術(shù)前膝關(guān)節(jié)周圍角度對脛骨高位截骨術(shù)下肢力線準(zhǔn)確性矯正的研究進展

劉宇哲,阿里木江·玉素甫,覃祺,冉建

(新疆醫(yī)科大學(xué)第六附屬醫(yī)院創(chuàng)傷骨科一科,新疆 烏魯木齊 830000)

膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎(knee osteoarthritis,KOA)導(dǎo)致的疼痛影響著患者的生活質(zhì)量,并且疼痛也是KOA致殘的重要原因[1-2]。KOA的主要手術(shù)治療方式是脛骨高位截骨術(shù)(high tibial osteotomy,HTO)、單髁膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)和全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(total knee arthroplasty,TKA)[3],其中HTO與其他術(shù)式相比能夠?qū)崿F(xiàn)更好的運動需求[4],而且在正確的適應(yīng)證下,HTO和UKA均可產(chǎn)生持久和可預(yù)測的結(jié)局,并沒有明顯的差異[5]?，F(xiàn)在隨著“保膝”理念的深入人心,在單純內(nèi)側(cè)間室KOA中此術(shù)式受到廣大醫(yī)生及患者的認(rèn)同。

HTO的臨床效果和下肢力線的準(zhǔn)確矯正息息相關(guān),準(zhǔn)確的矯正從準(zhǔn)確的術(shù)前計劃開始,雖然有不同的術(shù)前計劃,但有證據(jù)顯示術(shù)后的下肢力線矯正并不理想[6],矯正不足會導(dǎo)致內(nèi)側(cè)間室KOA復(fù)發(fā),而過度矯正會導(dǎo)致外側(cè)間室KOA進展。大量研究已經(jīng)表明,準(zhǔn)確的術(shù)前計劃和術(shù)中矯正內(nèi)翻畸形是HTO成功的最重要因素[7]。本文綜述了術(shù)前膝關(guān)節(jié)周圍角度對HTO術(shù)前計劃的影響,以供臨床醫(yī)師進行個體化治療選擇及進一步研究。

1 髖膝踝(hip knee ankle,HKA)角和下肢負(fù)重線(weight-bearing line,WBL)百分比

HTO的目標(biāo)就是矯正下肢力線,目前臨床上常用評估下肢力線的指標(biāo)是髖膝踝HKA和WBL百分比(見圖1)。HKA是股骨機械軸和脛骨機械軸之間的角度。下肢WBL百分比為連接股骨頭中心和踝關(guān)節(jié)中心、通過脛骨平臺的點與脛骨平臺內(nèi)側(cè)邊緣之間的距離除以脛骨平臺的寬度。臨床上通常把下肢WBL百分比為62.5%作為藤澤點,Kuriyama等[8]通過生物力學(xué)研究證實了脛骨高位截骨術(shù)下肢力線通過藤澤點下肢力線的有效性并且提出中度KOA患者的下肢WBL百分比應(yīng)定為60%,重度KOA患者的下肢WBL百分比應(yīng)定為62.5%。Jiang等[9]通過研究脛骨外側(cè)髁間隆起(lateral tibial intercondylar eminence,LTIE)橫向斜率(見圖2)與整體下肢力線參數(shù)之間的關(guān)系發(fā)現(xiàn),在LTIE斜率的上1/3點和中點是術(shù)中對線評估的可靠解剖學(xué)標(biāo)志,若要求HKA術(shù)后角度在183 °～186 °之間,LTIE中點較好,若要求下肢WBL百分比在62%～66%之間,則選擇LTIE上1/3點作為目標(biāo)點。但是目前關(guān)于術(shù)前使用HKA還是下肢WBL百分比作為評估下肢力線的指標(biāo),目前尚未定論,Jiang等[10]通過比較選擇HKA還是選擇下肢WBL百分比作為術(shù)前計劃的力線指標(biāo),認(rèn)為選擇下肢WBL百分比更佳,因為即便在術(shù)中有稍微誤差,仍然可以保證在安全范圍內(nèi)。但這只是理論研究,并未考慮軟組織、負(fù)重的影響,若應(yīng)用于臨床還需更多的前瞻性研究。Kawasaki等[11]研究脛骨關(guān)節(jié)面(tibial articular surface,TAS)內(nèi)翻偏移對HKA的影響,認(rèn)為在內(nèi)翻畸形的膝關(guān)節(jié)中HKA無法正確表達(dá)內(nèi)翻對齊。由于測量的便利性,目前在臨床上常用的是HKA,所以關(guān)于術(shù)前計劃使用哪一種指標(biāo)評估下肢力線,仍需要高等級的證據(jù),以實現(xiàn)最佳力線。

