膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎患者全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中Balansense膝關(guān)節(jié)應(yīng)力測量系統(tǒng)的應(yīng)用

唐浩，郭盛杰，黃勇，鄭漢龍，劉源，周一新

(北京積水潭醫(yī)院，北京 100035)

人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)是20世紀(jì)以來最為成功的醫(yī)學(xué)進(jìn)展之一[1～4]，而精確的假體對線和軟組織平衡是全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(TKA)中的關(guān)鍵手術(shù)步驟，也是取得良好療效的前提[5]。雖然計算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)實現(xiàn)了對于關(guān)節(jié)力線的準(zhǔn)確控制，提高了手術(shù)截骨的準(zhǔn)確性[6～8]，但是軟組織不平衡導(dǎo)致的膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定，超過35%的膝關(guān)節(jié)早期翻修術(shù)的原因是初次TKA術(shù)后失敗的最重要因素之一[5,9,10]。膝關(guān)節(jié)置換軟組織平衡的傳統(tǒng)方法是依靠術(shù)者主觀定性評價，或者測量關(guān)節(jié)屈伸間隙的方法。主觀評價方法由于術(shù)者經(jīng)驗、依據(jù)的不同，可靠性、穩(wěn)定性較差，尤其在屈曲位時由于膝關(guān)節(jié)無法鎖定，評價內(nèi)外翻平衡較為困難。關(guān)節(jié)間隙的測量工具通常僅能測量伸直位與屈曲90度位，中度屈曲位測量不便，并且關(guān)節(jié)間隙對于軟組織本身的張力變化敏感度較低，難以精確評估并指導(dǎo)軟組織平衡過程。隨著計算機(jī)輔助外科和傳感器技術(shù)的發(fā)展，在標(biāo)準(zhǔn)的膝關(guān)節(jié)試模內(nèi)嵌入微電子傳感器成為可能，可在術(shù)中為術(shù)者提供動態(tài)、實時的關(guān)節(jié)內(nèi)壓力分布反饋。近年來產(chǎn)生了一系列計算機(jī)輔助的軟組織平衡工具和技術(shù)，包括Balansense膝關(guān)節(jié)應(yīng)力測量系統(tǒng)等，其膝關(guān)節(jié)試?？梢愿兄P(guān)節(jié)內(nèi)壓力分布信息，從而測量模擬假體植入后、關(guān)節(jié)周圍軟組織實際張力狀態(tài)下的膝關(guān)節(jié)內(nèi)外間室壓力分布。Balansense膝關(guān)節(jié)應(yīng)力測量系統(tǒng)不僅有助于提高手術(shù)平衡的精確性，也有助于從新審視并定義軟組織平衡的概念。本研究采用Balansense膝關(guān)節(jié)應(yīng)力測量系統(tǒng)術(shù)中精確平衡膝關(guān)節(jié)周圍軟組織張力，并觀察其對TKA后早期效果的影響。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選取2015年6月～2017年6月北京積水潭醫(yī)院收治的因患膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎擬行人工TKA的患者68例(85膝)，男22例，女46例；年齡(64±7)歲；BMI(27.3±4.2)kg/m2；左側(cè)49膝，右側(cè)36膝；內(nèi)翻畸形6.2°±4.1°，屈曲畸形7.0°±5.6°；術(shù)前ROM 114°±13°。納入標(biāo)準(zhǔn)：膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎；內(nèi)翻畸形≤25°；屈曲畸形≤25°；術(shù)前后抽屜實驗≤5 mm；應(yīng)力試驗內(nèi)外翻不穩(wěn)定性≤10°；擬行Genesis Ⅱ CR型假體TKA。排除標(biāo)準(zhǔn)：感染性膝關(guān)節(jié)炎；類風(fēng)濕性膝關(guān)節(jié)炎；外翻畸形；嚴(yán)重內(nèi)翻畸形(>25°)；嚴(yán)重屈曲畸形(>25°)；術(shù)前過伸畸形(>10°)；術(shù)前后抽屜試驗或反軸移實驗陽性(>10 mm)；應(yīng)力試驗內(nèi)外翻不穩(wěn)定性>10°；嚴(yán)重骨缺損。

