TKA术中假体旋转力线控制的研究进展

魏艳辉， 马 敏 综述， 尹 峰 审校

(同济大学附属东方医院关节外科, 上海 200120)



·综 述·

TKA术中假体旋转力线控制的研究进展

魏艳辉， 马 敏 综述， 尹 峰 审校

(同济大学附属东方医院关节外科, 上海 200120)

近年来，全膝关节置换术(total knee arthroplasty, TKA)作为治疗严重膝关节疼痛、畸形、功能障碍的一种有效的临床术式，在国内外得到了广泛的开展。但其术后并发症的发生率也相对较高，对手术后远期效果和膝关节假体的长期生存率会产生较大的影响。随着对膝关节旋转力线的重视程度的提高和研究技术的发展，笔者查阅近几年有关控制旋转力线的文献，阐述其与术后功能的相关性，综合新技术在旋转控制方面的应用进展，以期为临床进一步研究提供参考。

人工膝关节表面置换术; 旋转力线; 个性化； 综述

全膝关节置换术(total knee arthroplasty, TKA)在临床中的应用越来越普遍[1]尽管大多数患者术后疼痛减轻，功能改善，生活质量有所提高[1]，但也有不少术后疗效不尽人意的情况出现，其中包括不明原因的膝前痛，甚至有因手术失败需行翻修手术[2]。这些术后效果差的患者通常关节僵硬或假体松动，关节活动度受限，难以完成诸如爬楼梯、行走等日常生活活动。TKA术后关节功能的恢复有赖于多种因素共同作用，但其中假体力线，尤其是旋转力线对手术的临床效果有着至关重要的意义。旋转力线不良影响关节的稳定，改变胫股动力学，并导致髌骨轨迹不良诱发疼痛。据报道，胫骨假体仅仅内旋6.2度就与导致术后疼痛有关，股骨假体内旋3度就会增加置换术后膝关节的内翻。因此，如何使假体获得良好的旋转力线成为大家研究的热点及手术成功的关键因素。现查阅文献，就膝关节假体旋转力线的控制、旋转力线对术后功能的影响，以及计算机辅助导航技术、个体化截骨模块技术、3-D打印技术在旋转力线控制中的最新应用进展做一综述。

1 胫股旋转力线的定位控制

自TKA应用于临床以来，有关假体旋转力线定位有多种方法[3-4]，包括解剖标志定位、影像学方法定位[5]最常应用解剖参考轴线进行定位，目前已有研究显示常用的股骨轴线包括包括外科经股骨髁上轴、股骨髁前后轴、股骨后髁轴、股骨前滑车轴等。外科经股骨髁上轴线为膝关节的运动解剖轴线，与膝关节的屈伸轴相接近[6]，最常用作参考轴线；股骨后髁轴相对容易定位，但后髁关节面因骨性关节炎易出现磨损，导致股骨后髁轴与外科经股骨上髁轴的关系不稳定，后髁角变异范围大；股骨后髁角度定义为后髁轴和外科经股骨上髁轴之间的角度，对于术后膝关节功能恢复及提高假体生存率非常重要。随着影像学的发展及有关软件的开发，已有多项影像学研究用于定位股骨后髁角度，包括X射线、CT及MRI，其中应用MRI研究膝关节的后髁角度具有很大优势[7-8]，图像可以清晰显示软骨，控制扫描方向，清楚显示骨性定位标志，而且测量结果准确。另外，还可以结合应用MIMICS软件，通过重建股骨远端的三维图像，借助软件自带测量工具，测量股骨后髁角，指导术中股骨端旋转截骨，来个性化地确定股骨假体旋转力线。而与股骨侧假体摆放位置的研究相比，胫骨侧假体旋转摆放位置的研究相对较少，其中有现在临床上较为常用的Range-of-motion技术，即在股骨侧假体放置稳定后，在胫骨侧放置胫骨假体试模但不固定，然后反复最大限度屈伸膝关节，靠股骨侧假体的引导作用使得胫骨假体自行到达匹配位置，但应用该技术的前提是股骨端假体位置摆放准确，软组织已达平衡。Ikeuchi等研究认为单独应用该技术来确定胫骨假体的旋转力线并不准确，且有导致胫骨假体出现内旋风险。术中最常以胫骨结节这一骨性标志作为胫骨假体旋转放置的参考，有学者提出以胫骨结节中内1/3定位胫骨假体前缘中心，虽然这一观点已被不少医生应用于临床，但缺少理论依据支持，且对于严重膝关节OA，有膝关节内、外翻畸形的患者并不适用[9]。Akagi等对39例日本籍志愿者的健康右膝于伸直位下进行CT扫描，研究后认为后交叉韧带胫骨止点中点即为胫骨平台后方的中点，测量该点与胫骨结节内侧缘的连线(Akagi线)和胫骨的经典AP轴线的平均夹角度数为(0±2.8)度，可认为Akagi线与胫骨的经典AP轴线基本一致，可作为术中定位胫骨假体旋转力线的参照标志，但因其夹角范围(-6.3～5.2)度，最大差异达到11.5度，因此该线并不适用于所有患者，且后交叉韧带胫骨附着点会因严重膝关节OA、关节畸形而变得难易辨认。另外，若利用二维CT图像测量时，还需要标准体位，而且所需要的层面也不易精确获得，需要将数张图像叠放在一起测量，这样就增加了测量的误差，且测量比较费时。当然，随着螺旋CT的出现，三维重建技术、核磁共振技术及医学相关软件开发技术的不断发展，越来越多的技术被用来进行人工膝关节置换的术前设计、术中假体旋转力线的定位及术后假体旋转力线的评估，以获得良好的假体旋转力线，达到良好的手术效果。