圖1 HKA、MPTA、JLCA、 mLDFA、FFA、FPFA、KJLO、KAJA模式圖

圖2 LTIE模式圖

2 脛骨近端內(nèi)側(cè)角(medial proximal tibial angle,MPTA)

MPTA定義為下肢力線機械軸與脛骨近端關(guān)節(jié)線之間的內(nèi)側(cè)角(見圖1),常用來描述脛骨近端畸形。Kubota等[12]通過對71個接受HTO的膝關(guān)節(jié)研究術(shù)前和術(shù)后矯正誤差的影響因素,認(rèn)為MPTA是HTO術(shù)后對線誤差唯一的術(shù)前預(yù)測因素。但是MPTA在術(shù)中由于無法獲得全長下肢力線,所以在術(shù)中無法評估術(shù)前所計劃的MPTA,Tseng等[13]研究提出術(shù)前和術(shù)后腓骨近端中心角(focal proximal fibular angle,FPFA)和MPTA之和的差異在3 °以內(nèi),由于腓骨不受矯正量和內(nèi)翻畸形嚴(yán)重程度的影響,因此通過在術(shù)前計算所需要的術(shù)后MPTA后,再近似計算所需的FPFA,在術(shù)中使用FPFA以代替MPTA,FPFA為近端腓骨軸與近端脛骨關(guān)節(jié)面之間的角度(見圖1),并且可在膝關(guān)節(jié)局部圖像中進行評估。Quintens等[14]也提出KOA內(nèi)翻畸形患者脛骨或許有較大的解剖變異,Mullaji等[15]認(rèn)為股骨遠(yuǎn)端和脛骨近端解剖結(jié)構(gòu)會因為內(nèi)翻KOA變異,通過研究從股骨和脛骨的冠狀形態(tài)中發(fā)現(xiàn)了4個表型。這要求對于內(nèi)翻畸形KOA患者行HTO時不采取統(tǒng)一的方法,應(yīng)該考慮每個患者的個體化。然而MPTA通常和脛骨平臺后傾角(posterior tibial slope,PTS)用于描述脛骨近端的幾何形狀,而且認(rèn)為是HTO力線的重要考慮因素。Foos等[16]通過對大量尸體標(biāo)本探索脛骨平臺后傾角和脛骨冠狀面畸形之間的關(guān)系中發(fā)現(xiàn)MPTA與PTS均顯著相關(guān)。這強調(diào)了在行HTO時,不能忽視矢狀面的重要性,所以建議將MPTA作為提高矯正精度的指標(biāo),以提供更好的臨床結(jié)果。

3 機械股骨遠(yuǎn)端外側(cè)角(mechanical lateral distal femoral angle,mLDFA)

mLDFA為股骨遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)線與股骨機械軸之間的外側(cè)夾角(見圖1),常用來描述股骨遠(yuǎn)端畸形,在HTO術(shù)中,Ishimatsu等[17]經(jīng)過一些多元回歸分析證明雖然術(shù)后MPTA很重要,但是忽略術(shù)前 mLDFA可能會存在有較高的矯正不良風(fēng)險,認(rèn)為術(shù)前 mLDFA>89.5 °往往會導(dǎo)致術(shù)后下肢力線矯正不足。Nakamura等[18]報道了1例行HTO術(shù)后因矯正不足(mLDFA為91 °)導(dǎo)致股骨畸形,最終行股骨遠(yuǎn)端截骨(distal femoral osteotomy,DFO)。因此忽略術(shù)前股骨形態(tài)會導(dǎo)致HTO術(shù)后下肢發(fā)生力線矯正不良。

