基于X線圖像的全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)在體運(yùn)動(dòng)學(xué)研究

張海森綜述 呂 龍審校

目前對(duì)于嚴(yán)重的膝關(guān)節(jié)炎患者而言，全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)（total knee arthroplasty，TKA）已成為一種常規(guī)的手術(shù)治療方式[1]。合適假體的選擇對(duì)保證TKA手術(shù)效果、提高預(yù)后質(zhì)量具有重要意義。研究發(fā)現(xiàn)，TKA術(shù)后的膝關(guān)節(jié)假體越是能夠?qū)晒窍鄬?duì)脛骨前后移動(dòng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂七M(jìn)而接近正常的運(yùn)動(dòng)模式，則越有可能改善患者的運(yùn)動(dòng)功能并延長假體的使用壽命，因此TKA運(yùn)動(dòng)學(xué)研究也顯得尤為重要[2-5]。近年來眾多學(xué)者對(duì)TKA運(yùn)動(dòng)學(xué)進(jìn)行了深入研究和報(bào)道，研究方法包括干尸離體研究[2-4]、步態(tài)試驗(yàn)運(yùn)動(dòng)分析[5]、CT重建分析[6,7]、動(dòng)態(tài)磁共振測(cè)試[8]以及基于X線圖像的運(yùn)動(dòng)測(cè)量方法[9,10]等。值得注意的是，干尸研究不能模擬活體膝關(guān)節(jié)在體負(fù)重狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)情況，步態(tài)試驗(yàn)因皮膚標(biāo)志物與骨之間的移動(dòng)而使評(píng)估誤差過大，CT和動(dòng)態(tài)磁共振測(cè)試往往在非負(fù)重狀態(tài)下進(jìn)行，而基于X線圖像的在體運(yùn)動(dòng)測(cè)量可以在完全負(fù)重、動(dòng)態(tài)狀態(tài)下進(jìn)行，克服了上述方法存在的弊端，是目前應(yīng)用較多的方法。此外，二維—三維圖像匹配技術(shù)的發(fā)展大大提高了此項(xiàng)技術(shù)的準(zhǔn)確性。本文在復(fù)習(xí)相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，綜述基于X線圖像的TKA在體運(yùn)動(dòng)學(xué)研究方法及其對(duì)假體設(shè)計(jì)和手術(shù)策略的指導(dǎo)意義。

1 基于X線圖像的TKA運(yùn)動(dòng)測(cè)量方法

20 世紀(jì)80年代末，國外基于放射線成像和形狀匹配技術(shù)的膝關(guān)節(jié)置換運(yùn)動(dòng)學(xué)在體定量研究開始見諸報(bào)道[11-13]。由于有助于更好地理解TKA術(shù)后的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)功能，因此該項(xiàng)技術(shù)不斷得到發(fā)展并被實(shí)踐證明是一種行之有效的方法。該方法的基本思想是：通過X線透視或攝片可以獲得實(shí)施TKA治療患者的膝關(guān)節(jié)圖像。X線由一個(gè)點(diǎn)源發(fā)出，以射線的形式向四周發(fā)散，生成對(duì)象的實(shí)際陰影中心或透視投影。將投照距離及圖像的像素間距等參數(shù)輸入計(jì)算機(jī)，應(yīng)用特定的圖像處理程序即可在計(jì)算機(jī)上重現(xiàn)相同的光學(xué)現(xiàn)象。通過逆向工程軟件獲得膝關(guān)節(jié)假體計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（computer-aided design，CAD）的三維模型（或由假體制造商提供），應(yīng)用一定的圖像匹配算法對(duì)其三坐標(biāo)位置不斷進(jìn)行修飾，直至與病人的二維圖像匹配為止，而一旦匹配成功，模型的位置和方向就能夠真實(shí)反映患者體內(nèi)假體的實(shí)際位置和方向。

