电子压力测量垫片在膝关节手术教学中的应用

江 凌，刘延青，田 华

(北京大学第三医院 1.超声科； 2.骨科， 北京 100191)

膝关节置换手术已经成为治疗严重膝关节疾病的成功方法。膝关节手术的成功与力线的恢复和软组织平衡相关，软组织不平衡会造成膝关节疼痛、僵硬、磨损，甚至影响长期生存率[1]。不同于膝关节力线，软组织平衡缺乏客观量化标准，只能根据术者的经验判断是否平衡，而经验的学习积累需要漫长的过程。

随着电子技术的发展，近年来出现电子压力测量垫片，可以测量膝关节垫片内/外侧受到的压力，从而根据压力数值判断是否软组织平衡,软组织平衡也就有了客观的标准。在2014年的一篇文献中，Gustke等[2]第一次报道了使用电子垫片在176例膝关节置换手术中87%获得软组织平衡。如果膝关节手术培训中使用电子垫片，可以改变教学方式，使得软组织平衡技术更容易学习。本文尝试在手术教学中使用电子压力测量垫片作为软组织平衡判断的标准，评价医生的软组织平衡能力，以及观察通过学习后软组织平衡能力是否提高。根据产品手册和文献[3]本研究定义压力平衡为膝关节内/外单侧压力<100 N(牛顿),伸直0°两侧压力差<40 N,屈曲45°、90°压力差<30 N，没有0 牛顿情况。否则为不平衡。

1 材料与方法

1.1 材料

本组使用电子垫片的病例来自北京大学第三医院2018年12月至2020年1月接受膝关节置换手术的58例患者，其中男性8例，女性50例，平均年龄67.5岁(57～81岁)；其中双膝关节置换同期手术10例，双膝关节分期手术2例，共70例膝关节置换手术。平均手术前畸形内翻12.5度，其中外翻2例。

本研究已获得北京大学第三医院伦理委员会批准(批准文号：D201707902)；术前签署患者知情同意。

本研究使用的电子垫片由中国山东省Yiemed.co LTD.生产，产品型号YM-SNGII-CR34，这种装置外观和普通的膝关节垫片一样，内置的电子元件可以感受膝关节内侧和外侧的压力，数据通过无线传输到电脑接收器，转化显示为压力数值，精确到0.01 N(牛顿)。依据压力差可以判断内外侧是否平衡 (图1，2)。

图1 电子压力测量垫片Fig 1 Electrical sensor

图2 电子压力垫片输出数据Fig 2 Output data screen of electrical sensor

1.2 方法

在膝关节置换手术教学中，以电子垫片压力数值作为测试标准，评价5位进修医生通过学习是否能够判断软组织平衡。5位进修医生作为第一助手每人参与完成14例手术。5位进修医生参与的第1、2例手术编为第1组，第3、4例编为第2组，以此类推共7组，每组10例手术。

手术采用腰椎硬膜外联合蛛网膜下腔麻醉或全身麻醉，使用止血带。使用Smith-Nephew Genesis Ⅱ器械。膝前正中切口，髌骨内侧入路，松解胫骨内侧副韧带深层，反转髌骨。先胫骨髓外定位后倾3°截骨9 mm，注意保留PCL胫骨止点。股骨髓内定位外翻5°截骨9 mm。测量截骨法截股骨前后和斜面。去除骨赘。

由进修医生评价软组织是否平衡。用间隙测量块测试膝伸直0°和屈曲90°位置，如内外侧不平衡，内侧较外侧紧张，内侧副韧带胫骨袖套松解；外侧较内侧紧张，外侧韧带“拉花”松解。如伸直屈曲不平衡，伸直间隙<屈曲间隙，截股骨远端；伸直间隙>屈曲间隙，增加后髁截骨量，选小一号假体。用内外翻试验检查屈曲45°是否平衡。

使用电子压力垫片，安放股骨试体。根据电子垫片测定的压力评价内外侧软组织是否平衡。比较在伸直0°屈曲45°、90°位置，进修医生判断与电子垫片测量是否一致。

1.3 统计学分析

数据统计分析使用SPSS23软件，独立样本计数资料采用Fisher精确概率检验，P<0.05有统计学意义。

2 结果

所有病例术后力线恢复正常，无严重并发症。

2.1 各组不平衡病例数

进修医生在最初第1组中不平衡病例最多，经过学习后软组织平衡技术进步不平衡病例数显著减少，此后维持在较低水平，第1组与其他组比较有显著差异(P<0.05)。各组内膝关节在0°、45°、90°的不平衡病例数接近，但是第5组45°不平衡病例数较0°、90°多，差异无统计学意义(图3)。

图3 各组间膝关节0°、45°、90°不平衡病例比较Fig 3 The unbalanced cases of seven groups in 0°，45°，90°knee position