4 股骨腓骨角(femurofibular angle,FFA)

FFA為股骨遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)面與腓骨軸線的夾角(見圖1),隨著近年來對HTO研究的深入,FFA作為一個可以以局部角度預(yù)測術(shù)后冠狀位下肢力線的角度,在術(shù)前計劃中也得到了一定的重視。

Wang等[19]通過術(shù)前使用Adobe Photoshop進行FFA的規(guī)劃,并用術(shù)前規(guī)劃的FFA指導(dǎo)手術(shù)可獲得滿意的下肢力線矯正。但是此項研究未考慮體重因素對下肢力線的影響。毛彥杰等[20]同樣使用術(shù)前模擬的FFA評價預(yù)測術(shù)后下肢冠狀位力線的有效性,并進行了BMI分層分析,認(rèn)為患者BMI≤25.81 kg/m2時,預(yù)測更為準(zhǔn)確。目前對于FFA在軟組織因素影響下是否會影響它的預(yù)測價值,未來還需要更加深入的研究來分析FFA預(yù)測術(shù)后整體下肢力線的可靠性。

5 膝關(guān)節(jié)線傾斜角(knee joint line obliquity,KJLO)

KJLO是脛骨近端關(guān)節(jié)面與平行于地面的水平線之間的夾角(見圖1)。HTO的目標(biāo)是通過矯正力線使內(nèi)側(cè)間室壓力向外側(cè)間室壓力轉(zhuǎn)移,當(dāng)脛骨有較大的矯正時,關(guān)節(jié)線傾斜角不可避免也會變大。Song等[21]已經(jīng)證實了術(shù)后KJLO≥4 °時臨床結(jié)局變差。并且Nakayam等[22]通過有限元應(yīng)力分析認(rèn)為在KJLO≥5 °時大約對應(yīng)MPTA為95 °,此時內(nèi)側(cè)間室最大剪切應(yīng)力急劇上升,并且與KJLO呈正相關(guān)。Akamatsu等[23]研究得出術(shù)后2年MPTA>95 °的患者KJLO高于術(shù)后MPTA≤95 °的患者。所以MPTA也是術(shù)后異常KJLO的預(yù)測指標(biāo)。

關(guān)于KJLO在術(shù)前的預(yù)測,Park等[24]通過研究術(shù)前解剖參數(shù)對術(shù)后KJLO的影響,設(shè)計了一個可以預(yù)測術(shù)后KJLO的方程,同時在外部驗證中也證實了這個方程具有良好的可預(yù)測性,同時Park等[25]也提出了一個設(shè)想,認(rèn)為可以利用下肢內(nèi)收角預(yù)測術(shù)后KJLO,肢體內(nèi)收角定義為術(shù)前站立位下肢全長X線WBL百分比與計劃WBL百分比之間的角度,術(shù)后KJLO可被預(yù)測為術(shù)前KJLO和肢體內(nèi)收角度之和。

KJLO的代償性變化,Goshima等[26]提出了KJLO與髖關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)的代償性變化相關(guān)性,認(rèn)為HTO術(shù)后一定程度的過度矯正(MPTA≥95 °)不會影響HTO術(shù)后的臨床結(jié)果。但是踝關(guān)節(jié)的代償性是有限度的,KAJA為脛骨近端關(guān)節(jié)面與脛骨遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)面之間的夾角(見圖1),Tseng等[27]發(fā)現(xiàn)膝踝關(guān)節(jié)線角度(knee-ankle joint line angle,KAJA)與KJLO之間顯著相關(guān),證明KAJA超過9.6 °這個限度時,KJLO將無法得到很好的代償。因此應(yīng)該將9.6 °的KAJA作為一個臨界值放在術(shù)前計劃期間及手術(shù)期間,但是術(shù)后KAJA如何通過術(shù)前進行預(yù)測,并且隨著時間的增加,KJLO是否會改變,目前并沒有有效的證據(jù)。

6 關(guān)節(jié)切線夾角(joint line convergence angle,JLCA)