一些學(xué)者通過不同的算法及配準(zhǔn)方法進(jìn)行了TKA運(yùn)動(dòng)學(xué)評(píng)估研究。Banks、Dennis等[9,10]較早將基于模板的單平面圖像匹配方法用于評(píng)估TKA后膝關(guān)節(jié)的在體運(yùn)動(dòng)學(xué)，之后的相關(guān)報(bào)道亦多為對(duì)其的補(bǔ)充和發(fā)展。該匹配方法大致分為以下幾步：（1）應(yīng)用X線透視成像技術(shù)獲得TKA病人術(shù)后膝關(guān)節(jié)不同屈曲角度下的側(cè)位圖像；（2）通過假體CAD模型建立一個(gè)股脛假體在側(cè)位不同屈曲角度、不同旋轉(zhuǎn)角度的圖像集（圖1A）；（3）應(yīng)用計(jì)算機(jī)算法實(shí)現(xiàn)二維—三維假體圖像匹配（圖1B）；（4）計(jì)算出運(yùn)動(dòng)過程中股脛假體的相對(duì)位移和旋轉(zhuǎn)。

圖1 基于模板的單平面圖像匹配方法[14]

對(duì)于這種技術(shù)測(cè)量的準(zhǔn)確性，Banks等[9]指出，每種運(yùn)動(dòng)測(cè)量誤差平行運(yùn)動(dòng)一般是0.5～1 mm，旋轉(zhuǎn)上是0.5°～1.0°。為了提高測(cè)量的準(zhǔn)確性，一些學(xué)者在單平面圖像配準(zhǔn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了同位雙平面配準(zhǔn)，即在同一體位下進(jìn)行兩角度的X線投照，進(jìn)而獲得同體位兩角度的X線圖像，然后進(jìn)行一種體位下圖像的兩次匹配。Haneishi等[15]的同位雙平面配準(zhǔn)研究表明，圖像變形引起的平均誤差為0.4～0.5像素，最大不超過1.1像素。應(yīng)用何種形狀進(jìn)行配準(zhǔn)亦是影響結(jié)果準(zhǔn)確性的重要因素，通常應(yīng)用的匹配形狀有邊緣形狀檢測(cè)模式、平坦陰影模式和三維邊緣混合模式等。Fregly等[16]研究證實(shí)，基于邊緣形狀檢測(cè)的圖像配準(zhǔn)是影響單平面圖像配準(zhǔn)準(zhǔn)確性的限制因素，與平坦陰影模式相比，邊緣形狀檢測(cè)具有更好的準(zhǔn)確性。

基于模板（即股脛假體在側(cè)位不同屈曲角度、不同旋轉(zhuǎn)角度的圖像集）的圖像匹配技術(shù)在進(jìn)行X線成像時(shí)涉及到的兩個(gè)重要參數(shù)是：主距離（principal distance，從X光光源到成像平面的垂直距離）和主點(diǎn)（principal point，從X光光源向成像平面作垂線，垂足點(diǎn)即為主點(diǎn)）。在進(jìn)行前瞻性研究時(shí)，主距離和主點(diǎn)可人為確定或在投照時(shí)得以準(zhǔn)確評(píng)估，但在一些回顧性研究或運(yùn)用患者術(shù)前X線圖像時(shí)往往是不得而知的。Chouteau等[17]發(fā)現(xiàn)，主距離以及主點(diǎn)分別發(fā)生±15 cm、±5 cm的變化（指主點(diǎn)與投照中心的距離，通常是上下距離）時(shí)所測(cè)得的TKA運(yùn)動(dòng)學(xué)變化在平移運(yùn)動(dòng)上＜1 mm，在旋轉(zhuǎn)上＜1°，而借助高質(zhì)量的X線圖像進(jìn)行基于圖像匹配的TKA運(yùn)動(dòng)學(xué)評(píng)估時(shí)，主點(diǎn)和主距離在一定范圍內(nèi)的變化對(duì)于運(yùn)動(dòng)學(xué)分析結(jié)果的影響非常有限。

2 TKA運(yùn)動(dòng)學(xué)研究對(duì)手術(shù)策略及假體設(shè)計(jì)的指導(dǎo)意義

2.1 手術(shù)技術(shù)

