TKA術(shù)中假體旋轉(zhuǎn)力線控制的研究進展

魏艷輝， 馬 敏 綜述， 尹 峰 審校

(同濟大學附屬東方醫(yī)院關(guān)節(jié)外科, 上海 200120)

?

·綜 述·

TKA術(shù)中假體旋轉(zhuǎn)力線控制的研究進展

魏艷輝， 馬 敏 綜述， 尹 峰 審校

(同濟大學附屬東方醫(yī)院關(guān)節(jié)外科, 上海 200120)

近年來，全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(total knee arthroplasty, TKA)作為治療嚴重膝關(guān)節(jié)疼痛、畸形、功能障礙的一種有效的臨床術(shù)式，在國內(nèi)外得到了廣泛的開展。但其術(shù)后并發(fā)癥的發(fā)生率也相對較高，對手術(shù)后遠期效果和膝關(guān)節(jié)假體的長期生存率會產(chǎn)生較大的影響。隨著對膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)力線的重視程度的提高和研究技術(shù)的發(fā)展，筆者查閱近幾年有關(guān)控制旋轉(zhuǎn)力線的文獻，闡述其與術(shù)后功能的相關(guān)性，綜合新技術(shù)在旋轉(zhuǎn)控制方面的應(yīng)用進展，以期為臨床進一步研究提供參考。

人工膝關(guān)節(jié)表面置換術(shù); 旋轉(zhuǎn)力線; 個性化； 綜述

全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(total knee arthroplasty, TKA)在臨床中的應(yīng)用越來越普遍[1]盡管大多數(shù)患者術(shù)后疼痛減輕，功能改善，生活質(zhì)量有所提高[1]，但也有不少術(shù)后療效不盡人意的情況出現(xiàn)，其中包括不明原因的膝前痛，甚至有因手術(shù)失敗需行翻修手術(shù)[2]。這些術(shù)后效果差的患者通常關(guān)節(jié)僵硬或假體松動，關(guān)節(jié)活動度受限，難以完成諸如爬樓梯、行走等日常生活活動。TKA術(shù)后關(guān)節(jié)功能的恢復(fù)有賴于多種因素共同作用，但其中假體力線，尤其是旋轉(zhuǎn)力線對手術(shù)的臨床效果有著至關(guān)重要的意義。旋轉(zhuǎn)力線不良影響關(guān)節(jié)的穩(wěn)定，改變脛股動力學，并導(dǎo)致髕骨軌跡不良誘發(fā)疼痛。據(jù)報道，脛骨假體僅僅內(nèi)旋6.2度就與導(dǎo)致術(shù)后疼痛有關(guān)，股骨假體內(nèi)旋3度就會增加置換術(shù)后膝關(guān)節(jié)的內(nèi)翻。因此，如何使假體獲得良好的旋轉(zhuǎn)力線成為大家研究的熱點及手術(shù)成功的關(guān)鍵因素?，F(xiàn)查閱文獻，就膝關(guān)節(jié)假體旋轉(zhuǎn)力線的控制、旋轉(zhuǎn)力線對術(shù)后功能的影響，以及計算機輔助導(dǎo)航技術(shù)、個體化截骨模塊技術(shù)、3-D打印技術(shù)在旋轉(zhuǎn)力線控制中的最新應(yīng)用進展做一綜述。

