全膝关节置换术后膝关节功能康复个体化列线图预测模型的建立与验证

李凌峰，王思群

作者单位：复旦大学附属上海市第五人民医院骨科，上海200240

膝关节是人体使用频率最高、结构最复杂的关节，其关节面软骨退变等可造成关节逐渐损坏、畸形，发生膝关节功能障碍［1］。全膝关节置换术（TKA）是终末期膝关节疾病的有效治疗方法，TKA的使用在全球范围内持续增长，TKA对病人膝关节功能提供了实质性的改善［2］。临床研究发现，TKA后膝关节功能康复并不理想，受多种因素的影响，包括术前疼痛、术后胫骨平台后倾角等，但尚存在较多争议［3-4］。目前，探究影响TKA后膝关节功能康复不理想的危险因素，基于筛选的危险因素对个体有效、及早地干预是临床关注重点。目前临床上尚未有个体化精准预测TKA术后膝关节功能康复不理想风险。而列线图模型可通过整合logistic回归分析筛选的危险因素，个体化精准预测某类事件发生风险值［5］。因此，本研究将探讨TKA术后膝关节功能康复不理想的危险因素，并基于logistic回归模型分析的危险因素构建个体化预测TKA术后膝关节功能康复不理想的列线图模型，为临床识别TKA术后膝关节功能康复不理想高风险者提供指导。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2019年1月至2021年12月复旦大学附属上海市第五人民医院接收的150例膝骨关节炎病人为建模组。选取2020年1月至2021年12月本院接收的102例膝骨关节炎病人为验证组。纳入标准：（1）符合膝骨关节炎的诊断标准，且Holden步行功能分级为Ⅳ级［6-7］；（2）TKA治疗适应证，且首次接受TKA治疗；（3）单侧膝骨发病。排除标准：（1）术前1年内，有翻修手术或并发症、骨折；（2）患有全身感染性疾病，膝关节存在感染、凝血功能障碍；（3）合并结核、类风湿性关节炎；（4）恶性肿瘤、肝肾功能异常。本研究经病人签署知情同意书，经复旦大学附属上海市第五人民医院伦理委员会审查后批准同意（批号20181123）。

1.2 方法 病人均接受TKA治疗，术后3 d开始功能锻炼。术后定期复查，均进行为期3个月的随访，采用膝关节特殊手术医院（HSS）评分评价随访结束时病人膝关节功能康复情况，主要评价指标包括关节功能、关节稳定性、关节活动度、屈曲畸形、肌力、疼痛等，总分为100分。分值越高则说明膝关节功能康复越好。根据病人评分情况，将HSS评分≥70分作为功能康复理想，HSS评分＜70分为功能康复不理想［8-9］。由此，将建模组病人分为康复不理想组（n=72）和康复理想组（n=78）。

1.3 观察指标 收集病人临床资料，包括年龄、性别、身体质量指数、糖尿病、软组织平衡术、术后胫骨平台后倾角、术前HSS评分、术后视觉模拟量表（visual analoguescale，VAS）评分、西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数（WOMAC）评分、平均手术时间。术后3个月采用VAS评分评估关节疼痛程度［10］，分数越高则说明疼痛程度越重。

1.4 统计学方法 采用SPSS 21.0处理数据。计量资料（WOMAC评分等）符合正态分布，以描述，两组间比较采用t检验；计数资料（性别、身体质量指数、糖尿病等）以例数描述，两组间比较采用χ2检验。logistic回归分析影响TKA后膝关节功能康复不理想的危险因素，应用R3.6.3软件构建预测TKA后膝关节功能康复不理想的列线图模型。绘制校准曲线评估预测TKA后膝关节功能康复不理想列线图模型的一致性。绘制受试者操作特征（ROC）曲线评估列线图模型区分度，曲线下面积（AUC）比较采用Z检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 建模组与验证组临床资料比较 建模组与验证组临床资料比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。见表1。

2.2 建模组TKA后膝关节功能康复不理想单因素分析 康复不理想组、康复理想组年龄、糖尿病、软组织平衡术、术后胫骨平台后倾角、术前HSS评分、术后VAS评分比较，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表2。

表2 膝关节功能康复个体化列线图预测模型建模组全膝关节置换术后膝关节功能康复不理想单因素分析

2.3 建模组TKA后膝关节功能康复不理想的多因素logistic回归分析 将TKA后膝关节功能康复是否理想作为因变量（理想=0，不理想=1），将单因素分析中有统计学意义的变量（年龄、糖尿病、软组织平衡术、术后胫骨平台后倾角、术前HSS评分、术后VAS评分）作为自变量进行分析，变量赋值方式见表3。logistic回归分析显示，年龄≥65岁、未有软组织平衡术、术后胫骨平台后倾角≥5°、术前HSS评分＜45分、术后VAS评分≥6分是TKA后膝关节功能康复不理想的危险因素（P＜0.05），见表4。