1.2 TKA及Balansense膝關(guān)節(jié)應(yīng)力測量系統(tǒng)應(yīng)用方法 所有患者均行CR型Genesis Ⅱ假體人工TKA，且手術(shù)均由同一位術(shù)者完成。TKA中使用止血帶，驅(qū)血后氣囊充氣至患者動脈收縮壓+100 mmHg?；颊呔扇∠デ罢星锌?、髕旁內(nèi)側(cè)入路，行等量截骨技術(shù)。先進(jìn)行股骨側(cè)截骨，股骨后髁截骨平行于股骨內(nèi)外上髁通髁線。脛骨側(cè)使用髓外導(dǎo)向器，冠狀面上垂直于脛骨機(jī)械軸截骨，矢狀面上后傾0°，內(nèi)側(cè)脛骨平臺未見明顯骨缺損。術(shù)中切除前交叉韌帶(ACL)，保留后交叉韌帶(PCL)，同時在行脛骨截骨時保留PCL止點處的骨島。截骨完成后，去除所有骨贅，測量關(guān)節(jié)間隙并進(jìn)行軟組織平衡。對于屈曲畸形患者，首先清除股骨后髁骨贅，并沿股骨后髁骨表面松解后關(guān)節(jié)囊；若屈曲畸形仍未消除，則增加股骨遠(yuǎn)端截骨量2～4 mm。內(nèi)外側(cè)軟組織平衡主要通過松解內(nèi)側(cè)軟組織實現(xiàn)，根據(jù)屈伸間隙內(nèi)側(cè)間室緊張程度，依次松解內(nèi)側(cè)副韌帶(MCL)淺層前束、后束、半膜肌腱止點。若內(nèi)側(cè)仍然緊張，在撐開器下使用尖刀片或粗針頭，進(jìn)行內(nèi)側(cè)副韌帶深層拉花樣(pie crusting )松解。術(shù)中所有屈曲畸形都成功糾正，無一例使用pie crusting技術(shù)進(jìn)行內(nèi)側(cè)軟組織松解。當(dāng)軟組織松解完成之后，使用Balansense膝關(guān)節(jié)應(yīng)力測量系統(tǒng)測量在0°、30°、45°、60°、90°、120°時膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間室的應(yīng)力分布情況[11]，具體步驟如下：1.安裝股骨試模；2.啟動智能墊片，根據(jù)膝關(guān)節(jié)張力配合選擇適當(dāng)厚度的調(diào)節(jié)片，放入關(guān)節(jié)間隙內(nèi)；3.復(fù)位髕骨，使用兩把巾鉗臨時固定髕骨上、下極兩點；4.放置長臂角度尺，根據(jù)角度尺確定屈伸角度；5.在角度尺定位下，依次測量膝關(guān)節(jié)屈曲0°、30°、45°、60°、90°、120°時的關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間室應(yīng)力分布，測量數(shù)據(jù)記錄在顯示終端上。由于所需測量的目標(biāo)為膝關(guān)節(jié)周圍軟組織的自然張力，因此在測量過程中需要避免施加外力負(fù)荷[12～15]。應(yīng)注意以下幾點：①保持膝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻中立位；②保持旋轉(zhuǎn)中立位；③術(shù)者和助手配合抵消股骨、脛骨重力作用；④維持髕骨復(fù)位。測量時軟件自動計算膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間室的應(yīng)力差，并實時顯示供術(shù)者評估軟組織平衡情況，其計算公式如下：內(nèi)外側(cè)間室應(yīng)力差=內(nèi)側(cè)間室應(yīng)力-外側(cè)間室應(yīng)力。

1.3 膝關(guān)節(jié)功能評價 所有患者術(shù)前及術(shù)后6、12個月采用膝關(guān)節(jié)損傷與骨關(guān)節(jié)炎結(jié)果評分(KOOS)評價膝關(guān)節(jié)功能。

2 結(jié)果

所有患者術(shù)前及術(shù)后6、12個月KOOS分別為(60.0±17.8)、(77.3±20.3)、(85.9±16.6)分，手術(shù)前后比較，P均<0.05。

