假体柄长度与股骨远端肿瘤术后假体无菌性松动的关系

徐刚,陈宇

(四川友谊医院骨科,四川 成都 610000)

膝关节是发生恶性肿瘤的常见部位,股骨远端及胫骨近端发生良性骨肿瘤、恶性骨肿瘤的发生率分别为28.40%和46.84%,对患者的生活质量和生命造成严重影响[1-2]。以往对膝关节骨肿瘤的治疗多采用截肢术,但并未延长患者的生存期,且会导致患者终生残疾。随着患者对保肢需求的增加及瘤段切除肿瘤型假体置换术和新辅助化疗手段的发展和应用,以膝关节假体置换术为代表的保肢术已成为治疗四肢骨肿瘤的首选方法,且患者的生存期也明显延长,无转移瘤患者5年生存期达72%～93%[3-4]。但在临床实际应用过程中发现,假体的使用寿命存在明显的个体差异,部分患者因机械因素、生物因素容易出现假体无菌性松动的情况,需进行膝关节翻修手术,翻修率约为20%,给患者造成二次伤害[5]。近年来保肢术在临床上的应用已相当成熟,但随着临床上肿瘤型人工膝关节假体置换率的升高,术后出现假体无菌性松动的病例也随之增加[6]。如何预防肿瘤型膝关节假体置换术后假体无菌性松动是目前临床研究重点和亟待解决的难题。假体柄和髓腔的填充度、贴合度是影响术后假体稳定性的关键,主要涉及到假体柄的长度、直径和曲率[7]。已有研究表明[8],较高的假体总长度与柄长度的比值预示着假体无菌性松动风险较高。但目前关于假体柄长度与假体无菌性松动间的关系仍存在较大争议,且缺乏大量的临床数据证实。本研究进一步探讨假体柄长度对股骨远端肿瘤膝关节假体置换术后假体无菌性松动的影响,为临床手术方案的制定及延长假体使用寿命提供参考。

1 资料与方法

1.1 纳入和排除标准 纳入标准:(1)经病理检查证实为股骨远端恶性肿瘤者;(2)具备良好的重建技术条件,于本院首次进行肿瘤切除、肿瘤型人工膝关节置换术治疗的患者;(3)膝关节假体均为钴铬钼合金或钛合金材质的旋转铰链型假体;(4)临床资料及随访资料完整。排除标准:(1)患者及其家属要求截肢者;(2)存在肿瘤远处转移;(3)肿瘤弥漫性皮肤浸润或腘动静脉、腓总神经、胫神经受累;(4)术后肿瘤复发、转移;(5)失访者。

1.2 一般资料 选择2015年6月至2021年6月四川友谊医院行膝关节假体置换术的164例股骨远端肿瘤患者作为研究对象,男95例,女69例;年龄25～70岁,平均(47.33±5.45)岁。肿瘤类型为骨巨细胞瘤25例,恶性纤维组织细胞瘤11例,骨肉瘤102例,软骨肉瘤26例。

1.3 方法

1.3.1 临床资料收集 (1)一般资料:性别、年龄、身体质量指数(body mass index,BMI)、文化程度、是否吸烟、肿瘤类型(骨巨细胞瘤、恶性纤维组织细胞瘤、骨肉瘤、软骨肉瘤)、Enneking分期(Ⅰb～Ⅱb期)、术前是否化疗。(2)手术相关指标:手术侧别、手术时间、术中出血量,记录患者的首次复查时间、二次复查时间及复查间隔时间。(3)影像学参数的测量:患者术后采用下肢全长正侧位X线片及医学影像存档与通信系统测量假体柄长度和直径、截取骨段、髓外假体长度、髓内假体长度、髓腔柄直径、股骨直径,计算髓外与髓内假体长度比值、髓腔柄与股骨直径比值;测量患者术后下肢力线距膝关节中心距离、机械轴胫骨近端内侧角(mechanical medial proximal tibial angle,mMPTA)、机械轴股骨远端外侧角(mechanical lateral distal femoral angle,mLDFA)、股骨假体力线偏移角、胫骨假体力线偏移角、髋-膝-踝角(hip knee ankle angle,HKAA)。

1.3.2 随访指标 通过门诊的方式对患者进行术后随访,随访时间为2～8年,截止至2023年6月,记录患者术后随访期间的假体无菌性松动的发生情况。术后假体无菌性松动定义为骨-骨水泥界面上透亮带宽度进行性增宽或>2 mm,骨水泥套断裂或假体柄位置改变,且通过关节液微生物试验阴性结果及血清C反应蛋白水平在正常范围内,确定无局部或全身感染[9]。记录患者随访期间的假体使用寿命,假体使用寿命定义为行膝关节假体置换术日期到发生假体无菌性松动的时间[10]。

