脛骨近端截骨Ilizarov技術(shù)治療膝骨性關(guān)節(jié)炎的步態(tài)分析△

張 力，蘇 鵬，樊渝波、2*，秦泗河，胡翔宇，石 磊，王 全，臧建成，鄭學(xué)建，王執(zhí)宇，秦緒磊

（1.國家康復(fù)輔具研究中心附屬康復(fù)醫(yī)院矯形外科；北京市老年功能障礙康復(fù)輔助技術(shù)重點實驗室；民政部人體運(yùn)動分析與康復(fù)技術(shù)重點實驗室，北京 100176；2.國家康復(fù)輔具研究中心北京100176；3.北京信息科技大學(xué)機(jī)電工程學(xué)院，北京100192）

膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎（osteoarthritis,OA）是一種老年人常見的慢性退行性疾病，始發(fā)部位在軟骨面，以內(nèi)側(cè)間室發(fā)生退行性改變居多，隨著關(guān)節(jié)炎病變加重，關(guān)節(jié)內(nèi)及其周圍生物力學(xué)環(huán)境即發(fā)生明顯改變，膝內(nèi)收力矩及內(nèi)側(cè)間室承受壓力也增大，下肢力線轉(zhuǎn)移，同時下肢運(yùn)動出現(xiàn)異常，逐漸出現(xiàn)以膝內(nèi)側(cè)疼痛為癥狀的內(nèi)翻畸形，稱之為內(nèi)側(cè)間室膝關(guān)節(jié)骨性關(guān)節(jié)炎（medial knee osteoarthritis,MKOA）［1］。臨床上常見的MKOA治療包括物理治療、藥物治療、生物力學(xué)輔具治療及手術(shù)治療等。近年來膝骨性關(guān)節(jié)炎的下肢生物力學(xué)評估已被廣泛應(yīng)用于臨床研究［2，3］；脛骨近端低位微創(chuàng)截骨Ilizarov外固定技術(shù)治療MKOA也顯示了良好的臨床療效［4-7］。步態(tài)分析（gait analysis,GA）主要針對下肢的運(yùn)動和受力情況進(jìn)行動態(tài)量化分析。針對異常運(yùn)動狀態(tài)，尤其是進(jìn)行步態(tài)分析是在宏觀上把握KOA病情以及治療情況的重要手段，已成為當(dāng)前研究的熱點［8-11］。本研究重點探討MKOA患者術(shù)前及術(shù)后因運(yùn)動學(xué)和動力學(xué)改變導(dǎo)致步態(tài)變化的規(guī)律，并更加直觀的了解GA研究在MKOA手術(shù)治療中的應(yīng)用價值。

1 資料與方法

1.1 納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）K/L分級I、II級，內(nèi)側(cè)間室病變?yōu)橹鞯脑缰衅谙OA；（2）內(nèi)側(cè)間隙疼痛為主要癥狀，可為活動性疼痛、靜息痛或指壓內(nèi)側(cè)副韌帶處疼痛；（3）負(fù)重位X線片股脛角（femor-tibial angle,FTA）≥180°，存在膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻；（4）保守治療3個月以上無效；（5）膝關(guān)節(jié)屈曲＞90°，伸直＜15°。

排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）外側(cè)間隙變窄、疼痛；（2）類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎、化膿性關(guān)節(jié)炎、創(chuàng)傷性關(guān)節(jié)炎等關(guān)節(jié)疾病；（3）負(fù)重位X線片測量FTA存在膝關(guān)節(jié)外翻；（4）有外傷史，膝關(guān)節(jié)主要韌帶存在損傷或斷裂；（5）存在半月板撕裂或關(guān)節(jié)游離體導(dǎo)致的膝關(guān)節(jié)疼痛及絞索；（6）膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)平臺缺損；（7）膝關(guān)節(jié)周圍韌帶松弛、不穩(wěn)；（8）合并嚴(yán)重的內(nèi)科疾病、惡性腫瘤和精神異常的患者；（9）妊娠期及哺乳期婦女；（10）不愿參加者及療程不足無法評價療效者。

