、脛骨內(nèi)外旋軸等3條運(yùn)動(dòng)軸。KA-TKA力圖重建此3條運(yùn)動(dòng)軸，術(shù)中股骨末梢、后髁及脛骨近端截骨厚度均與備用假體厚度一致，安置假體時(shí)參考6個(gè)自由度(前-后、近端-遠(yuǎn)端、內(nèi)-外、屈-伸、內(nèi)翻-外翻、內(nèi)旋-外旋)，調(diào)整假體三維空間位置，參照膝關(guān)節(jié)病變前狀態(tài)原位恢復(fù)關(guān)節(jié)面[3,5,8]。

2 手術(shù)技術(shù)

TKA對(duì)手術(shù)操作器械要求較高，手術(shù)操作器械導(dǎo)向不精準(zhǔn)及術(shù)中選取骨性標(biāo)志個(gè)體差異均會(huì)造成假體放置不良，從而引起膝關(guān)節(jié)線、下肢力線與預(yù)期標(biāo)準(zhǔn)存在差異，最終導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)功能不良，患者滿意度降低，甚至手術(shù)失敗。目前KA-TKA通過(guò)定制截骨導(dǎo)向器、傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)器械、術(shù)中計(jì)算機(jī)導(dǎo)航等3種途徑來(lái)提高手術(shù)效果。

2.1 定制截骨導(dǎo)向器

Howell等[3]于2005年即開(kāi)始研究定制截骨導(dǎo)向器(包括股骨遠(yuǎn)端模塊、脛骨近端模塊)，2006年首次應(yīng)用于KA-TKA，至2009年在美國(guó)已完成23 000例手術(shù)。術(shù)前需完善患膝薄層MRI掃描數(shù)據(jù)，掃描時(shí)矢狀面需與脛骨屈伸軸垂直。以MRI掃描數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)重建患膝三維結(jié)構(gòu)，在此基礎(chǔ)構(gòu)建正常膝關(guān)節(jié)生理結(jié)構(gòu)。通過(guò)恢復(fù)關(guān)節(jié)面決定截骨方式，三維模擬假體置入，匹配最適假體型號(hào)。通過(guò)模擬數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)定制截骨模塊，該模塊需確定術(shù)中假體放置的三維空間位置，因此模塊包含1個(gè)鋸槽及4個(gè)固定針孔，主要作用為限制旋轉(zhuǎn)及平移。術(shù)中先清除骨贅，前側(cè)以股骨皮質(zhì)與股骨滑車(chē)為參考，股骨末梢以?xún)?nèi)外側(cè)髁邊緣為參考，中央放置導(dǎo)向器，通過(guò)模塊4個(gè)固定孔分別固定。沿鋸槽截骨，截骨后測(cè)量截骨厚度，根據(jù)需要進(jìn)行矯正截骨。脛骨端去除半月板后，以脛骨平臺(tái)前內(nèi)側(cè)皮質(zhì)為參考安置脛骨模塊，固定針固定后進(jìn)行截骨。由于解剖差異，截骨后股骨及脛骨端均不使用髓內(nèi)定位桿及力線桿檢測(cè)力線，只需嚴(yán)格計(jì)算截骨厚度、檢查屈伸活動(dòng)度及關(guān)節(jié)穩(wěn)定性，必要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充截骨和關(guān)節(jié)囊、側(cè)副韌帶松解。然而，定制截骨導(dǎo)向器存在費(fèi)用高、定制時(shí)間長(zhǎng)等不足。