2 结 果

2.1 两组患者临床资料的比较 松动组患者的BMI、吸烟比例、下肢力线距膝关节中心距离、胫骨假体力线偏移角明显大于未松动组,假体柄长度、髓腔柄与股骨直径比值、mLDFA、术后HKAA明显小于未松动组,差异均具有统计学意义(P<0.05,见表1)。

表1 两组患者临床资料的比较

2.2 Kaplan-Meier法分析假体柄长度与假体使用寿命的关系 通过Log-Rank检验获得假体柄长度预测患者术后假体无菌性松动的最佳截断值为150 mm,将患者分为假体柄长度≥150 mm组和假体柄长度<150 mm组。采用Kaplan-Meier法绘制生存曲线,分析不同假体柄长度与假体使用寿命的关系,结果如图1所示,假体柄长度<150 mm患者的假体生存率明显低于假体柄长度≥150 mm患者,差异有统计学意义(Log-Rankχ2=66.751,P<0.001),提示假体柄长度与假体使用寿命有关。

图1 Kaplan-Meier法分析假体柄长度与假体使用寿命关系的生存曲线

2.3 随机森林算法筛选变量

2.3.1 变量重要性排序 采用随机森林算法对影响患者术后假体无菌性松动的变量进行重要性评价,重要性由高到低的变量依次为mLDFA、下肢力线距膝关节中心距离、假体柄长度、髓腔柄与股骨直径比值、术后HKAA、吸烟等(见图2)。

图2 随机森林算法分析影响患者术后假体无菌性松动变量的重要性排序

2.3.2 降维 从重要性评分最高的mLDFA变量开始进行逐步随机森林分析,当变量数目为6时,袋外数据错误率最低,因此,将筛选出的重要性排序为前6的mLDFA、下肢力线距膝关节中心距离、假体柄长度、髓腔柄与股骨直径比值、术后HKAA、吸烟纳入多因素Logistic回归分析中(见图3)。

图3 袋外数据分类错误图

2.4 多因素Logistic回归分析影响患者术后假体无菌性松动的因素 多因素Logistic回归分析结果显示,下肢力线距膝关节中心距离增加是患者术后假体无菌性松动的危险因素(P<0.05),假体柄长度、髓腔柄与股骨直径比值、mLDFA、术后HKAA增加是患者术后假体无菌性松动的保护因素(P<0.05,见表2)。

表2 多因素Logistic回归分析影响患者术后假体无菌性松动的因素

2.6 假体柄长度与患者术后假体无菌性松动的剂量-效应关系 限制性立方样条图分析结果显示,在男性或女性股骨远端肿瘤患者中,假体柄长度与术后假体无菌性松动的关联强度均不存在非线性剂量-反应关系(P>0.05,见图4)。

图4 限制性立方样条图分析假体柄长度与患者术后假体柄无菌性松动的剂量-效应关系

2.7 基于多因素Logistic回归分析建立术后假体无菌性松动的预测模型 将多因素Logistic回归分析结果纳入回归方程y=1-1/(1+e-z),得到预测患者术后假体无菌性松动概率的公式:P=1-1/(1+e-z),其中-z=4.372-0.962×假体柄长度-0.872×髓腔柄与股骨直径比值+1.189×下肢力线距膝关节中心距离-1.197×mLDFA-0.823×术后HKAA。预测模型中e为指数函数,P为术后假体无菌性松动的发生概率。

2.8 模型的预测效能评价 当模型预测患者术后假体无菌性松动的概率为0.80时,约登指数最高(77.77),预测效果最好,准确度为92.24%,敏感度为85.63%,特异度为92.14%(见表3)。预测模型的ROC曲线下面积为0.825(95%CI:0.766～0.884,P<0.001),模型区分度较高(见图5)。

图5 ROC曲线评价预测模型的区分度

表3 不同概率下模型对术后假体无菌性松动的预测效果

3 讨 论

随着设计和材料等方面的改进,肿瘤型人工假体的使用寿命明显延长,但与常规膝关节置换术相比,肿瘤型人工膝关节假体置换术后假体无菌性松动等并发症的发生率较高,是前者的5～10倍[11-13]。其具体原因可能是:(1)骨肿瘤手术切除的骨和软组织较常规假体置换术更多,手术创伤较大,手术时间较长,且骨肿瘤患者多存在免疫抑制情况;(2)骨肿瘤患者的年龄较小,伴随着新辅助化疗等综合治疗手段的应用,患者的生存期明显延长,远超出假体的使用寿命,许多患者可能需进行多次膝关节假体翻修术;(3)铰链结构和不合适的假体柄长度可能导致假体的受力环境较为复杂,大大增加了术后假体无菌性松动的风险。假体无菌性松动属于机械性并发症,是肿瘤型膝关节假体置换术中远期失败的关键原因[14]。对于假体无菌性松动的治疗,目前主要采用膝关节假体翻修术,价格昂贵,手术风险较高,且翻修效果并不理想[15]。因此,明确股骨远端肿瘤患者膝关节假体置换术后假体无菌性松动的影响因素,制定个性化干预措施,对于预防患者术后假体无菌性松动有重要意义。