1 脛股旋轉(zhuǎn)力線的定位控制

自TKA應(yīng)用于臨床以來，有關(guān)假體旋轉(zhuǎn)力線定位有多種方法[3-4]，包括解剖標志定位、影像學方法定位[5]最常應(yīng)用解剖參考軸線進行定位，目前已有研究顯示常用的股骨軸線包括包括外科經(jīng)股骨髁上軸、股骨髁前后軸、股骨后髁軸、股骨前滑車軸等。外科經(jīng)股骨髁上軸線為膝關(guān)節(jié)的運動解剖軸線，與膝關(guān)節(jié)的屈伸軸相接近[6]，最常用作參考軸線；股骨后髁軸相對容易定位，但后髁關(guān)節(jié)面因骨性關(guān)節(jié)炎易出現(xiàn)磨損，導(dǎo)致股骨后髁軸與外科經(jīng)股骨上髁軸的關(guān)系不穩(wěn)定，后髁角變異范圍大；股骨后髁角度定義為后髁軸和外科經(jīng)股骨上髁軸之間的角度，對于術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)及提高假體生存率非常重要。隨著影像學的發(fā)展及有關(guān)軟件的開發(fā)，已有多項影像學研究用于定位股骨后髁角度，包括X射線、CT及MRI，其中應(yīng)用MRI研究膝關(guān)節(jié)的后髁角度具有很大優(yōu)勢[7-8]，圖像可以清晰顯示軟骨，控制掃描方向，清楚顯示骨性定位標志，而且測量結(jié)果準確。另外，還可以結(jié)合應(yīng)用MIMICS軟件，通過重建股骨遠端的三維圖像，借助軟件自帶測量工具，測量股骨后髁角，指導(dǎo)術(shù)中股骨端旋轉(zhuǎn)截骨，來個性化地確定股骨假體旋轉(zhuǎn)力線。而與股骨側(cè)假體擺放位置的研究相比，脛骨側(cè)假體旋轉(zhuǎn)擺放位置的研究相對較少，其中有現(xiàn)在臨床上較為常用的Range-of-motion技術(shù)，即在股骨側(cè)假體放置穩(wěn)定后，在脛骨側(cè)放置脛骨假體試模但不固定，然后反復(fù)最大限度屈伸膝關(guān)節(jié)，靠股骨側(cè)假體的引導(dǎo)作用使得脛骨假體自行到達匹配位置，但應(yīng)用該技術(shù)的前提是股骨端假體位置擺放準確，軟組織已達平衡。Ikeuchi等研究認為單獨應(yīng)用該技術(shù)來確定脛骨假體的旋轉(zhuǎn)力線并不準確，且有導(dǎo)致脛骨假體出現(xiàn)內(nèi)旋風險。術(shù)中最常以脛骨結(jié)節(jié)這一骨性標志作為脛骨假體旋轉(zhuǎn)放置的參考，有學者提出以脛骨結(jié)節(jié)中內(nèi)1/3定位脛骨假體前緣中心，雖然這一觀點已被不少醫(yī)生應(yīng)用于臨床，但缺少理論依據(jù)支持，且對于嚴重膝關(guān)節(jié)OA，有膝關(guān)節(jié)內(nèi)、外翻畸形的患者并不適用[9]。Akagi等對39例日本籍志愿者的健康右膝于伸直位下進行CT掃描，研究后認為后交叉韌帶脛骨止點中點即為脛骨平臺后方的中點，測量該點與脛骨結(jié)節(jié)內(nèi)側(cè)緣的連線(Akagi線)和脛骨的經(jīng)典AP軸線的平均夾角度數(shù)為(0±2.8)度，可認為Akagi線與脛骨的經(jīng)典AP軸線基本一致，可作為術(shù)中定位脛骨假體旋轉(zhuǎn)力線的參照標志，但因其夾角范圍(-6.3～5.2)度，最大差異達到11.5度，因此該線并不適用于所有患者，且后交叉韌帶脛骨附著點會因嚴重膝關(guān)節(jié)OA、關(guān)節(jié)畸形而變得難易辨認。另外，若利用二維CT圖像測量時，還需要標準體位，而且所需要的層面也不易精確獲得，需要將數(shù)張圖像疊放在一起測量，這樣就增加了測量的誤差，且測量比較費時。當然，隨著螺旋CT的出現(xiàn)，三維重建技術(shù)、核磁共振技術(shù)及醫(yī)學相關(guān)軟件開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的技術(shù)被用來進行人工膝關(guān)節(jié)置換的術(shù)前設(shè)計、術(shù)中假體旋轉(zhuǎn)力線的定位及術(shù)后假體旋轉(zhuǎn)力線的評估，以獲得良好的假體旋轉(zhuǎn)力線，達到良好的手術(shù)效果。