2.2 傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)TKA器械

應(yīng)用傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)TKA器械進(jìn)行KA-TKA同樣能達(dá)到精準(zhǔn)對(duì)線并取得良好臨床療效[3,9]。術(shù)前MRI掃描預(yù)估軟骨及軟骨下骨缺損，缺損評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)為終末期內(nèi)翻膝股骨內(nèi)髁末梢缺損厚度2 mm，后髁末梢缺損厚度1 mm，終末期外翻膝股骨外髁與后髁末梢缺損厚度均為2 mm。術(shù)中均不使用髓內(nèi)定位桿及力線桿校準(zhǔn)。股骨端匹配假體厚度及型號(hào)后選擇合適大小導(dǎo)向器，導(dǎo)向器前緣貼近髁間窩前緣，以無(wú)缺損側(cè)為參考平放，缺損側(cè)抬離2 mm，固定后截去股骨末梢骨塊，游標(biāo)卡尺復(fù)測(cè)，若內(nèi)、外側(cè)相差超過(guò)2 mm，則重新平行截骨。后髁截骨模塊中立位放置，以無(wú)缺損側(cè)為參考，缺損側(cè)抬離1～2 mm作為補(bǔ)償，截除后髁骨塊，同樣游標(biāo)卡尺復(fù)測(cè)，若實(shí)際截骨與預(yù)期相差超過(guò)2 mm，則需重新調(diào)整導(dǎo)向器旋轉(zhuǎn)角度補(bǔ)充截骨。完全暴露脛骨平臺(tái)，補(bǔ)償骨軟骨缺損后，繪出外側(cè)平臺(tái)邊界，作外側(cè)平臺(tái)前后軸，髓外定位桿定位準(zhǔn)確后，調(diào)整脛骨端截骨導(dǎo)向器使其平行于補(bǔ)償后的軟骨面，內(nèi)、外側(cè)截骨厚度需相等且與脛骨假體厚度一致，放置脛骨假體試模，試模前后軸平行外側(cè)脛骨平臺(tái)前后軸。根據(jù)下肢力線及松緊度調(diào)整試模及襯墊厚度，進(jìn)行內(nèi)側(cè)或外側(cè)軟組織松解，必要時(shí)進(jìn)行補(bǔ)償截骨。

2.3 計(jì)算機(jī)導(dǎo)航

術(shù)中定制截骨導(dǎo)向器及傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)TKA器械均無(wú)法實(shí)時(shí)對(duì)截骨及假體植入進(jìn)行反饋。隨著技術(shù)的進(jìn)步，計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)已廣泛應(yīng)用于外科手術(shù)中。Hutt等[10]將計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用于KA-TKA，并取得良好療效。取髕旁入路，術(shù)中常規(guī)內(nèi)側(cè)副韌帶松解，向外側(cè)半脫位髕骨，術(shù)中采用計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)確定冠狀面下肢運(yùn)動(dòng)力線，恢復(fù)患膝正常解剖力線及脛骨屈伸運(yùn)動(dòng)軸，股骨末梢及脛骨近端截骨厚度統(tǒng)一設(shè)定等同于假體厚度(9 mm)。術(shù)中補(bǔ)償股骨末梢關(guān)節(jié)面缺損，標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為完全缺損補(bǔ)償3 mm，部分缺損補(bǔ)償1～2 mm，計(jì)算機(jī)導(dǎo)航系統(tǒng)重新調(diào)整冠狀面截骨角度，截骨后游標(biāo)卡尺測(cè)量骨塊厚度，對(duì)比誤差，重新測(cè)量力線，如下肢力線偏離預(yù)設(shè)“安全區(qū)”±3°或股骨(脛骨)力學(xué)軸偏離±5°則需重新截骨。后髁截骨采用傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)器械進(jìn)行，與傳統(tǒng)方式無(wú)差異。

3 術(shù)后療效優(yōu)勢(shì)

3.1 接近生理狀態(tài)

恢復(fù)下肢力線是TKA的理想目標(biāo)，假體對(duì)線不齊會(huì)造成局部接觸應(yīng)力增加、髕骨半脫位等，最終導(dǎo)致手術(shù)失敗而需翻修[11]。MA-TKA為二維對(duì)線，標(biāo)準(zhǔn)為創(chuàng)造中立位下肢力線。正常膝關(guān)節(jié)負(fù)重位時(shí)，膝關(guān)節(jié)線基本平行地面[12]。研究[13]表明，MA-TKA取得中立位力線后，膝關(guān)節(jié)負(fù)重位時(shí)膝關(guān)節(jié)線平行于地面的關(guān)系被改變。KA-TKA為三維對(duì)線[5,14]，可模擬正常膝關(guān)節(jié)力線，它與MA-TKA在整個(gè)下肢力線及膝關(guān)節(jié)線與中立軸關(guān)系方面并無(wú)顯著性差異，而術(shù)后膝關(guān)節(jié)線傾斜度與正常膝關(guān)節(jié)線接近，基本恢復(fù)正常膝關(guān)節(jié)狀態(tài)[12]。

