趙永正,呂波,許瀚,官孝天,牟雅潔,劉青松,馮超

(1.成都體育學(xué)院運(yùn)動(dòng)醫(yī)學(xué)與健康學(xué)院，成都 610041；2.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院四川省人民醫(yī)院骨科，成都 610072；3.成都市第一骨科醫(yī)院,成都 610072)

1 引 言

在TKR術(shù)中的假體對(duì)齊和軟組織平衡將影響TKR術(shù)后假體的使用壽命、關(guān)節(jié)的功能及患者的滿意度[1]。韌帶松弛和假體不對(duì)齊造成的膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)是TKR術(shù)后的主要并發(fā)癥，也成為短期內(nèi)翻修的主要原因之一[2]。在相同設(shè)計(jì)的植入物中，分析透視運(yùn)動(dòng)學(xué)(透視下觀察脛骨和股骨運(yùn)動(dòng))和磨損變化出現(xiàn)了很大差異，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)TKR中軟組織平衡的重要性[3]。一項(xiàng)針對(duì)526例[4]TKR的研究發(fā)現(xiàn)，大量軟組織松解的膝關(guān)節(jié)在短期臨床結(jié)果中表現(xiàn)良好，無并發(fā)癥發(fā)生，并且與那些術(shù)前畸形較少、需要較少軟組織松解的膝關(guān)節(jié)相比，在一年內(nèi)取得了相似的臨床結(jié)果，與術(shù)前相比韌帶松解也能在短期內(nèi)改善預(yù)后，證實(shí)了軟組織韌帶松解的可操作性。

手術(shù)中軟組織松解可改善軟組織的平衡，獲得較好的功能結(jié)果，但不恰當(dāng)?shù)乃山獗徽J(rèn)為是不穩(wěn)的主要原因[5-6]。一般，手術(shù)中醫(yī)生可通過測(cè)量截骨技術(shù)和間隙平衡技術(shù)使TKR術(shù)后的膝關(guān)節(jié)達(dá)到平衡狀態(tài)。在測(cè)量截骨技術(shù)中，平衡韌帶之前先進(jìn)行骨切除，優(yōu)點(diǎn)是更好地與解剖機(jī)械軸對(duì)齊[7]。在間隙平衡技術(shù)中，術(shù)者先松解軟組織，然后將股骨與脛骨平行切開?，F(xiàn)在很多醫(yī)師試著將兩者技術(shù)聯(lián)合使用，下肢力線和軟組織平衡也取得了良好的結(jié)果[8-9]。最近有很多手術(shù)器械用于組件對(duì)齊，但韌帶平衡仍然在很大程度上依賴于外科醫(yī)生的主觀感覺, 重復(fù)性和精確度不能保證[10]。

2 傳統(tǒng)手術(shù)平衡機(jī)械裝置

使用機(jī)械牽開裝置時(shí)，醫(yī)生需對(duì)器械施加壓力來分離關(guān)節(jié)和測(cè)量截骨后的間隙[11](見圖1)。在使用機(jī)械設(shè)備時(shí)，由于精度較低，膝關(guān)節(jié)平衡往往很難實(shí)現(xiàn)，一部分原因是外科醫(yī)生手動(dòng)施力，施力大小易受主觀變化影響，一部分原因是儀器上的視覺標(biāo)記分辨率較低[7,12-14]。盡管醫(yī)生認(rèn)為在手術(shù)中的膝關(guān)節(jié)是平衡的，但據(jù)報(bào)道，大于50%的膝關(guān)節(jié)存在高達(dá)3 mm的屈伸間隙不匹配[14]。

圖1 (a).間隙平衡裝置根據(jù)軟組織張力調(diào)整股骨旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)矩形屈曲間隙;(b).撐開器Fig.1 (a).The gap balancing device adjusts the femoral rotation according to soft tissue tension to achieve the rectangular buckling gap;(b).Open device

