人工全膝關節(jié)置換術中假體旋轉力線定位的研究進展

李 想，王 巖，董紀元

解放軍總醫(yī)院 骨科，北京 100853

人工全膝關節(jié)置換術中假體旋轉力線定位的研究進展

李 想，王 巖，董紀元

解放軍總醫(yī)院 骨科，北京 100853

人工全膝關節(jié)置換術后旋轉力線對于患者術后功能和假體使用壽命十分重要。近年來，針對膝關節(jié)假體旋轉力線的評估方法和手術技術在不斷發(fā)展，特別是計算機導航輔助手術的應用，使得關節(jié)假體的旋轉力線更為精確。本文就膝關節(jié)假體旋轉力線的評估、旋轉力線對術后功能的影響，以及計算機導航的最新應用進展做一綜述。

旋轉力線；計算機導航；人工全膝關節(jié)置換

人工全膝關節(jié)置換手術的患者術后滿意度和假體使用壽命在很大程度上取決于正確的膝關節(jié)力線。理想的人工膝關節(jié)力線可以讓患者獲得更接近于正常的膝關節(jié)運動方式，避免假體和骨水泥受力不均導致的早期失敗，同時最大限度地保證伸膝裝置的功能。在人工全膝關節(jié)置換手術研究領域，更多的臨床研究集中在術后膝關節(jié)的冠狀位力線，即內外翻角度，而關于假體旋轉力線的研究相對較少。但近十幾年來，隨著對全膝人工關節(jié)理解的不斷深入，以及圍手術期CT測量和導航技術的發(fā)展，膝關節(jié)假體旋轉力線的重要性越發(fā)受到人們的重視。膝關節(jié)旋轉力線取決于指股骨假體與脛骨假體在水平橫斷面方向上的位置，影響著人工膝關節(jié)假體覆蓋、屈伸間隙平衡、伸膝裝置功能、髕骨關節(jié)功能等多個方面的臨床效果。本文將對膝關節(jié)置換假體旋轉力線方面的研究文獻進行回顧，探討假體旋轉力線與術后功能、假體使用壽命之間的關聯(lián)，并比較不同定位方法對實現(xiàn)良好旋轉力線的優(yōu)劣。

1 人工膝關節(jié)假體旋轉力線的測量

Berger等[1]最早發(fā)表了在水平橫斷面CT片上測量假體旋轉力線位置的方法：在股骨通髁線水平分別標記測量通髁線和假體后髁最高點的連線，這兩條線之間的夾角定位股骨外旋角度。在脛骨側，首先定位脛骨假體的幾何中心，連接該中心與脛骨假體前端頂點，確定脛骨假體縱軸線；尋找假體的幾何中心在脛骨結節(jié)頂點水平處的投影點，連接該點到脛骨結節(jié)頂點的直線，測量這兩條直線在水平面上投影的夾角，即為脛骨假體旋轉角度。股骨假體和脛骨假體旋轉角度之和，被定義為綜合旋轉角。此后許多學者分別在各自的研究中使用這種測量方法并得出了相似的結論[2-6]。Martin等[7]發(fā)表的最新研究報道中描述了另一種使用CT建模并測量脛骨旋轉位置的方法，較為簡便。雖然這些評估方法均基于CT檢查，但Konigsberg等[6]的最新研究稱，使用二維CT評估膝關節(jié)置換術后假體旋轉位置的方法在不同觀察者之間、或是同一觀察者的不同時段之間的差異較大，認為這種方法的可重復性不高。隨著磁共振技術的發(fā)展，MRI也被用來進行人工膝關節(jié)置換術后假體旋轉力線的評估，Murakami等[8]使用MRI對50例人工全膝關節(jié)置換術后膝關節(jié)疼痛的患者和16例無癥狀患者進行MRI掃描，評估二者間旋轉力線的差異，獲得了與其他研究者使用CT進行評估相似的結果。

2 旋轉力線與術后功能

股骨假體的旋轉位置主要影響人工關節(jié)置換手術中的屈曲間隙平衡以及術后的髕骨軌跡兩大方面。早在1993年，Anouchi等[9]進行的尸體研究已經(jīng)表明了股骨外旋對于屈曲間隙平衡和穩(wěn)定的重要意義，同時也針對其對髕骨軌跡的影響進行了初步的討論。Harman等[10]進行的研究和Thompson等[11]進行的計算機模擬實驗均表明，膝關節(jié)假體旋轉力線不良的患者在進行屈膝運動時，會導致關節(jié)運動學、生物力學的異常變化。Lützner等[12]的研究同樣支持這一觀點，并認為旋轉力線對位不良是導致術后療效不好的原因之一。股骨假體的旋轉力線主要涉及到屈曲間隙平衡和髕骨軌跡兩個方面，股骨假體的內旋放置會引起人工全膝關節(jié)置換術后早期失敗[13]。

