术者经验对膝关节单髁置换术中的间隙平衡的影响：一项尸体研究

孙晓威 张启栋 王卫国 程立明 陈洋 郭万首

牛津活动衬垫单髁置换术（unicompartmental knee ar throplasty，UKA）是治疗前内侧膝骨关节炎的常规术式[1-2]。但一些报道认为，其翻修率较全膝关节置换（total knee arthroplasty，TKA）明显增高[3-4]，而术中技术失误是造成UKA失败的主要原因[5-6]。屈伸间隙平衡一直被认为是UKA成功的关键[7-8]。如间隙不平衡，在宽松的区域，垫片活动度过大可能导致金属假体失去对垫片的限制，易造成垫片的旋转及脱位[7-8]；而在间隙过于紧张的区域，垫片可能产生加速磨损导致远期失败[9]。因此，做好术中间隙平衡，是关节外科医生学习UKA手术的必经阶段。牛津UKA标准手术流程中，术者须先行股骨后髁截骨，以获得合适的屈曲间隙，然后通过前髁磨骨，使伸直间隙与屈曲间隙相平衡[10]。而平衡的判断则须通过插拔插片的困难程度来估计。这种测量方式主观性强，不同医生的手感很难统一。且UKA手术不允许进行软组织松解，其容错率远低于全膝关节置换术，需要一定的手术技巧。缺乏经验的术者可能会在间隙是否平衡的判断上产生疑虑，甚至错判进一步磨骨的必要性而导致间隙不平衡。有研究表明，UKA手术经验不足会导致翻修率明显增加[5-6,11]。因此，本实验提出以下科学假设：不同经验的术者在进行UKA手术中所实现的间隙平衡可能并不相同。本文研究目的：应用传感器技术，研究不同经验的术者在尸体UKA手术中所实现的间隙平衡是否存在差异。

1 材料与方法

1.1 手术尸体标本

本实验通过了中日友好医院伦理委员会审查（2020-50-k28）。笔者在“牛津单髁置换手术实操训练营”中，对学员完成的45例尸体标本UKA手术进行了间隙压力测量。尸体标本为单侧下肢冰冻标本，包括完整的股骨及膝踝关节。此标本均为无骨折、无畸形、无软骨磨损或韧带损伤的正常膝关节。在此训练营举办前一晚，标本置于室温（23±3）℃下完全解冻。

1.2 术者情况

术者均为申请参加“牛津单髁置换手术实操训练营”的学员，全员均为中高年资关节外科医生。通过调查学员既往UKA手术经验，笔者发现学员经验不尽相同（0～115例）。由于标本数目有限，每3位学员为一组完成一台尸体手术，本研究仅纳入了每组学员中手术经验最丰富的医生信息以便进行统计。而既往一项研究显示，UKA手术存在明显的学习曲线，且16例为手术技术成熟的拐点[12]。因此，笔者将以UKA开展例数将术者进行分组：无经验组（0例经验）；经验不足组（0～16例经验）；经验成熟组（≥17例经验）。

1.3 手术方法

所有参加学员完全按照牛津部分膝关节置换术操作手册[10]进行规范化活动衬垫UKA手术。将下肢标本固定于可调节式下肢支架上。采用髌骨旁有限切口，自髌骨上缘至胫骨平台远端约1.5 cm做皮肤切开。分离皮下组织，切开关节囊以显露膝关节内侧间室。以测量勺测量股骨内髁大小，与胫骨髓外定位杆以“G”形夹连接。调整胫骨截骨面，保持7°后倾，固定截骨导板后行胫骨平台截骨。股骨开髓插入髓内定位杆，并将其与股骨钻孔导向器以音叉固定，钻头钻出两个定位孔。插入股骨后髁截骨器并截除股骨后髁。测量屈曲间隙大小，并安装股骨研磨柱，研磨后安装单柱假体。通过徒手拔插插片的困难程度，估测屈膝20°和90°时的间隙紧张度，并据此进行股骨髁磨骨，直至屈曲与伸直间隙平衡。安装导板并磨除前髁及切除后髁骨赘。依据测量型号安装胫骨试模，以牙刷锯开槽，清理骨槽后安装假体试模并再次通过拔插插片的方式评估屈伸间隙平衡。术毕。

