机器人辅助全膝关节置换术治疗合并关节外畸形的外翻膝1例报道及文献复习

冼达亨，赵晶，王英杰，徐溢明，朱威，王惠珍，冯宾

机器人辅助全膝关节置换术（total knee arthroplasty,TKA）兼顾了术前三维规划、术中导航、术中可视化操作及术中人工智能辅助精确截骨等技术特点[1]。与传统手术比较，机器人辅助TKA可以实现术前精确计划，术中精准操作，提高假体放置的准确性，改善术后下肢力线，改善术后功能康复[2-3]。其最突出的优势是可以术前确认关节畸形，完成三维手术规划，术中完全实施三维规划，避免人为误差，尤其适合术前畸形较严重的患者。同时，手术过程中不需要股骨、胫骨开髓，可以减少出血，对于合并内固定的患者，可以避免内固定取出的操作及二次损伤。本文报道了1 例合并膝关节外畸形的外翻膝患者，采用机器人辅助TKA 完成了初次膝关节表面置换。

1 病例资料

患者，女，61 岁，因左膝关节畸形、活动受限及疼痛于2021年10月入院。患者8 岁时跌伤后左侧膝关节出现局部红肿、疼痛及活动困难，当地医院曾诊断“左膝结核性滑膜炎”，药物保守治疗后逐渐出现外翻畸形伴屈曲活动受限，仅能屈曲20°，之后患者左膝维持外翻及屈曲受限的畸形，日常活动量受限。近3 年患者因多关节疼痛伴晨僵，于外院诊断为“类风湿关节炎、干燥综合征”，给予雷公藤多苷片及泼尼松等药物治疗后关节症状稳定。但左膝疼痛症状加重明显，伴左下肢短缩、跛行，行走距离小于50 m，疼痛视觉模拟评分（visual analogue scale,VAS）8分。

1.1 术前检查

体格检查：患者左下肢跛行步态，左膝明显外翻畸形，左膝合并屈曲畸形，胫骨相对股骨向后移位，左下肢较对侧短缩约2 cm。左膝关节广泛压痛，过伸试验（+）、过屈试验（+）；左膝关节活动度（range of motion,ROM）伸-屈 5°～20°。

实验室检查：结核菌感染T细胞干扰素释放实验为阴性，类风湿因子（rheumatoid factor,RF）60 IU/mL（正常值0～20 IU/mL），红细胞沉降率（erythrocyte sedimentation rate,ESR）21 mm/h，（正常值0～16 mm/h）,超敏C 反应蛋白（hypersensitive C-reactive protein,hsCRP）2.0 mg/L（正常值＜3.5 mg/L）。

影像学检查：双膝关节正侧位及双下肢全长负重位X 线片显示左下肢髋膝踝角（hip knee angle,HKA）为外翻18°（图1A），膝关节正位X 线片显示左膝关节间隙消失，胫骨平台外侧塌陷（图1B）；膝关节侧位X 线片显示胫骨干骺端向后33°成角畸形，胫骨平台相对胫骨解剖轴呈30°前倾畸形（图1C）。膝关节CT及三维重建提示胫骨平台外侧骨缺损（图1D）。膝关节MRI 显示关节内长T1、T2 信号，关节内少量积液（图1E）。患者入院诊断考虑左膝类风湿关节炎合并外翻畸形、左膝僵直膝畸形、左胫骨近端关节外畸形、左胫骨平台骨缺损、骨质疏松症、干燥综合征。

图1 患者术前影像资料

1.2 术前计划

患者胫骨近端干骺端向后成角畸形（图1C），根据胫骨全长侧位X线片，连接胫骨平台中心及距骨中心确定胫骨整体矢状位机械轴，矢状面上左胫骨平台与机械轴夹角为前倾10°，不进行干骺端截骨，通过保留部分胫骨平台前倾，以关节内截骨的方法部分纠正关节外畸形。拟通过初次置换假体重建患者关节功能。