脛骨假體的旋轉位置有時更容易被忽視，但卻是影響膝關節(jié)置換手術效果的重要因素[14-16]。對于經(jīng)驗相對較少的醫(yī)生而言，容易犯的錯誤是脛骨假體外旋不足，會導致髕骨軌跡不佳，影響術后效果[3]。有些學者認為，人工關節(jié)的旋轉力線不良也是導致術后膝前區(qū)疼痛的因素之一，后者是臨床上常見的髕股關節(jié)并發(fā)癥[17-18]。根據(jù)文獻報道，無論是否置換髕骨假體，均可能出現(xiàn)這種并發(fā)癥而導致失敗[17-18]。Barrack等[17]的研究指出，對于進行髕骨置換的患者而言，若術后出現(xiàn)膝前區(qū)疼痛的主要因素在于假體旋轉力線不佳，單純更換髕骨假體難以獲得良好預后，而且容易出現(xiàn)髕骨骨折等棘手的并發(fā)癥。由此可以推測，對于未進行髕骨置換的患者來說，僅僅進行置換髕骨假體的二次手術同樣難以獲得良好的手術效果。此外，對于很多難以解釋的膝關節(jié)置換術后疼痛病例來說，建議對其假體的旋轉力線進行檢查，評估其是否是導致疼痛的潛在因素[19]。若在術中需要選擇較大的脛骨后傾角度，脛骨假體的旋轉力線不良還可能導致冠狀位力線的改變，一般來說會導致術后膝關節(jié)內翻，這對于人工全膝關節(jié)置換術來說是十分致命的，容易導致早期內側脛骨平臺的塌陷[20-21]。

3 假體旋轉定位的手術技術

按照測量截骨法測量股骨假體時，其外旋角度的確定可以根據(jù)股骨側的骨性解剖標志來確定。常用的解剖標志包括：解剖通髁線，外科通髁線，前后切跡連線，股骨后髁連線，后交叉韌帶。此外還可以通過間隙平衡技術確定股骨外旋角度。Victor[22]分析比較了各種不同的股骨假體外旋定位方法手術效果的報道結果，認為使用切跡連線的方法一致性較差，并認為使用通髁線定位外旋角度的傳統(tǒng)方法術后效果值得商榷，推薦在術前進行CT掃描，根據(jù)測量數(shù)據(jù)確定股骨的外旋定位參考，提高股骨旋轉位置的精確性。Fujii等[23]認為，單純使用股骨后髁連線確定假體外旋的方法易受股骨后髁軟骨的影響，建議參考多種方法進行股骨旋轉定位。Amiri等[24]提出了使用術中三維C形臂透視的方法進行術中和術后旋轉力線的評估，證明其準確性與傳統(tǒng)的CT技術相仿。若使用間隙平衡技術進行股骨截骨，股骨假體的外旋角度會取決于截骨時韌帶的平衡和脛骨截骨面角度，此時股骨假體的旋轉位置變化較大。有研究報道稱其變化范圍為外旋6° ～ 內旋15°，但這種差異在使用旋轉平臺的膝關節(jié)假體時，其中期隨訪結果沒有出現(xiàn)明顯統(tǒng)計學意義[25]。

在脛骨側，假體的旋轉位置一般參照脛骨結節(jié)和后交叉韌帶在脛骨側的止點位置，對脛骨平臺外側緣的充分顯露有助于實現(xiàn)更理想的脛骨旋轉位置。解剖學上的一些研究表明，無論是在內翻還是外翻畸形的情況下，脛骨前后縱軸與股骨通髁線之間為相對固定的垂直關系[26]。但Tao等[27]最近發(fā)表的研究稱，使用脛骨結節(jié)內側作為脛骨假體旋轉定位點的方法并不一定能夠獲得良好的術后效果。一些解剖型設計的旋轉襯墊假體兼顧了旋轉力線和骨面覆蓋之間的矛盾，對于脛骨假體旋轉位置的容錯率更高[7]。

近年來，隨著計算機導航人工全膝關節(jié)置換手術的發(fā)展，股骨假體的安裝位置更加精確化[28-29]。計算機導航技術可以在下肢更大的范圍內評估膝關節(jié)的力線情況，并對其進行個性化的導航定位，對于優(yōu)化髕骨軌跡、提高術后患者滿意度均顯示出一定的優(yōu)勢[5,30-32]。

