墊片設(shè)計(jì)對(duì)TKA術(shù)后髕骨傾斜和脛骨旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的影響

及松潔，周一新，劉慶華，李玉軍，周乙雄，李 為

(北京積水潭醫(yī)院，北京100035)

全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(TKA)已成為廣泛接受并且療效可靠的外科技術(shù)。從20世紀(jì)90年代開始，許多人工膝關(guān)節(jié)假體公司改良了膝關(guān)節(jié)假體設(shè)計(jì)，期望能夠改善術(shù)后膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度。本研究通過對(duì)采用不同墊片的兩組病例影像學(xué)表現(xiàn)的分析比較，運(yùn)用循環(huán)透視技術(shù)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行連續(xù)性觀察，探討墊片設(shè)計(jì)因素對(duì)膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的影響。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 研究2007年7月～2009年6月接受TKA的28例患者，共42膝。所有患者均診斷為膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎。全部使用Smith-Nephew公司GENESISⅡ型假體進(jìn)行置換。所有患者由同一位醫(yī)生完成手術(shù)，均采用髕旁內(nèi)側(cè)入路。術(shù)中按隨機(jī)原則分別安放GENESISⅡ標(biāo)準(zhǔn)墊片或高屈曲墊片，并據(jù)此分為A組(標(biāo)準(zhǔn)墊片)和B組(高屈曲墊片)。A組13例(19膝)，男1例、女12例，年齡54～74(64.3±8.2)歲，BMI 23.63～35.75(28.26±3.64)，左膝4例、右膝3例、雙膝6例，術(shù)前活動(dòng)度70°～125°(90.0°±15.5°);B 組15 例(23 膝)，男1例、女 14例，年齡 54～74(62.8±6.5)歲，BMI 23.88～29.38(26.27±1.89)，左膝2例、右膝5例、雙膝8 例，術(shù)前活動(dòng)度 65°～125°(95.9°±16.0°)。兩組臨床資料均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

1.2 GENESISⅡ墊片高屈曲改良設(shè)計(jì)特點(diǎn) 前方凹槽加深，減少高屈曲時(shí)髕韌帶的張力;中央柱前方斜率的加大，避免在高屈曲時(shí)出現(xiàn)髕骨撞擊;墊片后方曲率半徑的變化在高屈曲時(shí)更好的與股骨后髁相匹配。后方平臺(tái)變薄，更好的引導(dǎo)股骨髁的后滾。

1.3 評(píng)估指標(biāo) 所有病例平均隨訪27.7(12～38)個(gè)月。術(shù)前和術(shù)后隨訪時(shí)記錄膝關(guān)節(jié)活動(dòng)度。拍攝標(biāo)準(zhǔn)膝關(guān)節(jié)正位和側(cè)位X線平片，評(píng)估放射學(xué)上有無假體松動(dòng)的表現(xiàn)。固定股骨側(cè)，使患者在側(cè)臥位下被動(dòng)屈曲膝關(guān)節(jié)。使用島津(Sonialvision SafineⅡ)大平板多功能數(shù)字化斷層/透視系統(tǒng)進(jìn)行循環(huán)透視拍攝膝關(guān)節(jié)屈伸活動(dòng)側(cè)位，拍攝速度為7.5 fps。使用Image J 1.38X醫(yī)學(xué)圖像分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)擬合對(duì)循環(huán)透視生成的影像進(jìn)行分析，選取需要的屈曲位置。使用CorelDRAW 14.0作圖軟件測量膝關(guān)節(jié)自伸直位至極度屈曲時(shí)，髕骨軸線與脛骨軸線的成角即髕骨傾斜角(成角在脛骨前方為正值，后方為負(fù)值);依據(jù) Yamamoto 的回歸方程［1，2］，可以通過脛骨和腓骨之間相對(duì)位置的變化來測算脛骨旋轉(zhuǎn)的角度。每10°進(jìn)行1次測量，影像學(xué)資料分析工作均由同一名醫(yī)師完成。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 比較兩組術(shù)后各評(píng)估指標(biāo)的差異性，使用Mann-Whitney U非參數(shù)檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。統(tǒng)計(jì)分析均使用PASW Statistics 18.0統(tǒng)計(jì)軟件完成，以P≤0.05為有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。