通常用于韌帶平衡的機(jī)械設(shè)備可分為間隔塊、間隙平衡器和關(guān)節(jié)撐開裝置。在使用間隔塊時(shí)，外科醫(yī)生選擇一個(gè)合適大小的間隔塊，手動(dòng)檢查膝關(guān)節(jié)在完全伸展和90°屈曲時(shí)的松弛情況。使用關(guān)節(jié)撐開裝置時(shí)，醫(yī)生用手對(duì)撐開器施加壓力分開關(guān)節(jié)，測(cè)量兩骨之間的距離。研究發(fā)現(xiàn)，在比較間隔塊和干擾物時(shí)，對(duì)等間距的評(píng)估存在20%的分歧，在人工平衡完成后進(jìn)行的術(shù)中測(cè)量顯示，內(nèi)側(cè)和外側(cè)間室之間的不平衡平均為22.7 N[15]。另一項(xiàng)比較間隔塊、撐開器和試驗(yàn)部件的研究發(fā)現(xiàn)，使用手術(shù)器械存在主觀性，在比較間隔塊和撐開器時(shí)，對(duì)相等間隙的評(píng)估也存在高達(dá)20%的分歧，盡管韌帶松解適當(dāng)，術(shù)中使用墊片保持平衡，但在術(shù)后透視運(yùn)動(dòng)學(xué)分析中，仍有40%的患者出現(xiàn)股骨髁突翹起，24%的患者脛骨旋轉(zhuǎn)異常[16]。

3 計(jì)算機(jī)輔助裝置

計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助TKR技術(shù)，在股骨與脛骨上安裝紅外線反射球，通過紅外線等技術(shù)把信息傳給計(jì)算機(jī)，通過計(jì)算機(jī)調(diào)整截骨信息，幫助醫(yī)師精確截骨[17](見圖2)。其優(yōu)點(diǎn)是幫助醫(yī)師減少主觀判斷失誤，使假體植入更加準(zhǔn)確，下肢力線更加精確，屈伸間隙更加平衡[17-20]。導(dǎo)航輔助間隙平衡產(chǎn)生的異常值更少，股骨-脛骨間隙比傳統(tǒng)測(cè)量截骨技術(shù)的矩形間隙更少[21-22]。

圖2 (a).計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助TKR的軟組織平衡;(b).計(jì)算機(jī)導(dǎo)航輔助TKR術(shù)后影像學(xué)表現(xiàn)Fig.2 (a).Soft tissue balance of TKR assisted by computer navigation;(b).Imaging findings after computer navigation assisted TKR

計(jì)算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)通常以骨骼標(biāo)志物做參照，經(jīng)常忽視軟組織對(duì)膝關(guān)節(jié)的重要性。一項(xiàng)meta[19]分析認(rèn)為，機(jī)器人輔助手術(shù)和計(jì)算機(jī)導(dǎo)航手術(shù)能改善下肢對(duì)齊和假體定位，相對(duì)于醫(yī)師手動(dòng)控制能更好地提高手術(shù)結(jié)果，但在軟組織平衡時(shí)，計(jì)算機(jī)導(dǎo)航的作用還需進(jìn)一步研究。Brown等[23]對(duì)連續(xù)的3 100例計(jì)算機(jī)導(dǎo)航TKR患者的并發(fā)癥進(jìn)行回顧性評(píng)估，手術(shù)中使用的高速電鋸、微創(chuàng)拉鉤和定位釘?shù)仁中g(shù)器械會(huì)誤傷皮膚、韌帶和腓總神經(jīng)。因此，計(jì)算機(jī)導(dǎo)航TKR技術(shù)能精確截骨與準(zhǔn)確定位假體，在平衡和保護(hù)膝關(guān)節(jié)周圍軟組織時(shí)還需提高。

4 電子平衡裝置

傳統(tǒng)的手術(shù)機(jī)械裝置通常只測(cè)量90°彎曲和完全伸展時(shí)的間隙，且精確度很難保證。電子平衡裝置通過調(diào)節(jié)膝關(guān)節(jié)內(nèi)、外間室的屈伸間隙應(yīng)力來幫助軟組織平衡，可測(cè)量顯示內(nèi)側(cè)、外側(cè)室間力以及股骨接觸部位。

Fig.3Electronic mechanical balance measuring device (gasket prosthesis)