2 旋轉(zhuǎn)力線對術(shù)后功能的影響

假體旋轉(zhuǎn)力線不良被認為是導(dǎo)致TKA術(shù)后疼痛的原因之一[10]。Harman等[11]和Liitzner等[12]的研究發(fā)現(xiàn)，在進行屈膝運動時，假體旋轉(zhuǎn)力線不良導(dǎo)致關(guān)節(jié)的運動學、生物力學發(fā)生異常變化。股骨假體旋轉(zhuǎn)對線良否直接影響著膝關(guān)節(jié)屈曲時內(nèi)外翻的穩(wěn)定性和滑車溝的位置，當股骨假體旋轉(zhuǎn)對位不良時，將導(dǎo)致髕骨滑行軌跡異常，出現(xiàn)髕骨移位、磨損、彈響甚至脫位等髕股并發(fā)癥，誘發(fā)膝前痛，影響術(shù)后效果。從解剖學的特點上分析，股骨遠端有一定的外旋角度，進行股骨端截骨時要保證一定的外旋角度截骨，使得股骨假體適度外旋，這樣不僅可以避免因股骨假體內(nèi)旋引起的Q角增加，也減弱了其相對脛骨假體之間的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力，也因此減少了對聚乙烯襯墊的磨損。Anouchi等[13]進行的尸體研究表明股骨外旋角度對于膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定，以及屈曲時的間隙平衡有著重要意義。然而，過度的外旋,同樣會改變假體與假體，假體與襯墊等部件之間的接觸壓而導(dǎo)致襯墊過度磨損，繼發(fā)假體之間接觸應(yīng)力異常，形成惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致假體松動，表現(xiàn)出頑固性膝前痛，需行翻修手術(shù)[14]。可見個體化的股骨外旋角度截骨是股骨旋轉(zhuǎn)對線良好的關(guān)鍵因素。

因脛骨假體的旋轉(zhuǎn)放置位置研究較少而容易被忽視，而影響TKA術(shù)后療效[15]。脛股關(guān)節(jié)的軸向旋轉(zhuǎn)運動具有保持關(guān)節(jié)穩(wěn)定及髕骨正?；瑒拥淖饔?，研究表明只強調(diào)在脛骨截骨面上假體要有最大覆蓋而忽視脛骨假體旋轉(zhuǎn)對位的做法會導(dǎo)致髕股關(guān)節(jié)、脛股關(guān)節(jié)并發(fā)癥的發(fā)生[16]。對于TKA術(shù)后出現(xiàn)膝前痛的原因，研究較為明確的是髕股關(guān)節(jié)間的高接觸壓應(yīng)力導(dǎo)致軟骨下骨內(nèi)壓升高，以及髕骨滑行軌跡異常造成的周圍軟組織生物力學關(guān)系的改變。2003年以前，置換髕骨比保留髕骨膝前痛的發(fā)生率低，但之后的研究表明膝前痛的發(fā)生跟髕骨置換與否無關(guān)。對于術(shù)后不明原因的膝前痛，多數(shù)考慮是由旋轉(zhuǎn)對位不良引起，而單獨依靠進行髕骨置換的二次手術(shù)難以達到緩解膝前痛的手術(shù)目的，且增加了患者不必要的痛苦及費用負擔。

3 計算機技術(shù)在旋轉(zhuǎn)力線控制中的作用

為提高術(shù)中假體旋轉(zhuǎn)定位的精確度，計算機輔助技術(shù)已越來越多地被應(yīng)用于TKA術(shù)中。Stoeckl等研究表明，術(shù)中導(dǎo)航系統(tǒng)可明顯改進假體旋轉(zhuǎn)對線，從而減少定位錯誤，提高術(shù)后療效并減少膝痛發(fā)生。

但最新一些研究報道，計算機輔助手術(shù)與傳統(tǒng)手術(shù)相比，只改善了股骨假體的旋轉(zhuǎn)力線而對脛骨假體的旋轉(zhuǎn)力線并無控制作用。且有研究表明計算機輔助手術(shù)與傳統(tǒng)手術(shù)相比對膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后5年患者的關(guān)節(jié)功能和生活質(zhì)量無差異性影響。

Patient-specific Instrumentation(PSI)個性化截骨模塊技術(shù)現(xiàn)在被認為是關(guān)節(jié)置換術(shù)后獲得良好力線及臨床效果的更有效、可信賴的截骨方法 。PSI是根據(jù)CT掃描或MRI圖像進行的術(shù)前三維重建，針對患者的個體差異制定合適的截骨模塊。但根據(jù)最新文獻報道，雖然這種技術(shù)新穎，但與傳統(tǒng)截骨相比，對于術(shù)后功能恢復(fù)情況、疼痛改善程度及患者滿意度等方面無明顯差異。3-D打印技術(shù)在關(guān)節(jié)置換方面的應(yīng)用是目前最新的一項技術(shù)，He J等利用3-D 打印技術(shù)制備了單髁，通過快速鑄造技術(shù)制備出個體化的鈦鋁合金單髁，并將組裝后的單髁假體植入患者體內(nèi)，術(shù)后隨訪表明該單髁假體匹配良好，并且具有足夠的機械強度。但因3-D打印設(shè)備、打印材料及打印技術(shù)應(yīng)用于臨床要求之高，打印費用巨大、打印耗時周期過長，尚未見大宗臨床報道，對于其對旋轉(zhuǎn)力線的影響還有待考證。