2 結(jié)果

2.1 活動(dòng)度比較 本研究42膝至隨訪截止時(shí)，假體生存率為100%。在膝關(guān)節(jié)正位及側(cè)位X線片中，沒有影像學(xué)松動(dòng)的表現(xiàn)。A組活動(dòng)度為85°～130°(119.5°±12.2°)，B 組為95°～135°(122.6°±11.5°)，P=0.789。

2.2 髕骨傾斜角比較 不同膝關(guān)節(jié)屈曲度時(shí)兩組間髕骨傾斜角比較見表1。膝關(guān)節(jié)屈曲至130°時(shí)，兩組有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P＜0.05)。

表1 A組和B組髕骨傾斜角比較(±s)

表1 A組和B組髕骨傾斜角比較(±s)

膝關(guān)節(jié)屈曲度A 組n 髕骨傾斜角(°)B 組n 髕骨傾斜角(°)P值伸直位19 -9.8±2.6 23 -9.9±2.9 0.969屈曲10° 19 -9.2±2.4 23 -9.0±2.9 0.655屈曲20° 19 -7.0±2.5 23 -6.4±2.9 0.222屈曲30° 19 -3.7±3.4 23 -2.8±2.4 0.202屈曲40° 19 -2.2±2.1 23 -1.2±2.7 0.168屈曲50° 19 0.7±2.8 23 2.1±2.9 0.078屈曲60° 19 2.5±2.6 23 4.0±3.1 0.056屈曲70° 19 6.6±3.4 23 7.7±3.1 0.261屈曲80° 19 8.9±3.5 23 10.1±2.6 0.800屈曲90° 18 12.5±2.7 23 13.5±2.4 0.085屈曲100° 18 17.7±1.9 22 17.2±2.7 0.497屈曲110° 15 20.5±3.0 20 19.8±2.9 0.414屈曲120° 12 22.7±2.8 19 23.6±2.2 0.595屈曲130° 6 23.2±3.6 9 26.9±1.4 0.034

2.3 脛骨旋轉(zhuǎn)角度比較 見表2。將伸直位得到的測量結(jié)果定義為基線(0°)，膝關(guān)節(jié)不同屈曲度時(shí)脛骨的活動(dòng)可以通過脛骨的不同旋轉(zhuǎn)角度與基線的比較得到。

表2 A組和B組脛骨旋轉(zhuǎn)角度比較(±s)

表2 A組和B組脛骨旋轉(zhuǎn)角度比較(±s)

膝關(guān)節(jié)屈曲度A 組n 脛骨內(nèi)旋(°)B 組n 脛骨內(nèi)旋(°)P值伸直位 19 0 23 0—屈曲10° 19 1.1±3.4 23 1.3±3.3 0.960屈曲20° 19 0.7±3.5 23 1.2±3.7 0.820屈曲30° 19 0.5±3.1 23 -0.8±3.8 0.142屈曲40° 19 0.6±3.2 23 0.1±3.2 0.551屈曲50° 19 1.2±3.2 23 0.9±3.3 0.742屈曲60° 19 1.8±3.9 23 1.2±4.2 0.266屈曲70° 19 2.2±4.0 23 2.0±4.0 0.919屈曲80° 19 2.6±4.0 23 2.7±3.7 0.658屈曲90° 18 3.5±3.3 23 3.8±3.9 0.627屈曲100° 18 4.9±3.7 22 5.4±3.3 0.683屈曲110° 15 6.7±4.1 20 7.1±3.8 0.537屈曲120° 12 8.1±4.6 19 8.5±4.1 0.745屈曲130° 6 10.1±3.8 9 11.1±4.1 0.516