韌帶及軟組織平衡技術(shù)對(duì)TKA術(shù)后負(fù)重的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)產(chǎn)生重要影響，特別是在應(yīng)用非限制型假體之時(shí)[18]。從理論上來講，使用非限制型膝關(guān)節(jié)假體可以重建近似于正常生理?xiàng)l件下的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模式，但一些研究表明，非限制型膝關(guān)節(jié)假體術(shù)后的運(yùn)動(dòng)學(xué)表現(xiàn)為股骨髁“前滑”（sliding forward），而不是生理性“后滾”（roll-back）[3,19,20]。而Gamada等[21]近期所進(jìn)行的一項(xiàng)前瞻性隨機(jī)雙盲對(duì)照研究卻得出了不盡相同的結(jié)論。他們將研究對(duì)象分為兩組：傳統(tǒng)屈曲間隙平衡試墊組和彈性平衡裝置組，均采用旋轉(zhuǎn)平臺(tái)后交叉韌帶（posterior cruciate ligament，PCL）保留型假體，觀察兩組術(shù)后的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)。結(jié)果顯示，在負(fù)重弓步和被動(dòng)跪坐活動(dòng)中，兩組膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)之間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；在爬樓活動(dòng)中，兩組均有更多的內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)中心，股骨假體多表現(xiàn)為后移，提示良好的韌帶平衡能提供更接近于正常的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模式；同時(shí)他們也強(qiáng)調(diào)，這只是近期研究的結(jié)果，遠(yuǎn)期觀察還有待進(jìn)一步的隨訪研究。

TKA術(shù)中是否保留交叉韌帶，一直是頗受爭議的話題。多數(shù)學(xué)者認(rèn)為交叉韌帶應(yīng)盡量保留，不予切除。Haas等[22]研究表明，在移動(dòng)平臺(tái)型TKA中PCL切除與PCL替代（帶有支柱-凸輪裝置）有相似的運(yùn)動(dòng)模式，但是PCL替代型TKA在深屈膝活動(dòng)中表現(xiàn)出更多的股骨假體“后滾”，PCL切除TKA在屈曲至90°過程中表現(xiàn)出更多的矛盾性股骨假體“前滑”，而附加的支柱-凸輪裝置有利于促進(jìn)屈膝中股骨假體“后滾”，提高膝關(guān)節(jié)屈曲度。Moro-oka[23]等通過一項(xiàng)對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，在步態(tài)的起步相和擺動(dòng)相，前后交叉韌帶（anterior cruciate ligament/posterior cruciate ligament，ACL/PCL）雙重保留型TKA比單純PCL保留型TKA表現(xiàn)出近似于正常生理狀態(tài)的股骨“前滾”，盡管ACL保留對(duì)TKA術(shù)后臨床功能的評(píng)估不是必需的，但保留ACL后使膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)模式更趨于正常，尤其是在最大屈曲位置上。目前大部分TKA將ACL予以切除，使膝關(guān)節(jié)的生理性前方牽拉限制作用喪失，由此導(dǎo)致的內(nèi)在不穩(wěn)可通過腘繩肌進(jìn)行部分代償，進(jìn)而抵消伸肌力矩，使伸膝效率下降[24,25]。

2.2 股脛旋轉(zhuǎn)模式及旋轉(zhuǎn)中心

正常膝關(guān)節(jié)在屈曲過程中表現(xiàn)為脛骨相對(duì)股骨的內(nèi)旋[26,27]，特別是步態(tài)起步相時(shí)的5°和爬樓屈膝時(shí)的8°[28]。這種內(nèi)旋范圍重建的膝關(guān)節(jié)與健康膝關(guān)節(jié)應(yīng)該是相似的[29]，故TKA需提供上述范圍內(nèi)的軸向旋轉(zhuǎn)。Banks等[30]指出，TKA后屈膝中早期的脛骨內(nèi)旋不必持續(xù)到深屈膝時(shí)，脛骨內(nèi)旋是時(shí)相性的，與屈曲度數(shù)相比，內(nèi)旋程度與深屈膝姿勢(shì)（如跪坐、蹲馬步等）相關(guān)性更大。而Chouteau等[31]對(duì)移動(dòng)平臺(tái)型TKA運(yùn)動(dòng)學(xué)的觀察結(jié)果卻表明，隨著屈膝度的升高，股骨假體旋轉(zhuǎn)也逐漸增加，且這種旋轉(zhuǎn)不是時(shí)相性的，但他同時(shí)指出，這一結(jié)果尚需大樣本研究來加以進(jìn)一步證實(shí)。

