個體化股骨后髁旋轉(zhuǎn)截骨在人工全膝關(guān)節(jié)置換中的應(yīng)用

陳志偉 譚晶 崔俊成 戴祝 方玉基 陳燁

隨著精準(zhǔn)化醫(yī)療時代到來，人工全膝關(guān)節(jié)置換( total knee arthroplasty，TKA ) 手術(shù)愈發(fā)精細(xì)化、個體化，除冠狀面和矢狀面外，股骨假體旋轉(zhuǎn)力線也極為重要，其對位不良將引發(fā)膝前疼痛、屈曲不穩(wěn)、僵硬和步態(tài)異常等多種并發(fā)癥[1-2]。國內(nèi)外所采用的全膝關(guān)節(jié)置換工具股骨旋轉(zhuǎn)截骨時，幾乎都采用參照股骨后髁線 ( posterior femoral condyle axis，PCL ) 外旋 3° 設(shè)計，而對于不同人種，不同個體，不同年齡的人群而言，假體后髁角 ( posterior condylar angle，PCA ) 存在較大差異，統(tǒng)一外旋 3° 或術(shù)者依據(jù)經(jīng)驗截骨容易造成股骨旋轉(zhuǎn)力線不良。目前尚無統(tǒng)一、完善的確立股骨假體旋轉(zhuǎn)力線的方法，外科上髁軸 ( surgical transepicondylar axis，sTEA ) 仍是臨床最常用的股骨旋轉(zhuǎn)參考軸[1]，但其在術(shù)中定位較為困難，使其應(yīng)用受到局限，然而，術(shù)前 CT 掃描可準(zhǔn)確定位 sTEA[3]，通過術(shù)中在后髁置入相應(yīng)厚度截骨墊塊，使得旋轉(zhuǎn)截骨面平行于 sTEA，是否會獲得更準(zhǔn)確的股骨假體旋轉(zhuǎn)力線？為明確個體化股骨后髁旋轉(zhuǎn)截骨的可行性及有效性，本研究分析了應(yīng)用兩種不同股骨后髁旋轉(zhuǎn)截骨方法患者的臨床療效，現(xiàn)報告如下。

資料與方法

一、納入標(biāo)準(zhǔn)與排除標(biāo)準(zhǔn)

1. 納入標(biāo)準(zhǔn)：( 1 ) 自 2014 年 1～6 月在本院行TKA 者；( 2 ) 符合美國風(fēng)濕病協(xié)會推薦的膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎診斷標(biāo)準(zhǔn)者[4]；( 3 ) 對治療及手術(shù)方案知情同意者。

2. 排除標(biāo)準(zhǔn)：( 1 ) 股骨遠(yuǎn)端發(fā)育異常或關(guān)節(jié)外畸形者；( 2 ) 近期 3 個月內(nèi)膝關(guān)節(jié)感染史者；( 3 ) 膝關(guān)節(jié)外傷手術(shù)史者；( 4 ) ＞15° 膝內(nèi)外翻畸形者。

二、病例資料

將本研究 49 例按隨機(jī)數(shù)表法隨機(jī)分成 A、B 兩組：A 組患者采用個體化股骨后髁旋轉(zhuǎn)截骨，B 組均參照 PCL 3° 外旋截骨。其中 A 組男 2 例，女 23 例，年齡 51～73 歲，平均 ( 61.4±7.8 ) 歲；B 組男 3 例，女 21 例，年齡 55～71 歲，平均 ( 59.8±8.5 ) 歲。兩組均使用強(qiáng)生 Sigma ( PFC FB ) 后穩(wěn)定型人工膝關(guān)節(jié)假體。兩組患者術(shù)前一般資料比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義 (P＞0.05 )，見表1。

三、主要儀器設(shè)備及數(shù)據(jù)收集處理方法

1. 術(shù)前：采用飛利浦公司 ( Brilliance ) CT 掃描，將數(shù)據(jù)以 DICOM 形式保存，導(dǎo)入 CarestreamPACS 軟件對股骨遠(yuǎn)端進(jìn)行重建并測量。在 CT 橫斷位圖像上分別定位股骨后髁最低點的切線 ( 股骨后髁線，PCL )、股骨外上髁最凸點和內(nèi)上髁凹最低點的連線 ( 外科上髁軸，sTEA )、股骨外上髁最凸點和內(nèi)上髁最凸點的連線 ( 解剖上髁軸，aTEA )，并測量PCL 與 sTEA 的夾角獲得 PCA 角。當(dāng)股骨內(nèi)髁凹點難以辨認(rèn)時，使用 aTEA 內(nèi)旋 3° 代替 sTEA，得到轉(zhuǎn)化 PCA 值[5]。