1.2 一般資料

2016年9月～2018年12月，在本院采用脛骨近端低位微創(chuàng)截骨Ilizarov外固定技術(shù)治療的11例內(nèi)側(cè)間室型膝骨關(guān)節(jié)炎（MKOA）患者，男6例、女5例；年齡22～58歲，平均（40.92±0.34）歲；11例患者共計21膝（10例雙膝），左側(cè)11膝、右側(cè)10膝；K/L分級I級8膝、II級13膝。有膝骨關(guān)節(jié)炎患者病程2.5～14年，平均（5.72±0.64）年，癥狀均以膝內(nèi)側(cè)疼痛為主，均有2年以上保守治療病史。本研究已獲得醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，每位患者均知情同意。所有測試均由同一組骨科醫(yī)生和生物力學(xué)測試室研究員共同完成并記錄。

1.3 手術(shù)方法

依據(jù)患膝負(fù)重位雙下肢全長正側(cè)位X線片標(biāo)記，測量股骨解剖軸、脛骨解剖軸及脛骨近端內(nèi)側(cè)角和股骨遠(yuǎn)端外側(cè)角，預(yù)定截骨平面。

硬膜外阻滯麻醉或全麻，取平臥位，患肢上止血帶。參照本科特色技術(shù)脛骨近端低位微創(chuàng)截骨Ilizarov外固定技術(shù)進(jìn)行脛腓骨截骨，安裝Ilizarov外固定器矯形［12］。

術(shù)后功能鍛煉：根據(jù)術(shù)前評估及術(shù)中情況調(diào)整外固定架，繼續(xù)矯正殘余內(nèi)翻畸形，直至下肢力線恢復(fù)正常。隨訪期間定期拍攝下肢負(fù)重膝關(guān)節(jié)正側(cè)位X線片，根據(jù)力線調(diào)整外固定架，冠狀位、矢狀位位置滿意后，鎖定外固定架，負(fù)重行走。根據(jù)截骨端愈合情況，6～15周拆除外固定架。

1.4 評價指標(biāo)

記錄術(shù)前、拆除外固定架時及術(shù)后半年3個時間點步態(tài)周期中時空、運(yùn)動學(xué)及動力學(xué)參數(shù)，進(jìn)行三維步態(tài)數(shù)據(jù)分析比較。

在步態(tài)分析測試中，觀察并記錄患者膝關(guān)節(jié)活動時的步態(tài)變化，均需記錄在一個完整的步態(tài)周期內(nèi)，即一次足跟著地起到該側(cè)足趾離地的站立相，再到同側(cè)足跟再次著地的擺動相止。所收集數(shù)據(jù)在計算機(jī)系統(tǒng)整理時，取右腿為主要活動及觀察對象，左腿為輔助腿，定義三維坐標(biāo)系［13］：以人自然直立時，人的正前方為X軸，左方為Y軸，上方為Z軸（圖1），令在X軸上旋轉(zhuǎn)運(yùn)動（θ1），即膝關(guān)節(jié)的內(nèi)外翻轉(zhuǎn)角，在Y軸上旋轉(zhuǎn)（θ2），即為膝關(guān)節(jié)屈伸轉(zhuǎn)角，繞Z軸旋轉(zhuǎn)（θ3），即膝關(guān)節(jié)內(nèi)外旋轉(zhuǎn)角（圖 2）。

圖1 步態(tài)分析測試 1a:三維坐標(biāo)系 1b:三個平面角

利用逆向動力學(xué)原理，分析軟件對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。測量指標(biāo)包括步速、步幅和膝關(guān)節(jié)屈伸角度、內(nèi)外翻角度、踝關(guān)節(jié)活動范圍、踝關(guān)節(jié)外翻角度及膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻力矩 （knee adduction moment,KAM）、膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻角沖量 （knee adduction angular impulse,KAAI）、踝關(guān)節(jié)外翻力矩、足底中心壓力軌跡等時空參數(shù)、運(yùn)動學(xué)指標(biāo)、運(yùn)動力學(xué)指標(biāo)。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法

使用SPPS 22.0軟件包進(jìn)行步態(tài)數(shù)據(jù)分析，計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用配對設(shè)計資料t檢驗或單因素方差分析，P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 步態(tài)分析時間空間

步態(tài)分析連桿模型建立見圖。患者術(shù)前、拆除外固定器時及術(shù)后半年隨訪復(fù)查時測試的時間空間參數(shù)結(jié)果見表1，11例患者步幅和步速在術(shù)前、拆除外固定器時及術(shù)后6個月比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。