3.2 軟組織平衡

MA-TKA中參照下肢機(jī)械軸截骨，內(nèi)、外側(cè)截骨量不一致，為求軟組織平衡，常需較大范圍松解側(cè)副韌帶及關(guān)節(jié)囊，但在膝關(guān)節(jié)屈伸狀態(tài)下仍難以達(dá)到軟組織平衡，究其原因可能為截骨后其與正常膝關(guān)節(jié)解剖不匹配。而在KA-TKA中膝關(guān)節(jié)伸直位時(shí)未發(fā)現(xiàn)雙側(cè)側(cè)副韌帶緊張，0°～90°屈曲過(guò)程中也沒(méi)有因不當(dāng)?shù)能浗M織松解而導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)發(fā)生[13]。Delport等[15]研究發(fā)現(xiàn)，KA-TKA后側(cè)副韌帶張力接近正常生理狀態(tài)，且假體放置位置在冠狀面上存在±2°安全區(qū)，表明KA-TKA能基本恢復(fù)軟組織平衡。

3.3 假體置入精準(zhǔn)

MA-TKA常參考脛骨結(jié)節(jié)內(nèi)緣或內(nèi)1/3安裝脛骨假體。研究[16]報(bào)道，脛骨結(jié)節(jié)寬度及位置個(gè)體差異較大，以脛骨結(jié)節(jié)內(nèi)緣、內(nèi)1/3作為定位參考，分別會(huì)導(dǎo)致70%、86%的脛骨假體5°以上旋轉(zhuǎn)不良，理論上將造成假體邊緣應(yīng)力增加、假體磨損加速等風(fēng)險(xiǎn)。KA-TKA參考脛骨外側(cè)平臺(tái)前后軸確定脛骨平臺(tái)旋轉(zhuǎn)，術(shù)后CT掃描評(píng)估顯示97%患者脛骨假體旋轉(zhuǎn)偏離都控制在可接受范圍內(nèi)[17]。計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)則是根據(jù)術(shù)中測(cè)量數(shù)據(jù)，自動(dòng)計(jì)算出最佳力線、脛骨旋轉(zhuǎn)，引導(dǎo)術(shù)中假體植入，因此更為精確。Nedopil等[18]研究股骨、脛骨假體在水平面上旋轉(zhuǎn)不良對(duì)KA-TKA后患者膝關(guān)節(jié)功能的影響，發(fā)現(xiàn)脛骨假體水平面上旋轉(zhuǎn)不良程度大于股骨假體，但旋轉(zhuǎn)不良程度與術(shù)后牛津大學(xué)膝關(guān)節(jié)評(píng)分(OKS)、西大略湖和麥克馬斯特大學(xué)(WOMAC)骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)并無(wú)顯著聯(lián)系。

MA-TKA常參考股骨后髁軸外旋3°線、股骨髁上軸、垂直于Whiteside線確定股骨旋轉(zhuǎn)。研究[19]發(fā)現(xiàn)，脛骨固有屈伸軸較經(jīng)股骨髁上軸約內(nèi)旋4.6°。上述參考軸線均為虛軸，術(shù)中無(wú)法實(shí)際測(cè)量，在實(shí)際操作過(guò)程中偏差會(huì)較理論值更大。因此，MA-TKA并不能恢復(fù)脛骨生理屈伸運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。而KA-TKA主要參考股骨髁骨軟骨缺損情況，根據(jù)假體厚度補(bǔ)償截骨，原位恢復(fù)關(guān)節(jié)面，從而確定股骨旋轉(zhuǎn)。Park等[20]通過(guò)影像學(xué)測(cè)量KA-TKA后股骨假體后髁軸與股骨后髁軸、股骨髁上軸、股骨滑車(chē)前后軸的關(guān)系，證實(shí)KA-TKA后脛骨屈伸軸基本接近正常生理狀態(tài)。