1.4 传感器测量

笔者与清华大学计算机系合作开发了一款用于膝关节单髁置换术中间隙压力测量的力学传感器[13]。此传感器为电阻型传感器，将横向及纵向电极覆盖于压力敏感材料两侧，当施加不同压力时，横向与纵向电极之间的电阻会随压力变化而呈近似线性变化，从而将压力信号转化为电信号。其压力传感区域与胫骨平台假体形态一致，厚度为0.12 mm，感知区域大小为45 mm×22 mm，共197个测压点，数据采集频率最大可为20 Hz，量程为500 N/cm2。笔者前期通过测量，评估了这种传感技术的准确性和可重复性，发现其校准值与测量值误差在1%以内；而多次重复测量的误差/均数比也在1%以下，表明准确性和可重复性良好[13]。传感器外观见图1。

图1 单髁传感器外观

本研究中使用的传感器以0.1 mm特氟龙胶布固定于胫骨平台试模上，以减少剪切力对测量造成的影响。术中测量时，先将传感器及胫骨平台试模安装于胫骨截骨面，再安装股骨试模，最后以拇指平推的方式将衬垫试模插入间隙。如衬垫试模难以安装，则以插片插入进行测量。分别测量屈曲间隙（屈膝90°位）和伸直间隙（屈膝20°位）的压力，见图2。压力传感数据通过自行开发的多阵列压力传感器采集软件，记录于txt文档中以便进行统计分析。笔者在测量间隙压力时，将数据获取频率设为10，并采集5 s，可得到50个传感数据，因其波动性极小（误差/均数＜1%），取其平均值作为间隙压力并记录。

图2 传感器尸体UKA术中测量间隙压力

1.5 统计学方法

采用SPSS 25.0软件进行数据的统计分析。计量数据如术者年龄、手术经验及标本年龄应用方差分析；计数数据如术者性别、标本性别及侧别采用卡方检验；等级数据如假体型号、衬垫型号应用秩和检验＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 分组与基线特征的组间比较

所有45例尸体UKA手术中：2例无法进行间隙平衡测量；1例为术中内侧副韧带损伤，导致内侧间隙增宽，术中应用了6号衬垫试模，膝关节呈明显外翻，但关节间隙压力仍然极小；另1例在胫骨开槽时损伤了皮质骨，导致胫骨平台后侧塌陷，平台试模无法稳定安装。因此，笔者总共纳入了无经验组：17例手术（51位术者），经验不足组12例手术（36位术者），经验成熟组14例手术（42位术者）。各组间术者年龄、性别比例无差异（＞0.05），UKA手术经验差异显著（＜0.05）。各组间尸体标本年龄、侧别、性别比均无差异（＞0.05）。而术中应用的垫片型号各组间有所不同（＜0.05），但三组两两比较中，仅无经验组与有经验组之间的差异有统计学意义（＜0.05）。见表1及图3。

表1 术者及标本基本信息表

2.2 间隙压力及平衡

间隙平衡差定义为：F间隙平衡＝F伸直间隙－F屈曲间隙；测量结果示：三组间平衡差与伸直间隙压力差异具有显著的统计学意义（＜0.05）。而屈曲间隙压力的差异无统计学意义（＞0.05）。见表2及图3。

表2 各组间膝关节间隙压力及屈伸间隙平衡差（，N）

表2 各组间膝关节间隙压力及屈伸间隙平衡差（，N）

指标 无经验组 经验不足组 经验成熟组images/BZ_12_1778_1901_1802_1926.png值伸直间隙 474.31±170.52 308.17±102.84 204.10±44.57 ＜0.001屈曲间隙 159.44±66.55 113.99±30.28 150.92±56.38 0.185间隙平衡 314.86±129.64 194.18±102.92 53.19±43.47 ＜0.001

图3 A.图示三组间屈曲间隙压力无统计学差异；B.图示伸直间隙压力情况，有经验组小于无经验组，而曲线内组与其他两组间无差异；C.图示间隙平衡情况，有经验组小于其他两组，曲线内组与无经验组间无差异；D.图示垫片型号情况，有经验组与无经验组间有差异，而曲线内组与这两组间无差异

3 讨论

本研究发现，不同手术经验的术者，在实现间隙平衡时存在明显差异，手术经验丰富的术者，在UKA术中所实现的间隙平衡显著低于其他两组经验不足的术者。这可能是因为术者在大量的手术实际操作中培养了的手感。理论上牛津活动衬垫UKA的伸直间隙的压力应与屈曲间隙相等[10]，但在临床实践中，稍紧一些的伸展间隙更容易接受且更容易处理。然而，初学者难以把握“稍紧”的程度，对于明显不平衡的间隙，也认为可以接受。这可能是初学者在本研究股骨前髁磨骨不足，导致伸直间隙压力过大、间隙平衡不佳的原因。因而，如何减少初学者的常见错误，缩短学习曲线，避免手术开展早期出现难以挽回的并发症，一直是牛津单髁手术教育的重点。既往仅能通过不断增加手术量，在实践中培养手感和经验，因而导致了UKA开展初期的并发症频发。而数字化测量间隙压力，可以为术者提供客观指标以判断间隙平衡，避免主观判断产生的误差，从而减少初学者的手术技术失误。