JLCA定義為股骨遠(yuǎn)端關(guān)節(jié)面與脛骨近端關(guān)節(jié)面之間的夾角(見圖1)。HTO術(shù)中除了骨性矯正外,軟組織矯正的影響也不可忽視,許多研究報告了由于軟組織松弛的影響,術(shù)前規(guī)劃和術(shù)后實現(xiàn)的矯正存在差異,而軟組織松弛在截骨術(shù)前并未被考慮在內(nèi)[28-30]。Oh等[31]在一項研究中稱術(shù)前JLCA是HTO術(shù)后KJLO異常的重要因素。同時Park等[32]在預(yù)測HTO術(shù)后的過度矯正方面上,證實了JLCA≥4 °和外翻應(yīng)力角≥1.5 °是軟組織因素導(dǎo)致過度矯正的唯一顯著風(fēng)險因素。關(guān)于術(shù)前較大的JLCA變化是否真的會導(dǎo)致HTO術(shù)后冠狀面對線過度矯正,Na等[33]通過研究術(shù)前術(shù)后JLCA變化的因素證實術(shù)前仰臥位和站立位JLCA的差異越大,特別是術(shù)前JLCA≥4 °或者術(shù)前站立位和仰臥位JLCA的差值≥1.7 °的患者容易導(dǎo)致過度矯正。Kumagai等[28]認(rèn)為即便在術(shù)中得到了矯正,JLCA變化也會導(dǎo)致矯正早期消失。所以術(shù)前計劃中JLCA是HTO成功的一個關(guān)鍵因素,在術(shù)前計劃中如何充分考慮JLCA至關(guān)重要。

為了預(yù)防這種由于術(shù)前JLCA導(dǎo)致的過度矯正,Lee等[6]對86個接受HTO的的膝關(guān)節(jié)進行前瞻性研究,通過使用內(nèi)翻-外翻應(yīng)力位X線片評估術(shù)前內(nèi)外側(cè)韌帶失衡情況,得到術(shù)前JLCA與機械軸(mechanical axis,MA)(r=0.358)和WBL比值的差異呈正相關(guān),認(rèn)為膝關(guān)節(jié)軟組織松弛程度與對線矯正程度相關(guān),與矯正誤差無關(guān)。為了量化膝關(guān)節(jié)的不穩(wěn)定性,Takagawa等[34]和Tsuji等[30]通過內(nèi)翻應(yīng)力和外翻應(yīng)力X線片之間的JLCA差異來評估JLCA的變化。Kim等[35]研究證實在術(shù)前使用Miniaci法規(guī)劃好截骨開口高度后再減去內(nèi)翻應(yīng)力X線片下股骨與脛骨外側(cè)關(guān)節(jié)線之間的距離與外翻應(yīng)力X線片下股骨與脛骨內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)線之間距離的絕對差,可獲得較好的矯正準(zhǔn)確性。So等[29]則提出了一種簡單的方法,建議從計劃的矯正角度中減去仰臥位和站立位之間的JLCA差異,以防止過度矯正。Behrendt等[36]通過術(shù)前使用Miniaci計劃與Micicoi提出的方程式(JLCA-2)/2計劃進行分組,證實了這個方程在提高內(nèi)翻截骨術(shù)的準(zhǔn)確性上有一定的優(yōu)勢。潛在軟組織松弛度定義為從負(fù)重位置延伸到外翻或內(nèi)翻的軟組織量,又分為潛在內(nèi)側(cè)松弛度和潛在外側(cè)松弛度,Lee等[37]發(fā)現(xiàn)了術(shù)后JLCA變化,如果潛在的內(nèi)側(cè)松弛每增加1 °,JLCA將增加0.6 °,脛骨的矯正角度每增加1 °,JLCA將增加0.2 °。因此截骨術(shù)可能會導(dǎo)致JLCA發(fā)生額外的變化。Ryu等[38]提出了一個在術(shù)前計劃中考慮潛在內(nèi)側(cè)松弛的方程式,證實了這個方程式有利于實現(xiàn)最佳矯正。目前臨床中在很多時候并未在術(shù)前考慮JLCA的影響,然而JLCA的差異影響著脛骨高位術(shù)的術(shù)后下肢力線結(jié)局,因此在進行術(shù)前計劃時應(yīng)考慮相關(guān)因素,以便提高臨床療效。