3 討論

隨著我國老齡化社會的到來，膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎發(fā)病率不斷增高，逐漸成為社會主要疾病負(fù)擔(dān)之一。人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)是當(dāng)前治療終末期膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎的最有效手段。軟組織平衡在膝關(guān)節(jié)置換中起到非常重要的作用，對術(shù)后患者療效有顯著影響。據(jù)報道，高達(dá)35%的翻修是由于軟組織不平衡所導(dǎo)致[5,9,10]。隨著我國膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)量的迅猛增長，如何降低術(shù)中軟組織不平衡的發(fā)生率成為當(dāng)前重要問題。目前，膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中膝關(guān)節(jié)軟組織平衡的傳統(tǒng)評估方法主要依賴于術(shù)者經(jīng)驗和主觀評價，這些評價方法的不準(zhǔn)確容易導(dǎo)致軟組織不平衡。傳統(tǒng)評估方法主要依靠術(shù)者通過試模內(nèi)外翻試驗、間隙測塊等方法進(jìn)行主觀定性評價，或者通過測量關(guān)節(jié)屈伸間隙的方法量化評定間隙寬度。主觀評價方法由于術(shù)者經(jīng)驗、依據(jù)的不同，可靠性、穩(wěn)定性較差，尤其在屈曲位時由于膝關(guān)節(jié)無法鎖定，評價內(nèi)外翻平衡較為困難。關(guān)節(jié)間隙的測量工具通常僅能測量伸直位與屈曲90度位，中度屈曲位測量不便；并且存在測量模塊與假體放入后軟組織張力狀態(tài)并不相同，關(guān)節(jié)間隙對于軟組織本身的張力變化敏感度較低等問題，難以精確評估并指導(dǎo)軟組織平衡過程。

隨著計算機(jī)輔助外科和傳感器技術(shù)的發(fā)展，以VERASENSE為代表的一系列膝關(guān)節(jié)智能試模產(chǎn)品已經(jīng)進(jìn)入臨床應(yīng)用，在術(shù)中為術(shù)者提供動態(tài)、實時的關(guān)節(jié)內(nèi)壓力分布反饋。Balansense膝關(guān)節(jié)應(yīng)力測量系統(tǒng)是我國此類產(chǎn)品的代表，其前身是本研究團(tuán)隊與清華大學(xué)微電子所聯(lián)合開發(fā)的WFMS系統(tǒng)，Balansense的臨床使用效果目前尚無相關(guān)報道。Balansense由三部分組成，即膝關(guān)節(jié)內(nèi)智能墊片、信號接收器、結(jié)果顯示終端，其中智能墊片由內(nèi)部集成電路和聚乙烯外殼兩部分組成。聚乙烯外殼分為表面形狀與相應(yīng)的Genesis Ⅱ CR聚乙烯墊片表面形態(tài)相同，長、寬、厚度等型號也與相應(yīng)臨床應(yīng)用墊片相同。墊片厚度可使用厚度調(diào)節(jié)薄片使之與真實假體高度相同。聚乙烯外殼內(nèi)部容納集成電路板，電路板上包含電源、傳感器、信號發(fā)射器、開關(guān)等元器件，其內(nèi)外兩側(cè)各均勻分布3個力學(xué)傳感器，可將傳感器的形變信號轉(zhuǎn)化為電子信號，經(jīng)過集成電路處理后，將無線電信號發(fā)送到信號接收器，經(jīng)過電腦終端軟件計算和處理后，以內(nèi)外側(cè)應(yīng)力值的形式顯示在屏幕上。術(shù)者即可通過終端屏幕所顯示的內(nèi)外側(cè)應(yīng)力大小來評估不同角度關(guān)節(jié)內(nèi)應(yīng)力分布情況。文獻(xiàn)[11]報道，該應(yīng)力測量系統(tǒng)的測量精確度在誤差<4%以內(nèi)，重復(fù)測量誤差<5%。