影响假体稳定性的因素中,假体柄与髓腔的填充度和贴合度至关重要。Li等[16]的研究结果显示,假体柄长度、直径与股骨远端肿瘤膝关节假体置换术后假体无菌性松动有关,使用较长和直径较大的假体柄能够有效减少术后假体无菌性松动情况的发生。本研究结果显示,假体柄长度增加是股骨远端肿瘤膝关节假体置换术后假体无菌性松动的保护因素。分析其具体原因可能是,一方面,假体柄通过与股骨骨髓腔相连使宿主股骨与假体牢固连接,假体柄越长,其与髓腔的填充度和贴合度越高,提高假体的稳定性;另一方面,较短的假体柄与股骨骨髓腔连接后不能完全填充髓腔,需充盈更多的骨水泥,而骨水泥不可降解,抗扭能力差,且骨水泥无骨诱导能力,其磨损碎屑还能够刺激假体的巨噬细胞和T细胞,使破骨细胞被激活导致骨溶解的生物学级联反应,造成假体无菌性松动的发生。临床上可通过3D打印技术制作个性化截骨模板,精确截骨量,提供适宜长度和直径假体柄的个性化假体以完全填充髓腔,提高假体的稳定性,有利于患者术后康复及延长假体的使用寿命,从而提高患者中远期预后水平。

股骨远端肿瘤膝关节假体置换术后假体无菌性松动的原因较为复杂,可能是多种因素共同作用的结果。宗雅琪等[17]的研究结果显示,BMI与膝关节置换术后假体无菌性松动发生率增加相关。本研究结果显示,术后发生假体无菌性松动患者的BMI明显高于未松动患者,但并未证实BMI是患者术后假体无菌性松动的影响因素,其原因可能与本研究的样本量不足有关,仍需扩大样本量进一步探讨。李子明[18]证实,肿瘤性膝关节假体无菌性松动患者的mLDFA明显低于未松动组。Li等[16]的研究结果显示,股骨远端肿瘤膝关节假体置换术后发生假体无菌性松动患者的HKAA较未松动组明显减小。本研究与李子明[18]及Li等[16]的研究结果相似。此外,本研究还发现,下肢力线距膝关节中心距离增加是患者术后假体无菌性松动的危险因素,mLDFA、HKAA增加是患者术后假体无菌性松动的保护因素。下肢力线的重建是影响手术治疗效果、患者术后膝关节功能恢复及远期预后的重要因素,HKAA<177 °提示患者表现为膝内翻,力线偏倚及膝内翻容易导致负荷传导紊乱,加重股骨骨皮质与假体髓腔柄末端的磨损情况,向正常运作的假体施加侧向扭转力,促进术后假体无菌性松动的发生。有研究认为,膝外翻也是导致膝关节置换术后假体无菌性松动的危险因素[19]。本研究中未发现术后假体无菌性松动患者出现膝外翻的情况,无法进一步验证这一结论,还需扩大样本量进行深入探讨。本研究发现,髓腔柄与股骨直径比值减小与患者术后假体无菌性松动具有明显相关性,直径小的髓腔柄机械强度较低,且不能完全填充髓腔,间隙需使用骨水泥进行填充,增加术后假体无菌性松动的风险。

本研究仍存在一定的局限性。首先,本研究为回顾性研究,且样本量较少,可能存在回忆和选择偏倚;其次,缺乏足够的样本量明确膝外翻对患者术后假体无菌性松动的影响;对建立的预测模型未进行外部验证。在后续的研究中还需收集更多样本量进行多中心、前瞻性研究,进一步验证预测模型的广泛适用性,并对预测模型进行补充和完善。

综上所述,下肢力线距膝关节中心距离增加是患者术后假体无菌性松动的危险因素,假体柄长度、髓腔柄与股骨直径比值、mLDFA、术后HKAA增加是患者术后假体无菌性松动的保护因素。临床上应对股骨远端肿瘤患者膝关节假体置换术后定期行双下肢正侧位X线片检查,观察下肢力线距膝关节中心距离变化,及时采取干预措施,重建下肢力线对于减少假体无菌性松动具有重要意义;此外,外科医生应选择较长的假体柄以完全填充髓腔,增加髓腔与假体柄的贴合度和填充度,提高假体的稳定性;选用贴合股骨直径和髓腔直径的假体髓腔柄,使其远离股骨前弓,减少假体微动,同时能够减少骨水泥的用量,降低术后假体无菌性松动风险。