3D截骨联合动力学对线在膝内翻全膝关节置换术中的应用

李庆奇 刘宝帅 翟喜成 李涛 王英振*

（1.单县中心医院骨科，山东单县 274300；2.青岛大学附属医院骨科，山东青岛 266000）

随着医学的不断进步，终末期膝骨关节炎的治疗方式以全膝关节置换术（total knee arthroplasty,TKA）为主，该手术能减轻疼痛、纠正畸形、从而改善膝关节功能，提高患者生活质量[1]。机械学对线TKA（mechanical alignment-total knee arthroplasty,MA-TKA）是为了使髋膝踝角（hip-knee-ankle angle,HKA）达到0°，最终使下肢达到中立位[2]。从生物力学角度分析，该技术使膝关节内侧间室及外侧间室得到均衡，力量均衡后可以使衬垫磨损或假体松动减少，从而延长假体使用年限，提高手术成功率。而在自然人群中，膝关节存在着不同程度的内翻及外翻，MA-TKA并未考虑到这一点[3]。随着中国人口老龄化进程的加剧，每年行TKA的患者越来越多，但只有82%～92%的患者对疗效感到满意［4-7］，而依据关节被遗忘指数（for-gotten joint scores,FJS）评判标准，TKA 术后只有约42.9%的患者符合标准［8,9］。2006 年首次提出的动力学对线TKA（kinematic alignment-total knee arthroplasty,KA-TKA）逐渐应用于临床[10]。该技术主要是恢复膝关节原有的结构，恢复下肢原有的生物学力线，使假体活动轨迹与原解剖学活动轨迹相同，减少膝关节周围软组织松解。

本研究对单县中心医院收治的Ⅲ、Ⅳ级（K-L 分级）膝内翻患者采用KA-TKA 与MA-TKA 技术进行治疗，前瞻性比较分析两种手术技术的短期临床效果，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

纳入标准：①膝内翻关节炎，关节退变为Ⅲ、Ⅳ级（K-L分级）；②拍摄双下肢全长X线片，测量HKA≤12°且胫骨近端内侧角（medial proximal tibialangle,MPTA）≥85°；③膝关节疼痛明显，影响日常生活。排除标准：①膝关节重度屈曲挛缩＞20°且无明显后髁骨赘的患者；②严重类风湿性关节炎，以及其他炎性关节炎患者；③关节外畸形严重，韧带松弛者；④既往有膝关节手术史或外伤史，膝关节不稳定者；⑤髌股关节骨性结构或对位明显异常者；⑥严重骨质疏松患者。

根据上述纳入与排除标准，前瞻性纳入2018年6月至2019 年6 月收治的120 例患者，男52 例，女68例；年龄55～78岁，平均（68.9±7.0）岁。按照随机数字表法分为KA-TKA 组60 例，采用KA-TKA 技术；MATKA组60例，采用MA-TKA 技术。两组患者的年龄、性别、体重指数（body mass index,BMI），双下肢全长X 线片测量的HKA、MPTA，术前美国特种外科医院膝关节（the Hospital for Special Surgery,HSS）评分、疼痛视觉模拟评分（visual analogue scale,VAS）和膝关节活动度（range of motion,ROM）比较，差异均无统计学意义（P＜0.05，表1）。

本研究获得单县中心医院伦理委员会批准，患者均签署相关知情同意书。

1.2 治疗方法

1.2.1 术前检查：①MA-TKA 组：术前行双下肢全长X线片检查。②KA-TKA 组：术前行双下肢全长X 线片和下肢全长CT 检查，CT 检查的标准为在一个参照系内从行关节置换侧的髋关节到踝关节（最近端要包含股骨头，最远端要包含距骨），为了更准确的还原膝关节，要求行股骨髁及胫骨平台扫描时层厚不超过1 mm，要求包含关节线上下至少12 cm。

表1 两组患者一般资料比较（，n=60）

表1 两组患者一般资料比较（，n=60）

1.2.2 KA-TKA 组截骨导板的定制：①对下肢的影像学数据进行数据分析、优化，建立参照系，制定关节表面标志点，然后在软件上依据动力学对线（kinematic alignment,KA）技术恢复膝关节原有形态，根据目前磨损情况进行测量、模拟截骨和安放假体。②临床医师依据机械学对线（mechanical alignment,MA）技术要求对手术规划进行可视性修订。③依据修订后的手术方案模拟制作出定制截骨导板（patient specific instrumentation,PSI）。定制截骨导板（由纳通公司或爱康公司制作）完成后消毒备用，整个定制过程需要3～4个工作日。