4 結(jié) 語

隨著對膝關(guān)節(jié)置換技術(shù)的不斷深入研究，假體的生存率及患者的功能活動要求也在日益增加，根據(jù)患者個體差異，選擇個性化的截骨、特定假體，恢復(fù)精確的關(guān)節(jié)力線是實現(xiàn)這些要求的必要條件。較軸位力線相比，旋轉(zhuǎn)力線在臨床中容易忽視，隨著臨床醫(yī)學與其他多學科相結(jié)合發(fā)展，運用日新月異的計算機技術(shù)，準確控制膝關(guān)節(jié)置換中假體旋轉(zhuǎn)力線已成為一種趨勢，但究竟如何能做到精確控制還待進一步研究發(fā)現(xiàn)。

[1] 蔡俊豐,袁鋒,尹峰.全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中脛股旋轉(zhuǎn)力線定位的研究進展[J].同濟大學學報： 醫(yī)學版，2011,32： 57-59.

[2] 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.

[3] Amaranath JE, Moopanar TR, Sorial RM.Defining distal femoral anatomy for rotational alignment in total knee arthroplasty： a magnetic resonance imaging-based study[J].ANZ J Surg， 2014，84(11)： 852-825.

[4] Watanabe HL, Gejo R, Tokunaga A, et al. Intraope-rative measurements of femoral anterior tangent(FAT) line for determining the rotational alignment of femoral component of total knee arthroplasty[J].Arthroplasty， 2013，28(10)： 1757-1759.

[5] 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].nt Orthop， 2012，36(8)： 1595-600.

[6] Howell SM, Chen J, Hull ML.Variability of the location of the tibial tubercle affects the rotational alignment of the tibial component in kinematically aligned total knee arthroplasty[J].Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc， 2013，21(10)： 2288-2295.

[7] 孫輝紅,陳益光,李晶,等.螺旋CT三維重建技術(shù)對股骨后髁角個體化測量的應(yīng)用研究[J].中國CT和MRI雜志,2012,10(5)： 92-94.

[8] 龍騰河,呂國順,崔惠勤.磁共振圖像測量膝關(guān)節(jié)置換股骨假體旋轉(zhuǎn)對線[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù),2011,15(52)： 9839-9842.

[9] 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]. Arthroplasty， 2011，26(2)： 260-267.

[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] Lützner J, Kirschner S, Günther KP, et al．Patients with nofunctional improvement after total knee arthroplasty show different kinematics[J]．Int 0rthop，2012，36(9)： 1841-1847．

[12] Hutter EE, Granger JF, Beal MD, et al.Is there a gold standard for TKA tibial component rotational align-ment? [J].Clin Orthop Relat Res, 2013,471(5)： 1646-1653.

[13] Hernandez-Vaquero D1, Noriega-Fernandez A, Ferna-ndez-Carreira JM, et al. Computer-assisted surgery improves rotational positioning of the femoral component but not the tibialcomponent in total knee arthroplasty[J]. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc, 2014,22(12): 3127-3134.

[14] Lützner J, Dexel J, Kirschner S. No difference between computer-assisted and conventional total knee arthroplast： five-year results of a prospective random-ised study[J].Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc. 2013,21(10)： 2241-2247.

[15] Burnett RS, Barrack RL. Computer assisted total knee arthroplasty is currently of no proven benefit： a systematic review[J]. Clin Orthop Relat Res， 2013，471： 264-276.

[16] Sassoon A. Systematic Review of Patient-specific Instrumentation in Total Knee Arthroplasty： New but Not Improved[J]. Clin Orthop Relat Res， 2014， 25.

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

上海市浦東新區(qū)科委(PKJ2012-Y62)；同濟大學附屬東方醫(yī)院朝陽人才計劃(DFZY-13)

魏艷輝(1987—)，男，碩士.Email： weiyanhui87@163.com

尹 峰.Email： 001yinfeng@sina.com

R 681.8

A

1008-0392(2015)06-0137-05