表1 兩組患者一般資料比較Tab.1 Comparison of clinical characteristics of the two groups

2. 術(shù)后：為減少假體偽影采用西門子公司( SOMATOM Definition Flash ) 雙源 CT 掃描，獲得兩組術(shù)后股骨假體 PCA 或轉(zhuǎn)化 PCA 值。以 sTEA 為參照 ( 0° )，內(nèi)旋記為負(fù)值，外旋記為正值，其絕對值大小即為假體旋轉(zhuǎn)不良角。為減小誤差，由本科室2 位醫(yī)師獨自測量 PCA 或轉(zhuǎn)化 PCA 值，再取其平均值獲得最后數(shù)據(jù)。隨訪收集兩組患者膝關(guān)節(jié) KSS 功能評分、膝前疼痛發(fā)生率數(shù)據(jù)進(jìn)行比較。

四、手術(shù)方法

患者采用全身麻醉或蛛網(wǎng)膜下腔阻滯聯(lián)合持續(xù)硬膜外麻醉，髕旁內(nèi)側(cè)入路。股骨后髁旋轉(zhuǎn)截骨：個體化股骨后髁旋轉(zhuǎn)截骨組 ( A 組 )：根據(jù)術(shù)前測量的 PCA 值決定墊塊放置位置，若術(shù)前 PCA 角＞3°，如圖 1 患者 PCA 為 5.82°，調(diào)整 PCL 與 sTEA 夾角至內(nèi)旋 3° 位置后，測量外后髁最低點至 PCL 間的垂直距離 ( 圖 1a，右下角紅線長度，本例為 2 mm )，在外后髁增加 2 mm 墊塊 ( 圖 1b，右下角箭頭所示位置 )，最后按照常規(guī)方法行股骨后髁外旋 3° 旋轉(zhuǎn)截骨，使得截骨面和 sTEA 平行 ( 圖 1c )。反之，若術(shù)前測量 PCA 值＜3°，需在內(nèi)后髁增加相應(yīng)厚度截骨墊塊，再行常規(guī)外旋 3° 截骨。外旋 3° 截骨組 ( B 組 )均使用固定 PCL 外旋 3° 旋轉(zhuǎn)截骨，如圖 2 所示，患者術(shù)前 PCA 為 5.08°，術(shù)后股骨假體出現(xiàn)旋轉(zhuǎn)力線不良，股骨假體 PCA 角為內(nèi)旋 2.32°。因軟骨在 CT 上不顯影，若單側(cè)后髁磨損較重，常規(guī)去除未磨損側(cè)的后髁軟骨，以消除軟骨厚度對截骨造成的誤差[6]。若術(shù)中“No Thumb”試驗陽性，髕骨有向外脫位傾向或脫位，行髕骨外側(cè)支持帶松解或聯(lián)合內(nèi)側(cè)支持帶緊縮改善髕骨軌跡。兩組患者其余手術(shù)步驟均同常規(guī)手術(shù)，所有手術(shù)均由同一位高年資主任醫(yī)師主刀完成。

圖1 個體化截骨組患者，女 ( 左膝 )，58 歲 a：術(shù)前 CT 圖像，將 PCL 調(diào)整至與 sTEA 內(nèi)旋 3° 位置后，測量外后髁最低點與 PCL 間的垂直距離 ( 本例為 2 mm，右下角紅線長度 )；b：術(shù)中在外后髁與抱髁器間墊入 2 mm 厚截骨墊塊 ( 右下角箭頭所示位置 )，再行 PCL 外旋 3° 截骨；c：術(shù)后復(fù)查股骨假體 PCA 為 0.05°Fig.1 Group A, a 58-year-old female ( the left knee ) a: Preoperative CT images were used to measure the vertical distance between the lowest points of the lateral posterior condyle and the PCL when the PCL was adjusted to 3° internal rotation with sTEA ( 2 mm in this case, the length of the red line in the lower right corner ); b: Place 2 mm thick osteotomy pad between the lateral posterior condyle and the condylar clasp ( position indicated by the arrow in the lower right corner ), and then perform PCL external rotation 3°osteotomy; c: The PCA of the femoral prosthesis was 0.05° after operation

圖2 常規(guī) PCL 外旋 3° 截骨組患者，女 ( 左膝 )，62 歲 a：術(shù)前 CT 圖像，術(shù)前測量 PCL 與 sTEA 夾角 ( PCA = 5.08° )；b：術(shù)后復(fù)查股骨假體PCA 為 2.32°Fig.2 Group B, a 62-year-old female ( the left knee ) a: Preoperative CT images were used to measure the angle between PCL and sTEA ( PCA = 5.08° );b: The femoral prosthesis PCA was 2.32° after operation