1.2.3 手术方法：①两组均由同一组医师完成，所有手术均使用止血带，所有患者均未行髌骨置换。②两组均采用膝前正中切口，内侧髌旁入路。③两组采用相同的后交叉韧带保留型假体（由LINK 公司提供）。④MA-TKA 组术中采用胫骨髓外定位，股骨髓内定位及前参照系统截骨，以达到膝关节内侧间室及外侧间室的均衡。KA-TKA 组术中不采取定位，而是根据制作的截骨导板进行截骨，术中注意保留后交叉韧带。⑤安放假体后屈膝30°位关闭切口并常规留置引流管，术后下肢全长弹力绷带包扎。

1.2.4 术后处理：记录两组患者的手术时间、术中出血量、术后引流量及住院时间。术后复查双下肢负重位全长X 线片以及膝关节侧位和轴位X 线片。两组的术后伤口处理、功能锻练方法一致。术后24 h 拔除引流管，麻醉恢复后嘱患者行直腿抬高及踝泵功能锻炼。术后1周后出院。

1.3 随访计划及评价指标

术后1、6、12 个月及之后每年进行随访，采用微信结合门诊复查的方式进行随访评分。记录术后1年随访时的FJS、膝关节HSS 评分、VAS 评分与膝关节ROM。①FJS 评分：评估假体与自身的“适应”程度。有12 个题目，主要涉及患者日常活动中对自身假体意识的高低，回答分为“没有”（0 分）、“基本没有”（1 分）、“很少”（2 分）、“有时”（3 分）、“大多数”（4分），依据所有回答题目的平均分，乘以25 得出最后百分制的分数。②膝关节HSS评分：用于评估膝关节的一种评分系统，主要包括疼痛、功能、活动度、肌力、膝关节屈曲畸形、膝关节不稳定性6 个方面。③VAS评分：0分表示无痛，1～3分表示轻度疼痛，4～6分表示疼痛程度中等，7～9 分表示疼痛程度较重，10 分表示疼痛难以忍受[8]。④膝关节ROM：记录最大屈曲和最大伸直角度。

1.4 统计学方法

采用SPSS 21.0 软件进行统计学分析，计量资料以均数±标准差表示，两组比较采用t检验，计数资料比较采用χ2检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

两组全部获得随访，随访时间为12～26 个月,平均（19.7±6.7）个月。典型病例见图1。

2.1 手术情况比较

两组患者的手术时间、术中出血量、术后24 h 引流量和住院时间比较，差异均有统计学意义（P＜0.05，表2）。

2.2 随访结果比较

术后1 年随访，两组的FJS 评分、膝关节HSS 评分、VAS评分及膝关节ROM 比较，差异均有统计学意义（P＜0.05，表3）。

3 讨论

3.1 KA技术的介绍

TKA的目的是为了让患者满意，而不是追求X线片结果的完美及医师满意。据报道，约有40%的患者对关节置换的效果并不满意[11]。FJS 从2012 年开始出现在患者TKA术后评估系统中，具有很重要的意义，该评分评估假体与自身的“适应”程度，具有高结构有效性、低天花板效应、重测可靠性高和区别细微差别能力强等特点，目前已广泛应用于TKA术后的效果评价[12,13]。近年来提出的KA-TKA 技术根据患者膝关节本身运动轴进行截骨，最大程度重现了受损前膝关节生物学力线[14]。KA 技术最主要的目标是确认股骨、胫骨截骨水平及假体安放角度恢复至生理膝关节（或患病前膝关节），而不是单纯寻求下肢力线的中立。KA技术的基本方法是根据术前的膝关节影像资料生成膝关节三维模型，去除膝关节周围骨赘，填补关节面磨损，获得正常膝关节模型，选择型号合适、单一曲率的非对称股骨假体和胫骨假体精确重建。

3.2 KA技术与MA技术比较

图1 患者，女，62岁，因“左膝关节疼痛10年，加重伴活动受限半年”入院，近半年来左膝疼痛加重明显，不敢下地活动，自行保守治疗效果欠佳。查体：左膝轻度内翻畸形，无关节外畸形，膝关节内侧压痛明显，ROM为10°～100°，抽屉试验（-），侧方应力试验（-），左下肢肌力、感觉无异常。完善检查后行KA-TKA治疗，效果良好