表3 全膝关节置换术后膝关节功能康复个体化列线图预测模型变量赋值

表4 TKA后膝关节功能康复不理想多因素logistic回归分析

2.4 预测TKA后膝关节功能康复不理想的列线图模型建立 将上述确定的危险因素：年龄、软组织平衡术、术后胫骨平台后倾角、术前HSS评分、术后VAS评分引入R软件，建立预测TKA后膝关节功能康复不理想的列线图模型。结果显示，年龄≥65岁，评分增加72分；未有软组织平衡术，评分增加88.5分；术后胫骨平台后倾角≥5°，评分增加90.5分；术前HSS评分＜45分，评分增加75分；术后VAS评分≥6分，评分增加100分。见图1。假如1名病人年龄≥65岁（72分）；有软组织平衡术（0分），术后胫骨平台后倾角≥5°（90.5分），术前HSS评分＜45分（75分），术后VAS评分≥6分（100分），即病人总分为337.5分，于总分值坐标337.5分处做垂线，对应的预测概率约为78%，则该病人TKA后膝关节功能康复不理想预测值为78%。

图1 预测全膝关节置换术后膝关节功能康复不理想的列线图模型

2.5 预测TKA后膝关节功能康复不理想的列线图模型的验证 绘制ROC曲线评估预测TKA后膝关节功能康复不理想列线图模型的区分度，结果显示，建模组AUC及其95%CI为0.88（0.82，0.93）（图2A）；验证组AUC及其95%CI为0.89（0.82，0.95），与建模组AUC相比，差异无统计学意义（Z=0.24，P=0.406）（图2C）。列线图模型的校准曲线预测值与实际值基本一致，Hosmer-Lemeshow拟合优度检验显示，建模组χ2=7.36，P=0.499（图2B）；验证组χ2=7.13，P=0.415（图2D）。

3 讨论

膝关节骨关节炎是一种膝关节软骨退行性骨关节病变疾病，部分病人发生膝关节畸形、功能障碍［11-12］。TAK是治疗膝关节骨关节炎的主要治疗方法，可有效矫正关节畸形，促进膝关节功能一定程度重建［13-14］。目前，TKA术后膝关节功能康复情况备受重视，也是临床疗效的评价关键。

本研究采用HSS评分评价术后膝关节功能，分析了TKA后膝关节功能康复不理想的危险因素。本研究多因素logistic分析显示年龄≥65岁、未有软组织平衡术、术后胫骨平台后倾角≥5°、术前HSS评分＜45分、术后VAS评分≥6分是TKA后膝关节功能康复不理想危险因素。首先，年龄越大的病人，免疫功能较低，各脏器生理功能处于衰退状态，易发生术后感染，影响术后关节功能的恢复，与既往的研究结论相一致［15］。第二，本研究提示未采用软组织平衡术的病人，其术后膝关节功能恢复相对较差，分析其原因可能是，膝关节的韧带及肌肉对稳定功能起到重要作用，而手术矫形的关键措施取决于韧带的正确松解，以及软组织的平衡；此外，软组织平衡术改善病人膝关节周围韧带、肌肉稳定性，降低术中胫骨平台内侧骨赘增生的影响，减轻疼痛，改善活动能力，促进恢复膝关节功能［16-17］。第三，术后胫骨平台后倾角＞5°对膝关节功能康复的影响可能原因是，术后胫骨平台后倾角过大，可能造成膝关节前后轴位置不稳定、关节应力点改变、胫骨侧假体向前半脱位，甚至引起假体的松动；术后胫骨平台后倾角＞8°造成胫骨侧假体向前半脱位的风险较大［18］。第四，HSS评分＜45分，术后VAS评分≥6分对膝关节功能康复的影响可能原因是，HSS评分是临床评价膝关节术后功能恢复情况的常用方法，可反映病人膝关节功能恢复状态；术后VAS评分≥6分表明术后病人膝关节疼痛感受较强，术后疼痛影响病人的治疗信心，降低治疗依从性，病人术后康复锻炼的活动量会降低，影响了膝关节功能的恢复［9］。本研究未有软组织平衡术、术前HSS评分＜45分、术后VAS评分≥6分是TKA后膝关节功能康复不理想危险因素，与付婷等［15］、陈秀民等［9］研究结果一致。

本研究基于年龄、软组织平衡术、术后胫骨平台后倾角、术前HSS评分、术后VAS评分等危险因素，构建预测TKA后膝关节功能康复不理想风险的列线图模型。列线图是优化预测个体不良事件发生风险的可视化预测模型［19］。目前，已有研究建立基于HSS膝关节评分预测老年髌骨骨折病人术后功能预后不良的列线图［20］。表明该列线图可用于辅助临床决策。另外，为避免过度拟合，本研究对模型进行内外部验证，显示，列线图模型预测准确性良好，另外建模组的AUC为0.88，验证组的AUC为0.89，表明预测模型区分度良好。因此，建议临床医生在对老年病人行TKA后预防术后感染，同时实施软组织平衡术，改善病人力学轴线和伸屈间隙，进而提高术后效果，并在术后做好疼痛干预。

综上所述，本研究基于年龄、软组织平衡术、术后胫骨平台后倾角、术前HSS评分、术后VAS评分，5项危险因素建立预测TKA后膝关节功能康复不理想的列线图模型，经验证该模型具有良好的预测准确性，有助于临床筛查TKA后膝关节功能康复不理想高风险病人。后续需要纳入外部中心病人验证列线图模型临床实用价值。