随着传感器技术的发展，近年来应用于膝关节置换术中的力学传感器已见报道[14-15]。2010年，Verasense作为第一款商品化TKA术中间隙压力传感器上市，10年间在欧美等国家已广泛应用，不仅在提升手术效果和患者满意度方面卓有成效，同时其操作简单，且不增加手术时间，因而对于青年医生的培养也大有裨益[15-18]。而在UKA方面，传感器的开发仍处于起步阶段，近期文献报道了一些UKA术中传感器的应用[19-21]。Su等[20]开发了一种基于压力传感技术的胫骨假体试模，以实现对垫片轨迹的测量。Jaeger等[21]自行设计了一种平台压力传感器，用以测量骨水泥渗透压。Ettinger等[22]应用Tekscan传感器测量和比较了活动平台与固定平台单髁的间隙压力，但上述文献均未报告压力具体数据。本研究所应用的压力传感器依据胫骨平台假体形态设计定制，可用于数字化评估膝关节的间隙压力。此传感器需要以特氟龙胶布固定于假体表面，以减少剪切力的影响，由于传感器自身厚度仅为0.12 mm，固定胶布厚度为0.1 mm，既往文献报道中认为此厚度的传感器不会对压力测量结果造成明显影响[22]。但该传感器在安装上并不方便，干扰了正常手术流程，因而仅可看作设计雏形，需要进一步完善其结构和功能，以便开发最终产品。

值得注意的是，UKA术中平衡的标准尚未建立。相比之下，随着传感器引导的间隙平衡技术广泛应用于TKA手术，研究者大多认为67 N是内外侧关节间隙平衡标准[18,23-24]。但这一标准尚存争议，Meneghini等[25]回顾性评估了258例患者的关节间隙压力和膝关节功能数据，发现67 N在传统TKA中极难实现，建议以267 N的压力作为平衡标准，研究发现267 N以内的平衡差不会造成临床结果的差别。而Manning等[26]报道显示，与正常膝关节和传统手术中相比，以67 N为标准的传感器TKA会导致术后膝关节的松弛。在本研究中，有经验组的术者的屈伸间隙平衡差平均为53 N，与TKA术中要求的平衡标准十分接近，因此，在尸体UKA手术中，可认为53 N为平衡标准。然而，尸体手术与实际UKA手术仍存在极大的差异，其韧带弹性不良，易蠕变。因此，实际UKA手术中的平衡标准，仍需要术中实际测量，并结合临床结果进行多中心大样本研究才能准确订立。这也是我们未来工作的方向。

初学者在开展UKA手术时也可能会遇到其他问题。在本研究实验对象中，出现了2例失败案例，1例为内侧副韧带损伤，1例为胫骨后侧皮质骨折。内侧副韧带断裂并非由急性损伤引起，而是胫骨截骨面位于内侧副韧带胫骨止点的下方，导致内侧副韧带深层受损所致。另一例是由于术者在用牙刷锯开槽时造成了胫骨平台后侧皮质骨骨折；而标本伴随一定的骨质疏松，因而造成了平台后部塌陷，胫骨假体试模难以稳定安装。这些术中并发症均是初学者的常见失败原因[5-6,27]。这些情况均表明，在UKA经验不足的情况下，应当以尽量参与UKA手术。通过进修、培训、Workshop甚至尸体实操等途径增加手术经验，以避免在开展牛津UKA手术的初期因手术技术失误而出现严重并发症。

本研究不足之处：①本研究为尸体实验，尸体标本在韧带弹性方面与实际手术中仍有较大差异，因此仍需术中实际测量。②本研究中未行X线检查，无法判断术后力线的具体情况，因而也无法证实术者对下肢力线的矫正情况。③因传感器数据需要后期处理，在尸体手术过程中无法以具体数据指导术者进行进一步间隙平衡。

本研究结果表明，术者的UKA经验水平与术中是否可以实现间隙平衡密切相关。而传感器技术可以帮助术者更加准确的判断间隙压力。同时，笔者建议想要开展牛津UKA手术的关节外科医生，可通过各种途径和方式参与UKA手术培训，缩短学习曲线和避免并发症。