Dennis等[32]進(jìn)行了一項(xiàng)包括1027個(gè)膝關(guān)節(jié)在內(nèi)的大樣本多中心研究，其對(duì)TKA后股骨軸向旋轉(zhuǎn)的運(yùn)動(dòng)學(xué)評(píng)估結(jié)果顯示，正常膝關(guān)節(jié)在深屈膝和步態(tài)中脛骨內(nèi)旋分別是16.5°和5.7°。所有被測(cè)試的實(shí)施TKA的患者在深屈膝時(shí)脛骨內(nèi)旋程度與正常膝關(guān)節(jié)相比均有所減?。辉诓綉B(tài)中所有類型的假體均表現(xiàn)為相似的旋轉(zhuǎn)模式；正常膝關(guān)節(jié)和ACL保留型TKA的旋轉(zhuǎn)均值高于ACL切除TKA的旋轉(zhuǎn)均值。TKA組在深屈膝狀態(tài)下有19%出現(xiàn)反向的旋轉(zhuǎn)模式，在步行狀態(tài)下則至少有31%的膝關(guān)節(jié)出現(xiàn)反向旋轉(zhuǎn)模式。由此可見，正常的軸向旋轉(zhuǎn)模式是建立良好髕骨軌跡、減小髕股剪力及實(shí)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)的最大屈曲度所必須的重要前提。

與Dennis等[32]的研究結(jié)果相似，對(duì)TKA運(yùn)動(dòng)學(xué)的早期X線透視研究亦表明，TKA后假體的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)與正常膝關(guān)節(jié)差異明顯[33]。在TKA切除ACL及半月板后，股骨在脛骨上屈曲狀態(tài)下有“前滾”的趨勢(shì)，在伸直狀態(tài)下有“后移”的傾向。盡管一些病例出現(xiàn)矛盾性的脛骨外旋，但絕大部分脛骨旋轉(zhuǎn)表現(xiàn)出正常屈膝過程中的內(nèi)旋。量化這些位移和旋轉(zhuǎn)的一個(gè)簡單方法是考慮平均旋轉(zhuǎn)中心（圖2）：在正常膝關(guān)節(jié)屈曲中，股骨的后移和脛骨內(nèi)旋產(chǎn)生一個(gè)旋轉(zhuǎn)中心，屈曲中外髁相對(duì)內(nèi)髁發(fā)生后移。在爬樓活動(dòng)中，假體設(shè)計(jì)導(dǎo)致的內(nèi)在限制明顯影響平均旋轉(zhuǎn)中心，后穩(wěn)定膝在屈曲中股骨在脛骨上后移，大都表現(xiàn)為內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)中心；步態(tài)適應(yīng)移動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)允許屈曲中相對(duì)自由的股骨前后位移，大都表現(xiàn)出外側(cè)旋轉(zhuǎn)中心[33]。在非限制TKA中，可觀察到屈曲時(shí)內(nèi)髁相對(duì)外髁的“前滑”，然而這種設(shè)計(jì)同時(shí)觀察到了外側(cè)旋轉(zhuǎn)中心。Banks等[34]在對(duì)一項(xiàng)包括25種不同TKA設(shè)計(jì)的爬樓運(yùn)動(dòng)分析中發(fā)現(xiàn)，假體的內(nèi)在限制與平均旋轉(zhuǎn)中心間存在顯著的線性關(guān)系：擁有更大內(nèi)在限制的設(shè)計(jì)存在內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)中心（或主要內(nèi)側(cè)旋轉(zhuǎn)中心），多達(dá)86%的非限制設(shè)計(jì)表現(xiàn)出外側(cè)旋轉(zhuǎn)中心。研究提示，只要病人的滿意度和臨床評(píng)分高，膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)范圍良好，滿意臨床效果的獲得就有了保證。這也說明，假體設(shè)計(jì)者和臨床醫(yī)生有很大的余地去調(diào)整膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模式，改進(jìn)假體設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)病人在肌肉力量、活動(dòng)度以及假體壽命等功能方面的遠(yuǎn)期改善。