五、統(tǒng)計學(xué)處理

采用 SPSS 22.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析，計數(shù)資料比較采用χ2檢驗，頻數(shù)＜5 時行 Fisher 精確檢驗，計量資料比較采用t檢驗，以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

手術(shù)時間 65～96 min，平均 78 min。本組 49 例均獲 15～38 個月隨訪，平均 26 個月。術(shù)后未出現(xiàn)切口感染、假體周圍骨折、血管栓塞等并發(fā)癥。術(shù)前股骨 PCA 或轉(zhuǎn)化 PCA 值：A 組 ( 4.60±1.06 ) °，B 組 ( 4.48±1.33 ) °，差異無統(tǒng)計學(xué)意義 (P＞0.05 )。術(shù)后股骨假體 PCA 或轉(zhuǎn)化 PCA 值絕對值：A 組 ( 0.79±0.42 ) °，B 組 ( 2.07±0.85 ) °，差異有統(tǒng)計學(xué)意義 (P＜0.05 )。術(shù)后膝前疼痛發(fā)生率：A 組8.0%、B 組 20.8%，差異有統(tǒng)計學(xué)意義 (P＜0.05 )。術(shù)后膝關(guān)節(jié) KSS 功能評分：A 組 ( 88.64±7.54 ) 分，B 組 ( 86.70±8.24 ) 分，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05 ) ( 表2 )。

表2 兩組患者股骨旋轉(zhuǎn)及術(shù)后結(jié)果比較Tab.2 Comparison of the femoral rotational alignments and postoperative outcomes in both groups

討 論

一、股骨旋轉(zhuǎn)力線不良相關(guān)并發(fā)癥

Berger 等[7]早在 1998 年就發(fā)現(xiàn)股骨假體內(nèi)旋會引發(fā)術(shù)后髕骨軌跡外移、髕骨傾斜、髕骨半脫位，甚至出現(xiàn)術(shù)后早期髕骨脫位或遲發(fā)的關(guān)節(jié)假體失敗。近年學(xué)者研究了 TKA 術(shù)后不明原因膝前疼痛的患者，發(fā)現(xiàn)疼痛組股骨假體大多為內(nèi)旋安放，而無疼痛組大多為假體外旋[8-9]。Kim 等[10]研究發(fā)現(xiàn)股骨假體相對 sTEA，＜2° 內(nèi)旋或＞5° 外旋都會增加TKA 術(shù)后失敗發(fā)生率。Kang 等[11]建立了 TKA 術(shù)后有限元模型，分析術(shù)后膝關(guān)節(jié)在行走及下蹲狀態(tài)的應(yīng)力分布情況。表明隨著股骨假體力線不良角度的增大，將增加相應(yīng)區(qū)域 ( 假體、聚乙烯襯墊、內(nèi)外側(cè)韌帶、髕腱 ) 的應(yīng)力，加速假體磨損。因此術(shù)者應(yīng)盡可能確保股骨假體旋轉(zhuǎn)力線的準(zhǔn)確，減少 TKA術(shù)后假體旋轉(zhuǎn)力線不良相關(guān)并發(fā)癥。本研究個體化股骨后髁旋轉(zhuǎn)截骨組術(shù)中檢查均未出現(xiàn)髕骨軌跡不良，術(shù)后隨訪膝前疼痛發(fā)生率低，而傳統(tǒng)外旋 3° 截骨組有 5 例術(shù)中“No Thumb”試驗陽性，髕骨存在向外脫位傾向，需行髕骨外側(cè)支持帶松解、內(nèi)側(cè)支持帶緊縮改善髕骨軌跡。