電子平衡裝置在概念上等同于帶有壓力敏感器和帶力傳感器的脛骨墊片[24-29](見圖3)。股骨截骨完成后，利用電子平衡裝置完成膝關(guān)節(jié)屈曲、伸展時(shí)內(nèi)、外側(cè)間室應(yīng)力相等。Camarata[30]報(bào)道了eLIBRA裝置，在脛骨和股骨遠(yuǎn)端切開后，在股骨遠(yuǎn)端加上應(yīng)力感受器，脛骨近端插入合適厚度的傳感器智能脛骨墊片，利用股骨后髁截骨對(duì)齊來平衡90°屈曲時(shí)內(nèi)側(cè)和外側(cè)隔間的應(yīng)力，優(yōu)點(diǎn)是減少軟組織的松解。Gustke等[31]提出在假體內(nèi)加入傳感器智能墊片、信號(hào)接收器、數(shù)據(jù)顯示終端的電子負(fù)載傳感器Verasense。手術(shù)截骨完成后，將合適厚度的傳感器智能墊片插入膝關(guān)節(jié)，在屈膝0°、10°、45°、90°、120°測(cè)量關(guān)節(jié)壓力，通過信號(hào)接收器、數(shù)據(jù)顯示終端顯示出膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)應(yīng)力值，從而指導(dǎo)醫(yī)生完成手術(shù)。Gustke等[31]、Meere等[32]在術(shù)中運(yùn)用該傳感器墊片松解軟組織，取得了內(nèi)外側(cè)壓力大致相等的結(jié)果。Gustke等[33]、Elmallah等[34]、Golladay等[35]把傳感器與傳統(tǒng)間隙平衡技術(shù)做比較發(fā)現(xiàn)，傳感器墊片組的膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)應(yīng)力比傳統(tǒng)組應(yīng)力差更小，但傳感器組需要更多次的松解。因軟組織需更多次松解，手術(shù)步驟、手術(shù)時(shí)間也相應(yīng)增加，有研究報(bào)道對(duì)初學(xué)者平均增加了11 min，但是當(dāng)手術(shù)超過50臺(tái)后，利用電子平衡裝置的手術(shù)時(shí)間將與傳統(tǒng)手術(shù)時(shí)間接近[36-37]。

圖3 電子力學(xué)平衡測(cè)量裝置(墊片假體)

為了撐開力更加可控，改進(jìn)的電子平衡裝置上增加了機(jī)械位移裝置與位移傳感裝置[38](見圖4)。改進(jìn)后的電子平衡裝置可在脛骨截骨、股骨截骨、切斷不同的軟組織后使用該裝置，以滿足膝關(guān)節(jié)不同屈曲角度下的應(yīng)力平衡。吳昊等[39]團(tuán)隊(duì)研制的自動(dòng)液壓撐開裝置通過對(duì)兩個(gè)球囊注入液體，液體容積經(jīng)電腦分析后可用來反饋間距與壓力的變化。Kwak等[40]對(duì)氣缸里注入氣體將力傳導(dǎo)至股骨板來測(cè)量膝內(nèi)、外側(cè)的間距與壓力。Kwak在尸體研究中驗(yàn)證了該裝置牽引力為150 N，與醫(yī)生手動(dòng)拉力(148±9.1)N相一致[40]。Hasenkamp等[41]報(bào)道了在電子平衡裝置的墊片內(nèi)加入可控制的氣囊，改進(jìn)后的裝置有完整測(cè)量整個(gè)彎曲范圍內(nèi)的股骨-脛骨距離和內(nèi)外側(cè)應(yīng)力的功能，體外實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該裝置距離誤差在0.1 mm以內(nèi)，應(yīng)力誤差在4 N以內(nèi)，醫(yī)生可以利用該裝置顯示的股骨-脛骨距離和內(nèi)外側(cè)應(yīng)力實(shí)現(xiàn)軟組織的平衡。

圖4 (a).電子平衡測(cè)量裝置安裝在大腿上，利用注射器充氣調(diào)整膝內(nèi)、外側(cè)應(yīng)力于股骨-脛骨距離；(b).股骨切開前軟組織的松解與電子平衡測(cè)量組織的試插入Fig. 4 (a).The electronic balance measuring device is installed on the thigh, and the internal and external stresses of the knee are adjusted to the femur - tibia distance by injecting gas；(b).Release of femur soft tissue before incision and test insertion of electron balance measurement tissue

5 不足與展望

目前傳統(tǒng)器械的TKR術(shù)軟組織平衡在我國還是主流，存在手術(shù)成本高昂、醫(yī)生技術(shù)要求、新技術(shù)尚需普及等問題，軟組織平衡還停留在醫(yī)生主觀判斷階段。計(jì)算機(jī)輔助導(dǎo)航技術(shù)雖能精確下肢力學(xué)對(duì)線，但軟組織平衡方面還需進(jìn)一步優(yōu)化。電子平衡測(cè)量裝置幫助醫(yī)生術(shù)中對(duì)軟組織完美平衡，但報(bào)道相對(duì)較少。計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)與無線傳感技術(shù)是不斷發(fā)展的學(xué)科，隨著兩種技術(shù)的不斷進(jìn)步與報(bào)道的增多，未來將改變目前憑醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)判斷關(guān)節(jié)是否達(dá)到平衡的處境。