2.3 股骨髁上翹與聚乙烯磨損

膝關(guān)節(jié)假體的磨損與假體材料的特性、表面形態(tài)、病人的負(fù)重程度以及運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)[35]。股骨髁上翹有助于聚乙烯的異常磨損，特別是在一些較平滑的髁假體設(shè)計(jì)中。Dennis等[36]通過觀察PCL保留型和PCL替代型TKA運(yùn)動(dòng)學(xué)發(fā)現(xiàn)，70%的PCL保留型假體和80%的PCL替代型假體出現(xiàn)了股骨髁上翹現(xiàn)象，上翹平均值分別為1.2 mm和1.4 mm，這可能導(dǎo)致聚乙烯磨損和假體松動(dòng)的較早發(fā)生，由此他們認(rèn)為，改進(jìn)股脛假體在冠狀位的幾何匹配度是非常關(guān)鍵的，同樣具有重要意義的還包括手術(shù)中的韌帶平衡技術(shù)（圖3，4）。

圖2 4種膝關(guān)節(jié)假體在步態(tài)及爬樓活動(dòng)中的股脛關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)[30]

圖3后交叉韌帶保留型TKA矢狀面和額狀面圖像所表現(xiàn)出的股骨髁上翹[36]

圖4 后穩(wěn)定型TKA矢狀面和額狀面圖像所表現(xiàn)出的股骨髁上翹[36]

假體磨損試驗(yàn)數(shù)據(jù)多來自體外力學(xué)測(cè)試的結(jié)果[37]，通過在體研究準(zhǔn)確預(yù)測(cè)聚乙烯的磨損程度往往較難實(shí)現(xiàn)。但目前通過一些植入工具可以較為準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)體內(nèi)假體的磨損預(yù)測(cè)[38,39]。Jennings等[39]運(yùn)用一種生理膝關(guān)節(jié)探測(cè)器進(jìn)行在體熒光透視研究，對(duì)施行固定平臺(tái)和旋轉(zhuǎn)移動(dòng)平臺(tái)TKA的病人進(jìn)行在體假體超高分子聚乙烯墊層的磨損試驗(yàn)。結(jié)果顯示，不出現(xiàn)股骨髁上翹的假體磨損率較低，固定平臺(tái)組和旋轉(zhuǎn)移動(dòng)平臺(tái)組假體磨損率為（5.2±2.2）mm3/MC和（8.8±4.8）mm3/MC，假體的股骨髁上翹加速了超高分子聚乙烯墊層的磨損，固定平臺(tái)組和旋轉(zhuǎn)移動(dòng)平臺(tái)組假體磨損率為（16.4±2.9）mm3/MC和（16.9±2.9）mm3/MC。盡管旋轉(zhuǎn)移動(dòng)平臺(tái)型假體表現(xiàn)出更高的磨損率，但實(shí)際的磨損量和股骨髁上翹的影響均有賴于在體股骨髁發(fā)生上翹的實(shí)際頻率。

2.4 股骨后髁幾何重建及膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度

在衡量TKA術(shù)后功能的眾多因素中，關(guān)節(jié)活動(dòng)度(range of motion，ROM)一直是需要著重考慮的問題[40-42]。比利時(shí)學(xué)者Bellemans等[20]于2002年首次提出了股骨后髁offset的概念，將其定義為股骨后部皮質(zhì)與股骨后髁最遠(yuǎn)點(diǎn)之間的垂直距離。它的變化對(duì)TKA術(shù)后的膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度具有重要影響，對(duì)其的深入研究認(rèn)為它有利于避免膝關(guān)節(jié)屈曲狀態(tài)下股骨后髁與脛骨后部皮質(zhì)的提前撞擊，進(jìn)而獲得TKA術(shù)后的最大膝關(guān)節(jié)屈曲度。Bellemans等[20]認(rèn)為，在PCL保留型TKA中，股骨后髁offset的減小能使股骨髁的后部撞擊提早發(fā)生，進(jìn)而阻止膝關(guān)節(jié)的進(jìn)一步屈曲。股骨后髁offset解剖值減小1 mm，最大被動(dòng)屈曲度即降低6°。當(dāng)膝關(guān)節(jié)的測(cè)量尺寸介于兩種型號(hào)的假體之間時(shí)，以往一般主張選擇較小型號(hào)的假體，但如此一來，即使股骨后髁offset解剖值僅縮短幾毫米，也將使屈曲度潛在地呈數(shù)倍降低。如欲減弱股骨后髁offset的影響，則應(yīng)盡可能使用較大型號(hào)股骨假體或調(diào)整較小型號(hào)股骨假體的位置，進(jìn)而為病人提供更大的屈膝活動(dòng)度（圖5）。Goldstein等[43]亦通過計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)分析了股骨后髁offset對(duì)PCL保留型TKA術(shù)后最大屈曲度的影響，得出的結(jié)論與Bellemans相似。但也有一些報(bào)道持不同看法，Hanratty等[44]通過研究發(fā)現(xiàn)，PCL保留型TKA術(shù)后股骨后髁offset較術(shù)前平均增加1 mm，股骨后髁offset與屈膝度之間并不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)相關(guān)性。