本研究顯示，膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間室應(yīng)力差值在0°位時最大，隨著關(guān)節(jié)屈曲度數(shù)增加，應(yīng)力差值逐漸減小。這是由于后關(guān)節(jié)囊松弛，使得總體關(guān)節(jié)內(nèi)應(yīng)力顯著降低，內(nèi)外側(cè)間室應(yīng)力差絕對值降低，與我們既往研究術(shù)中檢測結(jié)果及文獻(xiàn)報道規(guī)律一致。這一結(jié)果說明，由于后關(guān)節(jié)囊在伸直位時的緊張，TKA內(nèi)外側(cè)間室軟組織不平衡在伸直位時，差異達(dá)到最顯著，宜作為術(shù)中定量軟組織平衡劃分和手術(shù)平衡的基準(zhǔn)。本研究發(fā)現(xiàn)，使用Balansense膝關(guān)節(jié)應(yīng)力測量系統(tǒng)術(shù)中定量評價膝關(guān)節(jié)軟組織平衡的技術(shù)，當(dāng)膝關(guān)節(jié)伸直位時內(nèi)外側(cè)間室應(yīng)力差>60 N時，對膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后6、12個月KOOS有顯著影響。這說明Balansense膝關(guān)節(jié)應(yīng)力測量系統(tǒng)定量評估軟組織張力，有利于術(shù)中精確的平衡膝關(guān)節(jié)周圍軟組織張力，達(dá)到軟組織平衡狀態(tài)。Gustke等報道了使用VERASENSE系統(tǒng)術(shù)中測量了176膝(Triathlon，Stryker公司)的臨床隨訪結(jié)果，發(fā)現(xiàn)術(shù)后6個月時，術(shù)中內(nèi)外側(cè)間室應(yīng)力差<15 bl(平衡組)的患者，KSS評分、WOMAC評分等臨床結(jié)果較應(yīng)力差>15bl(不平衡組)的患者顯著提高。他們報道的另一項包括135膝的研究表明，使用VERASENSE進(jìn)行軟組織平衡的患者，平衡組患者比不平衡組的患者術(shù)后1年滿意度顯著提高(94.1%、82.1%)。由于本研究與既往報道存在以下差別，其干預(yù)標(biāo)準(zhǔn)需要進(jìn)一步研究，不可直接應(yīng)用到Balansense系統(tǒng)：①兩種系統(tǒng)的精度差異，可能由于兩種系統(tǒng)所采用的傳感器及試模結(jié)構(gòu)設(shè)計不同，所測得的應(yīng)力精度和采用的單位不同，需要對兩者進(jìn)行校準(zhǔn)以比較其精度差異；②入組患者的差異，中外患者術(shù)前關(guān)節(jié)炎嚴(yán)重程度、畸形程度、對手術(shù)效果的期望等因素都有所不同，對術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能的評價也可能存在差異；③使用膝關(guān)節(jié)系統(tǒng)和類型的差異，本研究采用Genesis Ⅱ CR型假體，據(jù)我們的既往報道，CR型全膝關(guān)節(jié)應(yīng)力分布不同于PS型膝關(guān)節(jié)，可能造成軟組織平衡標(biāo)準(zhǔn)的差異。

總之，Balansense膝關(guān)節(jié)應(yīng)力測量系統(tǒng)術(shù)中定量評價膝關(guān)節(jié)軟組織平衡的技術(shù)，有利于術(shù)中精確的平衡膝關(guān)節(jié)周圍軟組織張力，并且當(dāng)膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間室應(yīng)力差>60 N時，對膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后早期效果有顯著影響。但本研究也存在不足之處：①由于手術(shù)時間和止血帶應(yīng)用的關(guān)系，術(shù)中應(yīng)力測量只進(jìn)行了1次，難以排除隨機(jī)誤差。但本研究所使用的Balansense膝關(guān)節(jié)應(yīng)力測量系統(tǒng)可靠性和精度已經(jīng)有文獻(xiàn)報道，可以排除測量系統(tǒng)本身所帶來的系統(tǒng)誤差[11]。②本研究未設(shè)置對照組。本研究為觀察性研究，出于倫理問題考慮，無法設(shè)計兩組數(shù)量相同的平衡組與不平衡組，不平衡組的病例數(shù)相對較少，導(dǎo)致其代表性可能受限。③本研究僅納入使用Genesis Ⅱ CR型膝關(guān)節(jié)置換的內(nèi)翻膝患者，未納入PS型膝關(guān)節(jié)、外翻膝患者，并且不同公司、品牌的膝關(guān)節(jié)假體形態(tài)設(shè)計有所區(qū)別，因此本研究結(jié)果需要進(jìn)一步多中心、大樣本、多假體的臨床研究證實，才可外推到其他種類假體、其他類型病變的膝關(guān)節(jié)置換術(shù)。