二、股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)力線參考軸的選擇

股骨遠(yuǎn)端理想的旋轉(zhuǎn)軸線已爭論多年，但仍沒有統(tǒng)一、理想的方法可準(zhǔn)確定位旋轉(zhuǎn)軸，目前臨床應(yīng)用的包括 Whiteside 線、sTEA，解剖上髁軸，PCL以及間隙平衡技術(shù)和計算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)，其各自均有優(yōu)缺點[12]。Victor[1]回顧分析了既往的股骨假體旋轉(zhuǎn)參考軸線，發(fā)現(xiàn) sTEA 盡管存在高變異率，但其仍是臨床上最常用的參考軸線。Griffin 等[13]研究了股骨內(nèi)上髁的詳細(xì)解剖，股骨內(nèi)上髁上由骨嵴環(huán)繞中央溝，而內(nèi)側(cè)副韌帶股骨端淺層環(huán)繞中央溝與骨嵴相連，考慮到骨嵴寬度，相對 aTEA，通過中央溝的中心即 sTEA 作為股骨旋轉(zhuǎn)參考軸可能更為準(zhǔn)確。但股骨內(nèi)上髁凹點有時因骨質(zhì)增生后難以辨認(rèn)，鑒于此有學(xué)者研究了 sTEA 與 aTEA 的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)二者夾角平均值約為 3°，且變異率較小，因此當(dāng)凹點難以分辨時，建議將 aTEA 內(nèi)旋 3° 得到轉(zhuǎn)化 sTEA[4]。本研究中有 85% 的患者均能在 CT 圖像上確認(rèn)股骨髁內(nèi)側(cè)凹，故采用 sTEA 或轉(zhuǎn)化 sTEA ( 股骨內(nèi)上髁凹點難以辨認(rèn)時 ) 作為 TKA 股骨旋轉(zhuǎn)力線參考軸。

三、個體化股骨后髁旋轉(zhuǎn)截骨的優(yōu)勢

目前，國內(nèi)外所采用的全膝關(guān)節(jié)置換工具，除極少數(shù)可供術(shù)者自主調(diào)節(jié)股骨旋轉(zhuǎn)截骨角度，幾乎都參照 PCL 外旋 3° 旋轉(zhuǎn)截骨設(shè)計，而對于不同人種，不同個體，不同年齡的人群而言，股骨后髁角存在較大差異，并且變異率大，因此術(shù)者依據(jù)經(jīng)驗或統(tǒng)一外旋 3° 截骨容易造成股骨旋轉(zhuǎn)力線不良。宋兵華等[14]測量了 86 例 ( 106 膝 ) 正常成人膝關(guān)節(jié)，其后髁角為 ( 4.80±1.23 ) °，因此其建議國人股骨后髁的外旋截骨角度應(yīng)為 5°，方能獲得更滿意的股骨假體旋轉(zhuǎn)對線。術(shù)者通過 CT 數(shù)據(jù)測量了 100 例本地區(qū)正常成人的股骨后髁角，其平均值為 4.5°，分布范圍為 -1.4°～9.0°，且其變異率較大，對于后髁角為 9.0° 患者術(shù)后假體旋轉(zhuǎn)偏差可達(dá) 6°，顯然參照 PCL 外旋 3° 旋轉(zhuǎn)截骨，術(shù)后股骨旋轉(zhuǎn)力線將產(chǎn)生較大偏差。相關(guān)研究表明屈曲間隙平衡技術(shù)、計算機(jī)導(dǎo)航技術(shù)及 3D 打印的個體化截骨導(dǎo)板技術(shù)，均能在一定程度上改善股骨旋轉(zhuǎn)力線，但因操作過程復(fù)雜、學(xué)習(xí)曲線長、費用高昂等原因，其應(yīng)用受到局限[15-17]。國內(nèi)外學(xué)者采用 CT 掃描確定股骨上髁軸，個體化處理股骨假體髁外旋角度，能優(yōu)化股骨旋轉(zhuǎn)力線，同時發(fā)現(xiàn)術(shù)前存在髕骨軌跡不良的患者，術(shù)后可獲得良好的髕骨軌跡[18-19]。本研究根據(jù)股骨髁形態(tài)特征進(jìn)行股骨后髁個體化旋轉(zhuǎn)截骨，如外翻畸形患者股骨外側(cè)髁常偏小，導(dǎo)致 PCA 變大，而嚴(yán)重內(nèi)翻畸形的患者內(nèi)側(cè)后髁常磨損較重，PCA 可＜3°，術(shù)前將 PCL 與 sTEA 調(diào)整至外旋 3° 位置后，測量后髁最低點到 PCL 的垂直距離，術(shù)中在后髁添加對應(yīng)厚度的截骨墊塊，使得截骨面平行于 sTEA，確保了旋轉(zhuǎn)截骨的準(zhǔn)確性，術(shù)后復(fù)查股骨假體旋轉(zhuǎn)力線明顯優(yōu)于常規(guī)外旋 3° 截骨組患者。其中直接外旋3° 截骨組內(nèi)外旋在 1° 范圍內(nèi)的患者僅 29%，而個體化截骨組 72% 的患者內(nèi)外旋均在 1° 范圍內(nèi)，只有2 例外旋＞2°，其中 64% 的患者均將股骨假體安放在相對外旋位，僅 1 例出現(xiàn)假體內(nèi)旋＞1°。因此，個體化股骨后髁旋轉(zhuǎn)截骨可有效避免股骨假安放體過度內(nèi)旋，明顯提高股骨假體旋轉(zhuǎn)力線準(zhǔn)確度。