3 討論

臨床評(píng)價(jià)方面，Laskin等［3］對(duì)100例使用標(biāo)準(zhǔn)墊片的GENESISⅡ假體患者隨訪了5 a，假體生存率為98%，平均活動(dòng)度為118°，79%的患者可以完成雙腿交替上下樓梯的活動(dòng)。Bourne等［4］也對(duì)100例使用標(biāo)準(zhǔn)墊片GENESISⅡ假體的患者隨訪10 a，假體生存率為96%，至隨訪時(shí)活動(dòng)度為100°～117°。McCalden 等［5］將使用 GENESISⅡ標(biāo)準(zhǔn)墊片的50例膝與使用GENESISⅡ高屈曲墊片的50例膝進(jìn)行比較，隨訪2.7 a，兩組術(shù)后活動(dòng)度無差異。本研究中，隨訪截止時(shí)在膝關(guān)節(jié)正位及側(cè)位X線片中，沒有影像學(xué)松動(dòng)的表現(xiàn)，假體生存率為100%。高屈曲墊片組術(shù)后活動(dòng)度比標(biāo)準(zhǔn)墊片組稍高，但無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，可見單純墊片的高屈曲改良設(shè)計(jì)對(duì)術(shù)后活動(dòng)度的影響并不大。

影像學(xué)參數(shù)的評(píng)價(jià)方面，正常膝關(guān)節(jié)屈曲60°時(shí)髕骨傾斜角為 5°，屈曲 90°時(shí)髕骨傾斜角為9°［6，7］。本研究中，在屈曲度數(shù)較低時(shí)，TKA 術(shù)后髕骨傾斜角接近正常，而隨著屈曲度數(shù)的增加，髕骨傾斜角開始大于正常膝關(guān)節(jié)，高屈曲墊片和標(biāo)準(zhǔn)墊片組間無差異，均明顯大于正常組。髕骨傾斜角增大，可能是髕骨和股骨的接觸位置上移造成的［6］。大部分患者在TKA術(shù)后髕股關(guān)節(jié)的接觸位置會(huì)上移，這與假體髕股關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)有關(guān)，可能與TKA術(shù)后關(guān)節(jié)線的抬高也有關(guān)。髕股關(guān)節(jié)接觸部位的上移，使髕前張力增大，是膝前痛發(fā)生的原因之一。本研究中，兩組在膝關(guān)節(jié)屈曲0°～120°時(shí)無差異，一定程度上說明髕骨傾斜角的變化與墊片表面幾何形狀關(guān)系不大。但膝關(guān)節(jié)屈曲大于120°時(shí)，兩組開始出現(xiàn)差異，這可能是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)墊片在中央柱較粗，高屈曲時(shí)其前方可能會(huì)影響髕骨的位置。而改良設(shè)計(jì)的高屈曲墊片，中央柱前方斜率較大，高屈曲時(shí)可以很好的避免中央柱對(duì)髕骨的影響。

很多研究報(bào)道，正常膝關(guān)節(jié)在極度屈曲時(shí)脛骨相對(duì)股骨內(nèi)旋了 14°～19°［8］。TKA 術(shù)后脛骨的內(nèi)旋幅度與假體設(shè)計(jì)有很大關(guān)系［9］。Walker等［10］的研究表明，全髁型膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后，脛股關(guān)節(jié)的軸向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可達(dá)12°。傳統(tǒng)鉸鏈型膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后發(fā)生早期松動(dòng)或假體間連接部件損壞的原因也正在于膝關(guān)節(jié)屈伸過程中脛骨旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的脛股關(guān)節(jié)間強(qiáng)大的扭矩。對(duì)后方穩(wěn)定型人工膝關(guān)節(jié)而言，其脛股關(guān)節(jié)間的旋轉(zhuǎn)限制性主要來源于股脛關(guān)節(jié)面之間的吻合作用及脛股關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)到一定程度時(shí)出現(xiàn)的cam-post撞擊現(xiàn)象［11］。本研究中，兩組脛骨軸向運(yùn)動(dòng)在膝關(guān)節(jié)屈曲0°～30°時(shí)都出現(xiàn)了輕度的外旋，與周一新等［12］報(bào)道一致，說明在后穩(wěn)定型假體中脛骨的反常旋轉(zhuǎn)是明顯存在的。在屈曲30°以后，脛骨開始內(nèi)旋，屈曲超過80°后，內(nèi)旋速度明顯增快，膝關(guān)節(jié)屈曲至最大時(shí)脛骨內(nèi)旋亦內(nèi)旋到最大幅度?？梢娤リP(guān)節(jié)屈曲和脛骨軸向運(yùn)動(dòng)是緊密相關(guān)的，兩組在脛骨旋轉(zhuǎn)的時(shí)相和幅度上沒有明顯差異，這一定程度說明了墊片的改良設(shè)計(jì)對(duì)于股脛關(guān)節(jié)的軸向運(yùn)動(dòng)影響不大。