2 旋转力线对术后功能的影响

假体旋转力线不良被认为是导致TKA术后疼痛的原因之一[10]。Harman等[11]和Liitzner等[12]的研究发现，在进行屈膝运动时，假体旋转力线不良导致关节的运动学、生物力学发生异常变化。股骨假体旋转对线良否直接影响着膝关节屈曲时内外翻的稳定性和滑车沟的位置，当股骨假体旋转对位不良时，将导致髌骨滑行轨迹异常，出现髌骨移位、磨损、弹响甚至脱位等髌股并发症，诱发膝前痛，影响术后效果。从解剖学的特点上分析，股骨远端有一定的外旋角度，进行股骨端截骨时要保证一定的外旋角度截骨，使得股骨假体适度外旋，这样不仅可以避免因股骨假体内旋引起的Q角增加，也减弱了其相对胫骨假体之间的扭转应力，也因此减少了对聚乙烯衬垫的磨损。Anouchi等[13]进行的尸体研究表明股骨外旋角度对于膝关节的稳定，以及屈曲时的间隙平衡有着重要意义。然而，过度的外旋,同样会改变假体与假体，假体与衬垫等部件之间的接触压而导致衬垫过度磨损，继发假体之间接触应力异常，形成恶性循环，最终导致假体松动，表现出顽固性膝前痛，需行翻修手术[14]。可见个体化的股骨外旋角度截骨是股骨旋转对线良好的关键因素。

因胫骨假体的旋转放置位置研究较少而容易被忽视，而影响TKA术后疗效[15]。胫股关节的轴向旋转运动具有保持关节稳定及髌骨正常滑动的作用，研究表明只强调在胫骨截骨面上假体要有最大覆盖而忽视胫骨假体旋转对位的做法会导致髌股关节、胫股关节并发症的发生[16]。对于TKA术后出现膝前痛的原因，研究较为明确的是髌股关节间的高接触压应力导致软骨下骨内压升高，以及髌骨滑行轨迹异常造成的周围软组织生物力学关系的改变。2003年以前，置换髌骨比保留髌骨膝前痛的发生率低，但之后的研究表明膝前痛的发生跟髌骨置换与否无关。对于术后不明原因的膝前痛，多数考虑是由旋转对位不良引起，而单独依靠进行髌骨置换的二次手术难以达到缓解膝前痛的手术目的，且增加了患者不必要的痛苦及费用负担。

3 计算机技术在旋转力线控制中的作用

为提高术中假体旋转定位的精确度，计算机辅助技术已越来越多地被应用于TKA术中。Stoeckl等研究表明，术中导航系统可明显改进假体旋转对线，从而减少定位错误，提高术后疗效并减少膝痛发生。

但最新一些研究报道，计算机辅助手术与传统手术相比，只改善了股骨假体的旋转力线而对胫骨假体的旋转力线并无控制作用。且有研究表明计算机辅助手术与传统手术相比对膝关节置换术后5年患者的关节功能和生活质量无差异性影响。

Patient-specific Instrumentation(PSI)个性化截骨模块技术现在被认为是关节置换术后获得良好力线及临床效果的更有效、可信赖的截骨方法 。PSI是根据CT扫描或MRI图像进行的术前三维重建，针对患者的个体差异制定合适的截骨模块。但根据最新文献报道，虽然这种技术新颖，但与传统截骨相比，对于术后功能恢复情况、疼痛改善程度及患者满意度等方面无明显差异。3-D打印技术在关节置换方面的应用是目前最新的一项技术，He J等利用3-D 打印技术制备了单髁，通过快速铸造技术制备出个体化的钛铝合金单髁，并将组装后的单髁假体植入患者体内，术后随访表明该单髁假体匹配良好，并且具有足够的机械强度。但因3-D打印设备、打印材料及打印技术应用于临床要求之高，打印费用巨大、打印耗时周期过长，尚未见大宗临床报道，对于其对旋转力线的影响还有待考证。

4 结 语

随着对膝关节置换技术的不断深入研究，假体的生存率及患者的功能活动要求也在日益增加，根据患者个体差异，选择个性化的截骨、特定假体，恢复精确的关节力线是实现这些要求的必要条件。较轴位力线相比，旋转力线在临床中容易忽视，随着临床医学与其他多学科相结合发展，运用日新月异的计算机技术，准确控制膝关节置换中假体旋转力线已成为一种趋势，但究竟如何能做到精确控制还待进一步研究发现。

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A review on progress in the control of rotational alignment in total knee arthroplasty

WEIYan-hui,MAMin,YINFeng

(Dept. of Joint Surgery, East Hospital Affiliated to Tongji University, Shanghai 200120, China)

In recent years, total knee arthroplasty(TKA) has been widely carried out as a effective clinical treatment for severe pain, deformity and dysfunction of knee. But its complications incidence is relatively high, which will have a great impact to the long-term postoperative effects and survival of knee joint prosthesis. With the emphasis on the rotational alignment has been improved and the research techniques has been developed, the author check out the literatures on the rotational alignment in recent years , to explain its correlation with postoperative function, integrate the advance of new technology that used in the control of rotational alignment, aim to provide a reference for further clinical studies.

TKA； Rotational alignment； Individuation; summarize

10.16118/j.1008-0392.2015.06.029

2015-09-24

上海市浦东新区科委(PKJ2012-Y62)；同济大学附属东方医院朝阳人才计划(DFZY-13)

魏艳辉(1987—)，男，硕士.Email： weiyanhui87@163.com

尹 峰.Email： 001yinfeng@sina.com

R 681.8

A

1008-0392(2015)06-0137-05