膝關(guān)節(jié)假體類型不同，TKA術(shù)后股骨后髁offset對(duì)膝關(guān)節(jié)屈曲度的影響也不盡相同。Arabori等[45]研究證實(shí)，在PCL保留型TKA膝關(guān)節(jié)中，股骨后髁offset的減小與術(shù)后膝關(guān)節(jié)屈曲受限有關(guān)；而在后方穩(wěn)定型TKA膝關(guān)節(jié)中，股骨后髁offset的減小并未對(duì)術(shù)后膝關(guān)節(jié)屈曲產(chǎn)生影響。他們認(rèn)為其主要原因是兩種假體膝關(guān)節(jié)在屈曲過程中的運(yùn)動(dòng)學(xué)不同所致。股骨在脛骨上的更大后移會(huì)增加膝關(guān)節(jié)屈曲度，一項(xiàng)對(duì)16個(gè)不同TKA設(shè)計(jì)的TKA運(yùn)動(dòng)學(xué)評(píng)估研究表明：股骨的明顯后移與最大負(fù)重屈曲度間存在顯著的線性關(guān)系，在所有TKA設(shè)計(jì)中，股骨每后移1 mm，膝屈曲度增加1.4°[33]。盡管目前的一些研究表明股骨后髁offset對(duì)TKA術(shù)后膝關(guān)節(jié)屈曲度產(chǎn)生的影響可能因假體類型而異[45,46]，但是這些研究并未將術(shù)后股骨后髁offset的改變和屈膝中股骨相對(duì)脛骨的前后位移這兩個(gè)因素同時(shí)引入，亦并未研究相同或相似運(yùn)動(dòng)模式下不同假體股骨后髁offset的變化對(duì)TKA術(shù)后最大屈曲度的影響。因此，股骨后髁offset在TKA中的意義仍有待進(jìn)一步考察。

圖5 PCL保留型TKA中股骨后髁offset減小使膝關(guān)節(jié)屈曲過程中脛骨平臺(tái)后部與股骨后部皮質(zhì)提前發(fā)生撞擊，進(jìn)而使膝關(guān)節(jié)屈曲度減小（左）；PCL保留型TKA中正常的股骨后髁幾何重建使膝關(guān)節(jié)在脛骨平臺(tái)后部與股骨后部皮質(zhì)發(fā)生撞擊之前獲得更高的屈曲度（右）[20]