3.4 術(shù)后功能及假體生存率

Howell等[8]對(duì)行KA-TKA的患者進(jìn)行隨訪，用OKS評(píng)分和WOMAC骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)評(píng)價(jià)膝關(guān)節(jié)功能及記錄隨訪期內(nèi)失敗率，平均隨訪38個(gè)月，結(jié)果發(fā)現(xiàn)術(shù)后中立位、稍?xún)?nèi)翻和稍外翻的下肢力線對(duì)膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分并無(wú)顯著影響，隨訪期內(nèi)未出現(xiàn)手術(shù)失敗，術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分較術(shù)前均顯著提高。另一項(xiàng)研究[21]報(bào)道，對(duì)214例行KA-TKA的患者(219膝)平均隨訪6.3年，結(jié)果顯示生存率為97.5%，每年僅0.4%患者需翻修，平均OKS評(píng)分為43分，WOMAC骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)為91；KA-TKA組80%脛骨假體、31%膝力線和7%下肢力線稍?xún)?nèi)翻，其生存率及膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分與標(biāo)準(zhǔn)組無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。研究[22]報(bào)道，KA-TKA后膝關(guān)節(jié)屈曲時(shí)無(wú)脛骨襯墊邊緣負(fù)重的情況發(fā)生，且脛骨相對(duì)股骨外旋時(shí)，假體間的相對(duì)位移發(fā)生率較低。這在一定程度上意味著參考患者本身力線是安全的。大數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)[3]顯示，KA-TKA后最短住院時(shí)間為2 d，98%患者無(wú)需系統(tǒng)康復(fù)治療；術(shù)后4～5周，80%患者行走不需拄拐，54%患者可正常駕車(chē)，88%患者膝關(guān)節(jié)功能較術(shù)前明顯改善，94%患者自覺(jué)膝關(guān)節(jié)恢復(fù)正?；蚪^大部分恢復(fù)正常，98%患者對(duì)膝關(guān)節(jié)恢復(fù)滿意，患者總體滿意度得到提高。Dossett等[4-5]為比較KA-TKA與MA-TKA療效，通過(guò)WOMAC骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)、OKS評(píng)分、美國(guó)膝關(guān)節(jié)協(xié)會(huì)評(píng)分(KSS)、膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分(KFS)、聯(lián)合膝關(guān)節(jié)協(xié)會(huì)評(píng)分(CKSS)等評(píng)估膝關(guān)節(jié)功能，發(fā)現(xiàn)術(shù)后6個(gè)月及2年KA-TKA組膝關(guān)節(jié)功能評(píng)分優(yōu)于MA-TKA組；KA-TKA組在膝關(guān)節(jié)屈曲活動(dòng)度、疼痛緩解、離院前步行距離等方面也存在一定優(yōu)勢(shì)。但也有學(xué)者[23]報(bào)道，術(shù)后2年KA-TKA組與MA-TKA組OKS評(píng)分、WOMAC骨關(guān)節(jié)炎指數(shù)均無(wú)顯著性差異。因此，KA-TKA與MA-TKA療效對(duì)比還有待進(jìn)一步研究。

4 并發(fā)癥

目前臨床上暫無(wú)針對(duì)KA-TKA設(shè)計(jì)的解剖型假體。在置入假體時(shí)，KA-TKA較MA-TKA股骨假體后傾約多5°，股骨假體外翻多2°，脛骨假體內(nèi)翻多2°，水平面內(nèi)旋多3°[4,9]。軸位稍后傾放置股骨假體能增加假體匹配度，減小假體型號(hào)并改善關(guān)節(jié)屈曲間隙平衡[24]。但膝關(guān)節(jié)屈曲運(yùn)動(dòng)起始，股骨滑車(chē)對(duì)髕骨的捕獲延遲，可能增加髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)[11]。Brar等[25]研究發(fā)現(xiàn)，股骨假體軸位0°、5°、10°、15°后傾置入時(shí)，KA-TKA組股骨滑車(chē)頂點(diǎn)向外及向下位移、假體型號(hào)縮減較MA-TKA組明顯。另一項(xiàng)KA-TKA與MA-TKA的隨機(jī)對(duì)照研究[9]報(bào)道，術(shù)后2年KA-TKA組與MA-TKA組髕骨相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生率均為4.5%，兩組早期失敗率也無(wú)顯著性差異。因此，KA-TKA中假體滑車(chē)頂點(diǎn)位移增大的臨床意義還有待探究。Ishikawa等[11]報(bào)道，KA-TKA時(shí)置入多半徑假體，術(shù)后膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)接近正常膝關(guān)節(jié)，但髕股關(guān)節(jié)及脛股關(guān)節(jié)接觸應(yīng)力明顯增加，可能增加假體磨損風(fēng)險(xiǎn)。但目前尚無(wú)文獻(xiàn)報(bào)道其遠(yuǎn)期磨損率。

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(收稿：2016-08-05; 修回：2016-09-18)

(本文編輯：盧千語(yǔ))

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10.3969/j.issn.1673-7083.2016.06.004