术前采用HURWA 膝关节手术机器人（和华瑞博，北京）进行术前规划。该系统对于假体选择为开放平台，可以根据临床需求选择不同的假体。该患者拟采用Legion 后稳定型假体（施乐辉公司，美国）。该系统可以针对胫骨及股骨进行分别分割，三维重建显示胫骨外侧平台存在明显的骨缺损（图2A），术前计划考虑通过金属垫块进行补充。胫骨侧截骨参考内侧胫骨平台截骨量7 mm（图2A）。由于胫骨干骺端畸形，需要避免胫骨平台龙骨远端出现胫骨前皮质穿孔。术前模拟胫骨平台截骨面与机械轴的不同夹角，并测量胫骨平台龙骨是否会接触胫骨前皮质导致穿孔。当胫骨平台取7°前倾截骨时（图2B），胫骨平台截骨面到胫骨前皮质的距离为5 cm（图2C），提示若采用Legion（施乐辉公司，美国）的胫骨平台，需要对胫骨平台远端进行切割。股骨远端截骨，参照股骨内侧髁，截骨量为9 mm（图2D），这样股骨侧和胫骨侧内侧截骨总量为16 mm。股骨及胫骨截骨在冠状面均垂直机械轴，以恢复下肢力线。进一步参考通髁线确定外旋、确定股骨假体型号，股骨内侧后髁截骨11 mm，外侧后髁截骨9 mm。计算屈曲90°内侧截骨间隙总和为18 mm。考虑患者膝外翻畸形，患者伸直间隙和屈曲间隙均会出现外侧紧张，术中需要进一步通过外侧松解获得平衡的内外侧间隙。

图2 机器人辅助TKA术前截骨设计及假体规划视图

1.3 手术过程

患者全身麻醉下采用HURWA 机器人辅助下完成左侧TKA。假体选择Legion 后稳定型假体。常规前正中切口，髌旁内侧入路，行伸膝装置袖套状松解。术中见胫骨相对股骨后脱位严重，关节软骨均炎性破坏，关节间隙粘连严重，股骨髁间、股骨后髁骨质破坏，胫骨外侧平台缺损，膝关节外侧韧带结构挛缩严重，骨质疏松严重。

完成股骨及胫骨注册并确认注册精度。先操作机械臂完成胫骨侧截骨（图3B），截骨量参考胫骨平台内侧7 mm，参考胫骨矢状位力线前倾7°。取出胫骨近端截骨块后检查伸直间隙紧，考虑到术前屈曲畸形，调整股骨侧截骨计划，参考股骨内侧髁，增加截骨到11 mm。操作机械臂完成股骨远端、前髁、后髁、斜面截骨（股骨外旋参考通髁线0°）。完成截骨后，检查外侧挛缩严重，参考由内向外的方法分别松解后外侧关节囊、髂胫束、部分松解外侧副韧带。获得平衡的屈伸间隙。胫骨外侧平台可见深1 cm 的骨缺损，高速磨钻处理骨缺损骨面后，以1 枚1 cm 厚的钽金属垫块（Zimmer 公司，美国）进行补充（图3A）。胫骨平台假体远端按术前计划，剪去平台远端龙骨约1 cm，避免假体前方穿出。完成冲洗后，用骨水泥将2号股骨假体，1 号胫骨平台假体固定，并安装11 mm后稳定型聚乙烯垫片。

图3 机器人辅助TKA术中视图

1.4 术后处理

术后参照《中国髋、膝关节置换术加速康复——围术期管理策略专家共识》[4]予以抗感染、镇痛、抗凝治疗。术后加强股四头肌锻炼，功能锻炼采用持续被动运动（continuous passive motion,CPM），进行辅助锻炼。术后6 周穿戴限制性支具固定保护下下地活动，患侧肢体部分负重。患者术后3个月、6个月门诊复查，术后6 个月复查时可独立下地走路，伤口愈合满意，VAS 评分1 分，左膝活动度0°～70°。患者膝关节协会评分（Knee Society score,KSS）由术前23 分改善为术后6 个月随访时79 分；功能评分由术前20分，改善为术后6个月随访时60分。术后6个月复查双膝关节正侧位及双下肢全长负重位X 线片示左下肢HKA 由术前外翻16°，改善为术后0°，胫骨平台前倾5°，胫骨侧假体无松动及下沉（图4）。