2.5 對(duì)線問題

假體設(shè)計(jì)和手術(shù)對(duì)線會(huì)影響最大活動(dòng)范圍內(nèi)的關(guān)節(jié)接觸和膝關(guān)節(jié)功能，而基于X線圖像的TKA運(yùn)動(dòng)學(xué)研究結(jié)果可用于假體定位和在體動(dòng)態(tài)觀察，從而有助于假體定位和手術(shù)對(duì)線的準(zhǔn)確性。通常在設(shè)計(jì)時(shí)要求膝關(guān)節(jié)假體能夠最大程度地增加伸膝時(shí)的股脛關(guān)節(jié)接觸面積，以適應(yīng)0°～15°的過伸[19]。在模擬早期站立時(shí)，為了使假體達(dá)到0°的相對(duì)屈曲，通常需要進(jìn)行假體磨損試驗(yàn)，然而并未考慮手術(shù)對(duì)線會(huì)將假體放在非0°相對(duì)屈曲位置這一重要因素。股骨假體植入時(shí)用髓內(nèi)定位或用髓外技術(shù)與股骨遠(yuǎn)端正交對(duì)線，股骨軸前弓會(huì)使股骨假體在矢狀面上前屈5°～7°。與此相似的是，脛骨假體的植入技術(shù)涉及從脛骨長軸的垂直對(duì)線到正常脛骨平臺(tái)后傾角的批準(zhǔn)對(duì)線，手術(shù)放置位置最終要使假體呈5°～12°的相對(duì)過伸。Banks等[19]用角度測(cè)量法和熒光透視法分別進(jìn)行骨屈曲和假體屈曲的同步測(cè)量，結(jié)果顯示，假體相對(duì)骨屈曲角度過伸平均9.5°（圖6）。帶有脛骨襯墊立柱的后穩(wěn)定設(shè)計(jì)和一些PCL保留型設(shè)計(jì)通常限制5°～12°的過伸，如果假體在屈膝0°時(shí)被放置在大約10°過伸的位置上，這種過伸就會(huì)增加伸膝過程中股骨前移導(dǎo)致前方撞擊的危險(xiǎn)[43,44]，因而提醒外科醫(yī)生在應(yīng)用這類假體時(shí)應(yīng)該了解其所允許的過伸范圍，在安裝假體時(shí)應(yīng)將假體放置在適當(dāng)位置上。

圖6 擁有良好對(duì)線的膝關(guān)節(jié)普遍表現(xiàn)出假體的過伸[19]

2.6 旋轉(zhuǎn)平臺(tái)型TKA的運(yùn)動(dòng)學(xué)

從理論上講，旋轉(zhuǎn)移動(dòng)平臺(tái)膝關(guān)節(jié)假體具有在不限制股脛?shì)S向旋轉(zhuǎn)的情況下增加股脛關(guān)節(jié)匹配度和關(guān)節(jié)接觸面積、進(jìn)而降低股脛關(guān)節(jié)接觸壓的作用，可模擬正常膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模式，近年來應(yīng)用廣泛。但目前多項(xiàng)在體和離體研究結(jié)果表明，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)假體與固定平臺(tái)假體相比，并未表現(xiàn)出不同的運(yùn)動(dòng)模式[47-50]。Sugita等[49]觀察了20例實(shí)施低接觸壓旋轉(zhuǎn)平臺(tái)和前后滑動(dòng)型TKA的日本籍患者的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)，結(jié)果提示，兩種假體在體運(yùn)動(dòng)模式的差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。旋轉(zhuǎn)平臺(tái)假體表現(xiàn)出較小范圍的前后位移和較大的軸向旋轉(zhuǎn)，運(yùn)動(dòng)模式變化較小；前后滑動(dòng)型假體的前后位移和軸向旋轉(zhuǎn)非常明顯，有較大的運(yùn)動(dòng)模式變化。與應(yīng)用同類假體的美國籍患者比較，兩組TKA后膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，推測(cè)可能是生活習(xí)慣不同所致（日本人習(xí)慣跪坐，故對(duì)膝關(guān)節(jié)屈曲度有更大要求），此外，日本醫(yī)生和美國醫(yī)生行TKA時(shí)采用不同的韌帶平衡技術(shù)也是其重要原因。

3 小結(jié)

基于X線圖像的TKA在體運(yùn)動(dòng)學(xué)研究為直接觀察和測(cè)量膝關(guān)節(jié)置換的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)學(xué)提供了獨(dú)特的研究視野[51]。作為準(zhǔn)確量化膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模式的工具，基于形狀配準(zhǔn)的TKA運(yùn)動(dòng)測(cè)量技術(shù)有助于術(shù)者掌握和理解假體設(shè)計(jì)的特征性信息和影響病人療效的手術(shù)因素，對(duì)提高TKA手術(shù)的療效、改善患者生活質(zhì)量起到了非常重要的作用。

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