4 結語

隨著人工全膝關節(jié)置換術的日益普及和對人工全膝關節(jié)置換手術的不斷深入研究，人們對患者術后功能和使用壽命的要求也在不斷提高。而完美的膝關節(jié)力線則是實現(xiàn)這些要求的必要條件。相比冠狀位力線而言，旋轉力線因其評估手段的限制有時會被醫(yī)生們所忽視，往往導致了一些并發(fā)癥的發(fā)生。隨著手術技術的不斷發(fā)展，尤其是計算機導航關節(jié)置換技術的成熟，提供了膝關節(jié)假體旋轉力線的精確度，但其實際臨床意義和經(jīng)濟投入產(chǎn)出比尚存在不小的爭議，需在長期隨訪的基礎上進一步研究[33]。

1 Berger RA， Crossett LS， Jacobs JJ， et al. Malrotation causing patellofemoral complications after total knee arthroplasty［J］. ClinOrthop Relat Res， 1998， （356）：144-153.

2 Berger RA， Rubash HE， Seel MJ， et al. Determining the rotational alignment of the femoral component in total knee arthroplasty using the epicondylar axis［J］. Clin Orthop Relat Res， 1993， （286）：40-47.

3 Bédard M， Vince KG， Redfern J， et al. Internal rotation of the tibial component is frequent in stiff total knee arthroplasty［J］. Clin Orthop Relat Res， 2011， 469（8）：2346-2355.

4 Chauhan SK， Clark GW， Lloyd S， et al. Computer-assisted total knee replacement. A controlled cadaver study using a multi-parameter quantitative CT assessment of alignment （the Perth CT Protocol）［J］. J Bone Joint Surg Br， 2004， 86（6）：818-823.

5 Choong PF， Dowsey MM， Stoney JD. Does accurate anatomical alignment result in better function and quality of life? Comparing conventional and computer-assisted total knee arthroplasty［J］. J Arthroplasty， 2009， 24（4）：560-569.

6 Konigsberg B， Hess R， Hartman C， et al. Inter- and intraobserver reliability of two-dimensional CT scan for total knee arthroplasty component malrotation［J］. Clin Orthop Relat Res， 2014， 472（1）：212-217.

7 Martin S， Saurez A， Ismaily S， et al. Maximizing tibial coverage is detrimental to proper rotational alignment［J］. Clin Orthop Relat Res， 2014， 472（1）：121-125.

8 Murakami AM， Hash TW， Hepinstall MS， et al. MRI evaluation of rotational alignment and synovitis in patients with pain after total knee replacement［J］. J Bone Joint Surg Br， 2012， 94（9）：1209-1215.

9 Anouchi YS， Whiteside LA， Kaiser AD， et al. The effects of axial rotational alignment of the femoral component on knee stability and patellar tracking in total knee arthroplasty demonstrated on autopsy specimens［J］. Clin Orthop Relat Res， 1993， （287）：170-177.

10 Harman MK， Banks SA， Kirschner S， et al. Prosthesis alignment affects axial rotation motion after total knee replacement： a prospective in vivo study combining computed tomography and fluoroscopic evaluations［J］. BMC Musculoskelet Disord， 2012，13：206.

11 Thompson JA， Hast MW， Granger JF， et al. Biomechanical effects of total knee arthroplasty component malrotation： a computational simulation［J］. J Orthop Res， 2011， 29（7）：969-975.

12 Lützner J， Kirschner S， Günther KP， et al. Patients with no functional improvement after total knee arthroplasty show different kinematics［J］. Int Orthop， 2012， 36（9）：1841-1847.

13 Pietsch M， Hofmann S. Early revision for isolated internal malrotation of the femoral component in total knee arthroplasty［J］. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc， 2012， 20（6）：1057-1063.

14 Bonnin MP， Saffarini M， Mercier PE， et al. Is the anterior tibial tuberosity a reliable rotational landmark for the tibial component in total knee arthroplasty?［J］. J Arthroplasty， 2011， 26（2）：260-267.

15 Coughlin KM， Incavo SJ， Churchill DL， et al. Tibial axis and patellar position relative to the femoral epicondylar axis during squatting［J］. J Arthroplasty， 2003， 18（8）：1048-1055.

16 Graw BP， Harris AH， Tripuraneni KR， et al. Rotational references for total knee arthroplasty tibial components change with level of resection［J］. Clin Orthop Relat Res， 2010， 468（10）：2734-2738.

17 Barrack RL， Schrader T， Bertot AJ， et al. Component rotation and anterior knee pain after total knee arthroplasty［J］. Clin Orthop Relat Res， 2001， （392）：46-55.

18 Petersen W， Rembitzki IV， Brüggemann GP， et al. Anterior knee pain after total knee arthroplasty： a narrative review［J］. Int Orthop， 2014， 38（2）：319-328.