綜上所述，個體化股骨后髁旋轉(zhuǎn)截骨根據(jù)術(shù)前規(guī)劃，術(shù)中在后髁增加相應(yīng)厚度截骨墊塊，即可獲得良好的股骨假體旋轉(zhuǎn)力線，優(yōu)化髕骨軌跡，并減少術(shù)后膝前疼痛發(fā)生。此方法操作簡便易被臨床醫(yī)生掌握，具有無創(chuàng)并且不增加患者經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)等優(yōu)勢?？赡芤螂S訪時間不足，術(shù)后兩組患者膝關(guān)節(jié)KSS 功能評分比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義，遠(yuǎn)期療效需進(jìn)一步隨訪觀察。

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

[2]Aglietti P, Sensi L, Cuomo P, et al. Rotational position of femoral and tibial components in TKA using the femoral transepicondylar axis[J]. Clin Orthop Relat Res, 2008, 466(11):2751-2755.

[3]Victor J, Van Doninck D, Labey L, et al. How precise can bony landmarks be determined on a CT scan of the knee[J]. Knee,2009, 16(5):358-365.

[4]Hochberg MC, Altman RD, April KT, et al. American college of rheumatology 2012 recommendations for the use of nonpharmacologic and pharmacologic therapies in osteoarthritis of the hand, hip, and knee[J]. Arthritis Care Res ( Hoboken),2012, 64(4):465-474.

[5]Yoshino N, Takai S, Ohtsuki Y, et al. Computed tomography measure-ment of the surgical and clinical transepicondylar axis of the distal femur in osteoarthritic knees[J]. J Arthroplasty,2001, 16(4):493-497.

[6]Hamada D, Wada K, Mikami H, et al. The posterior condylar cartilage affects rotational alignment of the femoral component in varus knee osteoarthritis[J]. J MedInvest, 2017, 64(1.2):24-29.

[7]Berger RA, Crossett LS, Jacobs JJ, et al. Malrotation causing patel-lofemoral complications after total knee arthroplasty[J].Clin Orthop Relat Res, 1998, (356):144-153.

[8]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.

[9]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.

[10]Kim YH, Park JW, Kim JS, et al. The relationship between the survival of total knee arthroplasty and postoperative coronal,sagittal and rotational alignment of knee prosthesis[J]. Int Orthop, 2014, 38(2):379-385.

[11]Kang KT, Koh YG, Son J, et al. Measuring the effect of femoral malrotation on knee joint biomechanics for total kneearthroplasty using computational simulation[J]. Bone Joint Res, 2016, 5(11):552-559.

[12]Scott RD. Femoral and tibial component rotation in total knee arthroplasty:methods and consequences[J]. Bone Joint J, 2013,95-B(11 Suppl A):S140-143.

[13]Griffin FM, Math K, Scuderi GR, et al. Anatomy of the epicondyles of the distal femur: MRI analysis of normal knees[J]. J Arthroplasty, 2000, 15(3):349-354.

[14]宋兵華, 孫俊英, 倪增良, 等. 國人股骨遠(yuǎn)端旋轉(zhuǎn)軸線的影像學(xué)研究及其臨床意義[J]. 中國骨傷雜志, 2016, 29(1):41-47.

[15]Castelli CC, Falvo DA, Iapicca ML, et al. Rotational alignment of the femoral component in total knee arthroplasty[J]. Ann Transl Med, 2016, 4(1):4.

[16]張聞, 邵俊杰, 張先龍. 計算機(jī)導(dǎo)航對人工全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)下肢旋轉(zhuǎn)對線的影響[J]. 中華骨科雜志, 2008, 28(10):819-823.

[17]Mannan A, Smith TO. Favourable rotational alignment outcomes in PSI knee arthroplasty: A Level 1 systematic review and meta-analysis[J]. Knee, 2016, 23(2):186-190.

[18]潘永謙, 李健, 張平, 等. CT 掃描在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中髕股關(guān)節(jié)軌跡不良股骨旋轉(zhuǎn)力線的研究[J]. 中國矯形外科雜志,2014, (20):1895-1898.

[19]Jabalameli M, Moradi A, Bagherifard A, et al. Evaluation of distal femoral rotational alignment with spiral CT scan before total knee arthroplasty (a study in iranian population)[J]. Arch Bone Jt Surg, 2016, 4(2):122-127.