分别比较0°、45°、90°不平衡病例数的变化相似，第1组不平衡病例最多，此后减少(图4～6)。

2.2 每个医生的不平衡病例数

5位进修医生之前都没有独立完成膝关节置换的经验，在本研究中不同医生的不平衡病例数没有显著差异(图7)。

*P<0.05，与其他组比较图4 各组 0°不平衡病例占比的比较Fig 4 The comparison of unbalanced case ratio in 0°knee position between seven groups

*P<0.05，与第7组比较图5 各组 45°不平衡病例占比的比较Fig 5 The comparison of unbalanced case ratio in 45°knee position between seven groups

图6 各组膝关节90°不平衡病例占比的比较Fig 6 The comparison of unbalanced case ratio in 90°knee position between seven groups

3 讨论

软组织平衡是膝关节置换手术成功的关键因素，不平衡会导致疼痛、松动、关节僵硬，甚至造成早期失败需要翻修手术[4-5]。传统的方法对于是否软组织平衡缺乏客观的标准，根据术者触摸韧带张力和内外翻膝关节观察膝关节是否稳定来判断平衡[6]。由于没有明确的标准，造成学习理解的困难，学习软组织平衡需要长期的经验积累。电子压力测量垫片是新的测量工具，在膝关节手术中使用不过6年时间。文献报道使用电子垫片辅助软组织平衡的患者术后满意度和评分均有提高[7]。这一技术进步使得软组织平衡判断有了客观量化的标准，提高了手术的精确性，也改变了膝关节手术的教学方法。

3.1 电子垫片在膝关节手术教学中的作用

1)作为软组织平衡的新标准。传统的教学是在手术中由教师确认软组织平衡，培训的医生用间隙块(20 mm厚度塑料或金属块)放在间隙中感受摩擦力和松紧度。但是由于教师对软组织平衡判断标准不同，也会有错误情况，造成学员理解的混乱，找不到准确的标准，影响学习效果。更重要的是一旦学员接受了错误的标准将影响手术效果。因此教学中需要一种客观量化的金标准来判断软组织是否平衡。MacDessi等[8]比较医生经验判断平衡和电子垫片测量平衡，发现在膝关节10°、45°、90°位置，医生经验和电子垫片的符合率分别是63%、57.5%、63.8%，总的敏感性81%，特异性37.9%，电子垫片优于医生的经验。电子垫片测量可以作为软组织平衡的金标准。

2)及时反馈软组织平衡结果，缩短学习时间。电子垫片用于医生手术培训中，能够量化判断医生对软组织平衡的决策是否正确，医生可以得到及时反馈积累经验。本测试结果发现经过2次学习后，医生对平衡的认识有明显提高，不平衡病例数明显减少了。

3)评价教学效果。分别研究不同角度的平衡学习情况发现，0°的平衡最容易掌握，学习14次后不平衡只有1例。45°虽然最后也降到了1例不平衡，但是其中间阶段表现不稳定，有过6例不平衡情况。90°最终降到2例。图3中45°不平衡病例总共达23例(23/70例)，因此45°平衡判断最困难。图7中5位医生不平衡分别有9～13例，也反映出45°不平衡病例较多，这符合之前Woon等[9]的研究，他们使用CUSUM累计曲线评价电子垫片膝关节置换学习效果，伸直10°在41例通过学习曲线，而经过49例手术45°仍在不接受控制线上。

图7 5位医生在膝关节0°、45°、90°不平衡病例比较Fig 7 The unbalanced cases of 5 surgeons in 0°，45°， 90°knee position

4)改变平衡检查方法。不同于以往的平衡检测方法，电子垫片可独立作为一种新的检测方法，它的精确度更高，将来应用会更广泛。但是现在国内产品少，费用贵(3 500元/例)限制了电子垫片的使用，很长时间内仍然会使用传统的平衡检查方法。

3.2 本文总结了使用电子垫片教学膝关节软组织平衡技术的方法

1)学习掌握韧带松紧程度。通过垫片测量的数值结合术者术中对韧带张力的感觉，学会判断韧带太紧(关节压力>200 N),和韧带太松(<20 N)。

2)学习判断内外侧压力不平衡。术者可以使用传统手术中的间隙测量块获得学习经验，在电子垫片显示平衡的病例中，间隙测量块可以在膝关节股骨与胫骨间隙内活动，内侧和外侧有均匀的摩擦阻力；在电子垫片显示不平衡的病例，间隙测量块在股骨与胫骨间隙内的活动，可以感觉到来自内侧的摩擦阻力大于外侧，或者外侧摩擦阻力大于内侧。

3)学习判断间隙不平衡出现的一侧翘起(lift-off)现象。电子垫片显示一侧没有压力，文献报道一组322例膝关节置换术，28.3%电子垫片测得一侧没有压力，而术者只能判断出其中一半[8]。本研究发现对于屈曲时出现的一侧没有压力的情况，可以抬起大腿，让足离开手术台，此时可以看到一侧股骨髁与垫片没有接触而有缝隙。

综上所述，电子压力测量垫片作为膝关节软组织平衡的金标准，用于手术教学中能够统一平衡标准，及时反馈平衡情况，有助于医生快速积累经验，掌握软组织平衡技术。