2.2 步態(tài)運(yùn)動學(xué)測試結(jié)果

患者術(shù)前、拆除外固定器時及術(shù)后6個月膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)步態(tài)運(yùn)動檢測結(jié)果見表2，隨時間推移，步態(tài)測量中患者屈膝角度顯著增加（P＜0.05），膝關(guān)節(jié)過伸的伸膝角度也顯著增加（P＜0.05）；膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻、外翻角度均顯著減少（P＜0.05）。隨時間推移，步態(tài)測量中踝關(guān)節(jié)活動范圍及外翻角度也顯著增加（P＜0.05）。

2.3 步態(tài)力學(xué)測試結(jié)果

患者術(shù)前、拆除外固定器時及術(shù)后6個月運(yùn)動力學(xué)測試結(jié)果見表3。隨時間推移，膝關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩和內(nèi)收角沖量均顯著減少（P＜0.05），提示膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室壓力均明顯降低，且隨著恢復(fù)時間延長，骨性愈合后內(nèi)外側(cè)間室壓力軟組織平衡重建繼續(xù)均衡。

圖2 連桿模型及運(yùn)動變化

表1 患者不同時間點時空參數(shù)測量結(jié)果（±s）與比較

表1 患者不同時間點時空參數(shù)測量結(jié)果（±s）與比較

指標(biāo)步幅（m）步速（m/s）術(shù)前1.1 6±0.1 0 1.0 6±0.2 1拆外固定器時1.1 6±0.8 1 1.0 5±0.1 1術(shù)后6個月1.1 8±0.0 9 1.0 6±0.1 3 P值0.9 4 0 0.9 7 7

表2 21膝不同時間點膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)步態(tài)運(yùn)動學(xué)檢測結(jié)果（°，±s）與比較

表2 21膝不同時間點膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)步態(tài)運(yùn)動學(xué)檢測結(jié)果（°，±s）與比較

指標(biāo)屈膝角度伸膝角度（膝關(guān)節(jié)過伸）內(nèi)翻角度外翻角度踝關(guān)節(jié)活動范圍踝關(guān)節(jié)外翻角度術(shù)前4 0.2 1±2.1 0 1.2 6±2.2 1 1 7.1 6±2.2 3 1 2.5 6±2.2 7 2 5.6 7±0.3 5 2.8 4±0.1 8拆外固定器時4 7.1 6±1.8 1 1.7 5±1.6 3 7.1 6±1.6 5 9.4 5±2.1 1 2 6.3 2±3.2 8 3.1 7±0.6 5術(shù)后6個月5 3.2 6±1.0 9 2.0 6±1.1 3 6.1 8±2.1 7 6.8 6±1.2 6 3 0.3 2±1.1 4 3.3 6±0.5 4 P值＜0.0 0 1 0.0 0 3＜0.0 0 1＜0.0 0 1＜0.0 0 1＜0.0 0 4

表3 21膝膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)步態(tài)力學(xué)檢測結(jié)果（±s）與比較

表3 21膝膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)步態(tài)力學(xué)檢測結(jié)果（±s）與比較

指標(biāo)膝關(guān)節(jié)內(nèi)收力矩（N·m/k g）膝關(guān)節(jié)內(nèi)收角沖量（N·m·s/k g）踝關(guān)節(jié)外翻力矩（N·m/k g）足底中心壓力軌跡（M）術(shù)前0.3 9±0.0 7 0.1 6±0.0 2 0.1 7±0.0 2 0.0 2±0.0 3拆外固定器時0.3 7±0.0 6 0.1 6±0.0 1 0.1 9±0.0 1 0.0 3±0.0 5術(shù)后6個月0.3 6±0.0 9 0.1 5±0.0 4 0.1 2±0.0 3 0.0 3±0.0 2 P值0.2 4 2 0.4 2 8＜0.0 0 1 0.5 2 7

拆除外固定器時踝關(guān)節(jié)外翻力矩較術(shù)前增加（P＜0.05），提示截骨矯正膝內(nèi)翻已改善下肢力線，術(shù)后半年隨訪時與拆除外固定器時踝關(guān)節(jié)外翻力矩比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），提示骨性愈合后下肢力線基本穩(wěn)定。拆除外固定器時足底中心壓力軌跡較術(shù)前明顯向外側(cè)偏移（P＜0.05），提示截骨矯正膝內(nèi)翻足底負(fù)重有明顯改善。然而術(shù)后6個月時與拆除外固定器時差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。