图4 患者术后6个月X线检查图像

2 讨论

膝关节关节外畸形通常是指畸形位于侧副韧带以外的畸形，股骨侧位于髁上以外，胫骨侧位于腓骨尖以外[5]。常见原因包括下肢骨折伴畸形愈合的后遗症，继发于截骨矫形或骨代谢紊乱[6]。这些畸形改变了膝关节机械载荷的分布，导致早期继发性骨关节炎。对于合并关节外畸形的膝骨关节炎患者，TKA 可以有效缓解疼痛、恢复功能。但是同时合并的关节外畸形给关节置换手术带来一定的挑战[7]。下肢机械轴和解剖标志的改变，容易干扰假体的正确植入，导致力线对齐不良、髌骨畸形、早期松动及聚乙烯磨损率较高[8-10]。目前针对关节外畸形的患者进行TKA 的策略包括：单纯关节内截骨完成关节置换、关节内截骨关节置换同时联合关节外畸形截骨矫形[11]。目前文献中缺乏关节内矫形与关节外矫形的对比。Wang 等[9]报道15 例关节外畸形接受TKA手术的患者，采用关节内截骨及扩大软组织松解的方式矫正畸形，术前股骨冠状面畸形15.1°、矢状面畸形8.1°、胫骨侧冠状面畸形19°、平均随访38 个月，膝关节KSS 评分由术前22.3 分改善为术后91.7 分，HKA 由术前22.7°改善为术后0.3°。作者认为应参考股骨、胫骨整体的机械轴设定截骨平面，当截骨平台位于侧副韧带止点以内时，关节置换时可通过关节内截骨矫正关节外畸形。通常情况下20°的冠状面畸形及15°的矢状面畸形可通过关节内截骨进行矫正[5]。相较于同时行关节外截骨矫形，关节内手术畸形矫正时不需要额外的切口，利于早期康复，避免了截骨后骨不连、伤口延迟愈合、内固定失败和截骨部位感染等并发症，临床结果与初次TKA 相似[8-9,12]。关节外截骨同时一期行TKA 也可以获得良好的矫形效果。Radke等[13]报道10例关节外平均20°畸形的患者，采用一期闭合截骨联合TKA，平均随访2.5 年，KSS 由术前28 分改善到术后81 分，1 例出现截骨处延迟愈合，1 例出现截骨处不愈合。关节外截骨更容易矫正畸形，但是常需要额外切口，可能需要带延长杆假体或者辅助内固定，存在截骨不愈合的风险。该患者合并类风湿关节炎、应用多种抗类风湿药物及激素，若一期行关节外截骨，术后骨折及切口愈合不良，感染风险较高。因此选择通过关节内截骨、关节置换的方法矫正关节畸形。

近年随着人工智能技术的进步，机器人辅助手术、导航技术、个性化定制工具（patient specific instrument,PSI）成为合并关节外畸形TKA 的新选择[13-15]。

机器人辅助TKA，术前规划结合计算机技术、人工智能及CT 扫描等多方面科技，通过机器人对患者骨骼的精确加工，可明显减少误差，从而改善假体与骨骼之间的接触，优化假体的术中放置及力线对齐，有效避免因人工操作导致的人为误差，为患者提供个性化及精准化的手术方案。术中通过机械臂操作，可以保证精确截骨，精准实现术前计划。Kort等[16]的研究证实，机器人手术后可以获得更为精确的HKA、冠状面股骨组件角、冠状面胫骨组件角。Song等[17]对100 例患者进行的随机临床试验结果指出，相比传统手术后近24%的力线异常率，机器人手术组力线角度＞3°的概率大幅降低。同时机器人手术能够在术中对关节周围软组织产生更有效的保护，由于术前的三维规划，术中截骨量及范围已经提前完成设置，极大缩小了术中关节内操作范围，减少周围组织如后交叉韧带、内外侧副韧带等的意外损伤[17]。由于机器人辅助手术有以上优点，对于合并关节外畸形的患者，术前计划可充分识别畸形，术中可避免解剖变异对截骨定位的影响，无需开髓操作也避免了关节外畸形对开髓的影响[18]。Sodhi 等[18]报道，对于合并关节外畸形的患者，机器人辅助TKA 可获得满意的临床疗效。

该病例胫骨合并矢状位关节外畸形，虽局部成角畸形达33°，截骨时参考胫骨整体力线，可以忽略局部成角的影响。借助机器人的术前可视化辅助计划，可进行术前模拟，模拟假体放置的位置，避免胫骨假体穿孔；同时术前计划可评估骨缺损的情况，为术中骨缺损的处理提供参考。通过机器人辅助手术，精确执行术前计划，适当保留胫骨截骨面前倾的基础上，通过初次膝关节假体完成手术操作。术后力线恢复满意，术后短期随访患者膝关节功能较术前明显改善。当然，该患者胫骨假体稍前倾放置，同时因未改善低位髌骨，导致屈曲功能受限，但是关节力线的恢复，使关节疼痛明显改善，对于患者生活质量提高有重要作用。另外，胫骨假体稍前倾放置，可能导致远期聚乙烯磨损增加，长期疗效需要进一步进行随访。

综上所述，通过关节内截骨及软组织松解的方法，可有效完成合并关节外畸形的TKA。通过机器人辅助的方法可实现术前可视化计划及手术模拟，术中可避免解剖标志变异对截骨的影响，术中通过机械臂截骨可精确实现术前计划。机器人辅助TKA为合并关节外畸形患者拟行TKA 提供了有效的方法，其远期疗效需要进一步观察。

【利益冲突】所有作者均声明不存在利益冲突