總之，本研究結(jié)果表明，單純的墊片改良設(shè)計(jì)對(duì)于TKA術(shù)后活動(dòng)度的改善不明顯;髕骨的運(yùn)動(dòng)軌跡不僅受到股骨假體髁間設(shè)計(jì)的影響，還受到中央柱設(shè)計(jì)的影響，中央柱的改良設(shè)計(jì)可以改善髕骨軌跡;墊片設(shè)計(jì)對(duì)于股脛關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)影響不大。

［1］Yamamoto T，Takayanagi F，Kondo K，et al.A new method to measure tibial rotational angle during knee flexion［J］.J Aichi Med Univ Assoc，1999，27:295.

［2］Shi K，Hayashida K，Umeda N，et al.Kinematic comparison between mobile-bearing and fixed-bearing inserts in NexGen legacy posterior stabilized flex total knee arthroplasty［J］.J Arthroplasty，2008，23(2):164-169.

［3］Laskin RS，Davis J.Total knee replacement using the GenesisⅡprosthesis:a 5-year follow up study of the first 100 consecutive cases［J］.Knee，2005，12(3):163-167.

［4］Bourne RB，Laskin RS，Guerin JS.Ten-year results of the first 100 GenesisⅡ total knee replacement procedures［J］.Orthopedics，2007，30(8 Suppl):83-85.

［5］McCalden RW，MacDonald SJ，Bourne RB，et al.A randomized controlled trial comparing"high-flex"vs"standard"posterior cruciate substituting polyethylene tibial inserts in total knee arthroplasty［J］.J Arthroplasty，2009，24(6 Suppl):33-38.

［6］Stiehl JB，Komistek RD，Dennis DA，et al.Kinematics of the patellofemoral joint in total knee arthroplasty ［J］.J Arthroplasty，2001，16(6):706-714.

［7］周一新，蔣毅，張洪，等.全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)對(duì)髕骨內(nèi)外傾運(yùn)動(dòng)的影響［J］.中華骨科雜志，2006，26(11):754-757.

［8］Komistek RD，Dennis DA，Mahfouz M.In vivo fluoroscopic analysis of the normal human knee ［J］.Clin Orthop Relat Res，2003，(410):69-81.

［9］Stiehl JB.Comparison of tibial rotation in fixed and mobile bearing total knee arthroplasty usingcomputer navigation ［J］.Int Orthop，2009，33(3):679-685.

［10］Walker PS，Manktelow AR.Comparison between a Constrained Condylar and a Rotating Hinge in revision knee surgery［J］.Knee，2001，8(4):269-279.

［11］Mikulak SA，Mahoney OM，dela Rosa MA，et al.Loosening and osteolysis with the press-fit condylar posterior-cruciate-substituting totalknee replacement［J］.J Bone Joint Surg Am，2001，83-A(3):398-403.

［12］周一新，蔣毅，張洪，等.脛骨軸向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與膝關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)藕合的研究［J］.中華骨科雜志，2004，24(12):747-750.