19 Bell SW， Young P， Drury C， et al. Component rotational alignment in unexplained painful primary total knee arthroplasty［J］. Knee，2014， 21（1）：272-277.

20 Tsukeoka T， Tsuneizumi Y， Lee TH. The effect of the posterior slope of the tibial plateau osteotomy with a rotational error on tibial component malalignment in total knee replacement［J］. Bone Joint J，2013， 95-B（9）：1201-1203.

21 Tsukeoka T， Tsuneizumi Y， Lee TH. The effect of rotational fixation error of the tibial cutting guide and the distance between the guide and the bone on the tibial osteotomy in total knee arthroplasty［J］. J Arthroplasty， 2013， 28（7）：1094-1098.

22 Victor J. Rotational alignment of the distal femur： a literature review［J］. Orthop Traumatol Surg Res， 2009， 95（5）：365-372.

23 Fujii T， Kondo M， Tomari K， et al. Posterior condylar cartilage may distort rotational alignment of the femoral component based on posterior condylar axis in total knee arthroplasty［J］. Surg Radiol Anat， 2012， 34（7）：633-638.

24 Amiri S， Wilson DR， Anglin C， Van Houwelingen A， Masri BA. Isocentric 3-dimensional C-arm imaging of component alignments in total knee arthroplasty with potential intraoperative and postoperative applications［J］. J Arthroplasty， 2013， 28（2）：248-254.

25 Rienmüller A， Guggi T， Gruber G， Preiss S， Drobny T. The effect of femoral component rotation on the five-year outcome of cemented mobile bearing total knee arthroplasty［J］. Int Orthop， 2012， 36（10）：2067-2072.

26 Kawahara S， Matsuda S， Okazaki K， et al. Relationship between the tibial anteroposterior axis and the surgical epicondylar axis in varus and valgus knees［J］. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc， 2012，20（10）：2077-2081.

27 Tao K， Cai M， Zhu Y， et al. Aligning the tibial component with medial border of the tibial tubercle--is it always right?［J］. Knee. 2014， 21（1）：295-298.

28 Mihalko WM， Williams JL. Total knee arthroplasty kinematics may be assessed using computer modeling： a feasibility study［J］. Orthopedics， 2012， 35（10 Suppl）：40-44.

29 Hoffart HE， Langenstein E， Vasak N. A prospective study comparing the functional outcome of computer-assisted and conventional total knee replacement［J］. J Bone Joint Surg Br， 2012， 94（2）：194-199.

30 Cinotti G， Ripani FR， Sessa P， et al. Combining different rotational alignment axes with navigation may reduce the need for lateral retinacular release in total knee arthroplasty［J］. Int Orthop， 2012，36（8）：1595-1600.

31 van der Linden-van der Zwaag HM， Bos J， van der Heide HJ， et al. A computed tomography based study on rotational alignment accuracy of the femoral component in total knee arthroplasty using computerassisted orthopaedic surgery［J］. Int Orthop， 2011 ， 35（6）：845-850.

32 Czurda T， Fennema P， Baumgartner M， et al. The association between component malalignment and post-operative pain following navigation-assisted total knee arthroplasty： results of a cohort/nested case-control study［J］. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc，2010， 18（7）：863-869.

33 Hiscox CM， Bohm ER， Turgeon TR， et al. Randomized trial of computer-assisted knee arthroplasty： impact on clinical and radiographic outcomes［J］. J Arthroplasty， 2011， 26（8）：1259-1264.

Advances in rotational alignment of total knee arthroplasty

LI Xiang, WANG Yan, DONG Ji-yuan
Department of Orthopaedics, Chinese PLA General Hospital, Beijing 100853, China

WANG Yan. Email：yanwang1961@yahoo.com

Rotational alignment after total knee arthroplasty is crucial for the postoperative outcome and survival expectation of prosthesis. In recent decades, improving evaluation and surgery technique, like navigation system, have notably promoted the precision of rotational alignment of total knee arthroplasty. The evaluation methods of rotational alignment, its effect on post-op function and the advances of latest computer-assisted navigation technique in total knee arthroplasty are briefy reviewed in this article.

rotational alignment; computer navigation; total knee arthroplasty

R 687.4

A

2095-5227(2014)07-0775-03

10.3969/j.issn.2095-5227.2014.07.037

時間：2014-03-20 14:57

http://www.cnki.net/kcms/detail/11.3275.R.20140320.1457.005.html

2014-01-22

國家自然科學基金項目(81301564)；軍隊青年基金(13qnp 184)

Supported by the National Natural Science Foundation of China(81301564)

李想，男，在讀博士。研究方向：人工關節(jié)置換。Email：lxsteve.lee@hotmail.com

王巖，男，主任醫(yī)師，教授，博士生導師。Email：yanwang1961@yahoo.com