3 討論

脛骨近端低位微創(chuàng)截骨Ilizarov技術(shù)是一種對下肢異常生物力線進(jìn)行修正、矯正膝內(nèi)翻、減小膝內(nèi)收力矩的治療方案，是脛骨內(nèi)側(cè)動態(tài)骨痂延長截骨法［6，19］。步態(tài)分析中，術(shù)前、術(shù)后拆除外固定器時及術(shù)后半年比較，步速步幅時空參數(shù)差異無統(tǒng)計學(xué)意義，提示患者步速步幅無明顯影響；運(yùn)動學(xué)參數(shù)膝關(guān)節(jié)屈伸角度逐步改善、內(nèi)外翻逐步糾正，而踝關(guān)節(jié)在拆除外固定器時活動范圍較術(shù)前無明顯變化、踝關(guān)節(jié)外翻角度較術(shù)前有較大增加；術(shù)后半年隨訪踝關(guān)節(jié)活動范圍大幅增加，較術(shù)前及拆除外固定器時均有明顯差異、踝關(guān)節(jié)外翻角度較術(shù)前有明顯增加，提示該技術(shù)可顯著改善患者膝、踝運(yùn)動學(xué)參數(shù)，而與拆除外固定器時比較變化不明顯，提示拆除外固定器后脛骨截骨處骨性愈合可達(dá)到穩(wěn)定；動力學(xué)測試中術(shù)后膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻力矩、膝關(guān)節(jié)內(nèi)收角沖量均逐漸減小，提示膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室壓力均明顯降低，且隨著恢復(fù)時間延長，骨性愈合后繼續(xù)均衡內(nèi)外側(cè)間室壓力。拆除外固定器時踝關(guān)節(jié)外翻力矩較術(shù)前增加，提示截骨矯正膝內(nèi)翻已改善下肢力線，術(shù)后半年隨訪時與拆除外固定器時比較無明顯差異，表明骨性愈合后下肢力線基本穩(wěn)定。拆除外固定器時足底中心壓力軌跡較術(shù)前明顯向外側(cè)偏移，提示截骨矯正膝內(nèi)翻對足底負(fù)重有明顯改善，然而術(shù)后半年隨訪時與拆除外固定器時比較無明顯差異，同樣表明骨性愈合后下肢力線基本穩(wěn)定，未進(jìn)一步改變足底負(fù)重情況。

在下肢運(yùn)動障礙的分析領(lǐng)域，步態(tài)分析的重要性正在不斷增加。作為臨床評估的補(bǔ)充以及有助于提高治療效果的工具，步態(tài)分析有益于做出有效的臨床決策。結(jié)合三維步態(tài)分析結(jié)果總結(jié)分析，脛骨近端低位微創(chuàng)截骨Ilizarov外固定技術(shù)治療可能的機(jī)制是：①通過截骨矯正膝關(guān)節(jié)內(nèi)翻畸形，恢復(fù)膝關(guān)節(jié)正常生物力線，使生物力線轉(zhuǎn)移到相對正常的外側(cè)間室，異常生物力學(xué)分布得到糾正，有利于損傷關(guān)節(jié)軟骨得到修復(fù)；②減少膝內(nèi)翻力矩，改變脛骨平臺壓力異常分布，減少膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)間室受力，相應(yīng)增加外側(cè)間室負(fù)荷，使得骨內(nèi)壓力降低、外周阻力降低、改善局部血液循環(huán)及代謝；③脛骨結(jié)節(jié)下截骨使術(shù)后脛骨結(jié)節(jié)相對有所抬高，導(dǎo)致術(shù)前緊張的髕韌帶張力得到松解，有助于減輕髕股關(guān)節(jié)面負(fù)荷，髕股關(guān)節(jié)軟骨面磨損有所緩解，降低髕股關(guān)節(jié)炎發(fā)生率；④使退變關(guān)節(jié)軟骨在良好空間環(huán)境下獲得修復(fù)，最終使膝關(guān)節(jié)臨床癥狀、體征得以緩解或者消除［20-22］。

總之，脛骨近端低位微創(chuàng)截骨Ilizarov外固定技術(shù)治療內(nèi)側(cè)間室型膝骨關(guān)節(jié)炎具有矯正準(zhǔn)確、療效確切等特點，尤其符合生物力學(xué)要求，值得推廣應(yīng)用。步態(tài)分析測試操作簡便無創(chuàng)、患者易于接受，客觀反映了出一個步態(tài)周期中三維運(yùn)動軌跡及相應(yīng)數(shù)據(jù)的變化，有利于對手術(shù)療效進(jìn)行準(zhǔn)確評估。