表2 两组患者手术情况比较（，n=60）

表2 两组患者手术情况比较（，n=60）

表3 两组患者术后1年随访结果比较（，n=60）

表3 两组患者术后1年随访结果比较（，n=60）

下肢力线精确重建是患者术后假体寿命和术后功能的重要影响因素。既往TKA 中最常见的下肢力线重建方法是MA 技术。股骨头中心与踝关节中心的连线经过膝关节中心，该连线称为下肢力线；MA技术是指垂直于机械轴行股骨远端、胫骨近端截骨，使股骨-胫骨关节线垂直于下肢力线，MA-TKA 术后的下肢力线穿过中心并垂于膝关节线［15］，胫骨平台内外侧受力相等，理论上可以减少膝关节假体磨损，提高膝关节假体的生存率。与MA 技术关注的二维平面不同，KA技术关注的是患者个性化的解剖结构，并重建膝关节的三维立体结构，在最小化松解膝关节周围软组织及韧带的同时，将股骨、胫骨和髌骨的旋转轴与膝关节的3个生理运动轴线相一致［16］。股骨假体和胫骨假体固定在尽量不松解韧带的股骨、胫骨上［17,18］，并恢复膝关节线原有的角度和高度。根据患者膝关节的术前影像学表现，尽量恢复患者术前膝关节内、外翻关节线或中立位关节线。与MA-TKA模拟膝关节简易运动不同，KA-TKA 的目标是提高患者术后膝关节功能，减轻疼痛，减小手术创伤，并试图最大可能恢复膝关节原有的运动状态［19,20］。KA-TKA参照膝关节病变前状态原位恢复膝关节关节面，如果患者存在生理性内、外翻关节线，则术后部分患者股骨-胫骨关节线会偏离传统的中立位对线，外科医师也因此对KA-TKA术后假体磨损及寿命表示担忧。

3.3 KA-TKA的注意事项

①使股骨远端及胫骨近端与截骨导板贴合紧密，减少术中误差：术中暴露时要松解滑车近端、股骨远端前侧的软组织和内侧胫骨平台远端的软组织，术中要去除股骨髁远端和胫骨平台的部分残余软骨及增生的骨赘。②为了提高准确，手术时需要对定制截骨导板复验：股骨远端通过对比截骨导板和股骨髁之间的距离及旋转角度观察其是否正确；胫骨侧可以将术前下肢全长X 线片上测量的胫骨平台垂线指向与截骨导板的力线进行对比。③KA 技术要求精确截骨：术中测量每个截下来的骨片厚度+关节软骨补偿厚度（2 mm）+锯片厚度（2 mm）=关节假体相应位置的厚度，将截骨厚度进行记录和比较。④可以根据Howell 推荐的方法确定关节松弛度：测量膝关节屈曲90°时股骨内侧髁到胫骨平台前缘的距离［21］，注意术后测量结果需要补偿磨损的关节软骨厚度。术前进行对侧膝关节查体，病变较轻时以对侧膝关节作为指导。正常情况下，如果膝关节伸直体位时内侧稍松弛，KA-TKA 术后也会出现同样的情况，一般不需要特殊处理。术后极少患者存在严重的内外间隙不均衡，因为股骨侧截骨导板的准确度明显优于胫骨侧，本研究早期的软组织不平衡情况均为胫骨平台内外侧截骨厚度不准确所致，KA 技术可以在间隙窄的间室（以内侧更为多见）增加＜2°的内翻或外翻截骨，尽量不进行软组织处理。

3.4 KA-TKA的不足之处

①费用增加且尚无针对KA 设计的假体：多数外科医师行KA-TKA 时多采用针对MA 技术的假体，可能会影响KA-TKA 的手术效果。②远期假体生存率未知及对假体安放角度错误的容忍程度有限：KA 技术通常要求胫骨假体略内翻，以接近正常的膝关节解剖，然而对于膝关节本身就存在内翻的患者，KA技术可能会使内翻＞3°而导致磨损增加。③未考虑立体环境下膝关节运动时的生物力学变化：目前研究主要集中于静态膝关节生物力学，未充分考虑到运动时连贯动作下膝关节的生物力学。故有待大样本量、更长随访时间的研究确定假体远期生存率，研究膝关节在立体环境下的动态运动力学，以提高TKA截骨的精确度。④目前只能选择后交叉韧带保留型假体：由于KA-TKA 术后恢复发病前的膝关节解剖结构，因为大多数自然人存在不同程度的内翻，所以假体安放后，整个下肢力线常存在一定内翻。出于对普通假体衬垫中间立柱存在不良应力的忧虑，现在行KA-TKA均使用后交叉韧带保留型假体。

综上，临床证据表明KA-TKA 是可行的，与MATKA 相比，KA-TKA 可增加膝关节ROM，减少术后疼痛，与患者“融合”更好，可提高患者满意度。通过定制截骨导板使手术截骨更加准确，减少术中因人为因素导致的误差，使假体安放位置更加理想。但KA-TKA 的操作相对复杂，目前尚无针对KA-TKA 技术的商用膝关节假体，且缺少假体生存率的远期随访结果等。KA-TKA 是外科医师对传统TKA 手术方式的思考及改进。