7 脛骨平臺后傾角(posterior tibial slope,PTS)

PTS即脛骨解剖軸與脛骨平臺前后緣最高點連線形成的夾角(見圖3),PTS在膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)中有著重要意義,但是開放楔形脛骨高位截骨術(shù)(open-wedge high tibialosteotomy,OWHTO)有一個潛在缺點,即會導(dǎo)致PTS增加,Nha等[39]通過一項META分析表明OWHTO術(shù)后PTS增加約2 °,閉合楔形脛骨高位截骨術(shù)(closed-wedge high tibialosteotomy,CWHTO)術(shù)后PTS減少約2.3 °。Bernhardson等[40]研究發(fā)現(xiàn)PTS哪怕只發(fā)生2 °的變化都會對膝關(guān)節(jié)產(chǎn)生不利的影響。所以在術(shù)前應(yīng)該充分考慮如何對矢狀位力線進行控制。

圖3 矢狀位膝關(guān)節(jié)PTS模式圖

Erquicia等[41]通過尸體標(biāo)本研究認(rèn)為截骨起點不同影響著PTS的變化,盡可能靠近脛骨近端進行截骨可以減輕OWHTO術(shù)后對PTS的影響。Kaya等[42]研究發(fā)現(xiàn)從后內(nèi)側(cè)到前外側(cè)的方向上進行OWHTO可以顯著降低PTS。Song等[43]通過研究OWHTO術(shù)后PTS增加的原因,認(rèn)為骨性合頁處骨折和矯正角度較大是PTS增加的危險因素,而Jo等[44]提出外側(cè)骨性合頁的位置也已經(jīng)被確定為OWHTO改變PTS的重要因素。從上述得知,無論是改變截骨起點還是改變截骨方向,都與外側(cè)骨性合頁的位置有關(guān),因此在術(shù)前確定骨性合頁的位置至關(guān)重要。Eliasberg等[45]通過研究骨性合頁位置對HTO術(shù)后PTS的影響,發(fā)現(xiàn)骨性合頁的外旋、內(nèi)旋與由此產(chǎn)生的 PTS 變化之間存在很強的線性相關(guān)性?？傮w而言,截骨時將骨性合頁放在前外側(cè)則PTS會減小,而將骨性合頁放在后外側(cè)則PTS增加。此外截骨開口平面的大小,也影響著PTS的變化,這可能是由于脛骨近端的前內(nèi)側(cè)皮質(zhì)與后內(nèi)側(cè)皮質(zhì)成一定角度,而外側(cè)皮質(zhì)幾乎垂直,所以截骨開口平面前后間隙相等的OWHTO將增加PTS。Hanada等[46]在術(shù)前用3D軟件進行模擬截骨,通過在模擬截骨后膝關(guān)節(jié)矢狀位視圖上3個點來定義截骨開口平面的前后間隙及最大間隙,并在術(shù)中作為參考,可能有利于避免PTS增加。在以往的認(rèn)知中,截骨開口平面前后間隙的比例早有定式,但是每個人由于脛骨近端結(jié)構(gòu)的不同,所以應(yīng)該考慮個體差異。

目前HTO,雖然有不同的術(shù)前計劃,但是術(shù)后效果卻不盡人意。臨床上目前在術(shù)中常采用的還是電線、金屬桿等方法,在不考慮準(zhǔn)確性的前提下,這些方法所造成輻射暴露次數(shù)的增加也是一個問題。通過綜述術(shù)前周圍角度對矯正下肢力線的影響,本研究發(fā)現(xiàn)在術(shù)前規(guī)劃好一些局部角度,在術(shù)中代替上述方法,不僅可以降低暴露次數(shù),而且能夠保證較好準(zhǔn)確性。合理的患者選擇、精確地術(shù)前計劃和精湛的手術(shù)技術(shù)是手術(shù)成功的關(guān)鍵,目前雖然對HTO如何實現(xiàn)下肢力線準(zhǔn)確性矯正研究取得了一定的進展,計算機輔助導(dǎo)航、個體化截骨導(dǎo)向器(patient-specific instrumentation,PSI)的準(zhǔn)確性已被證實,但這些技術(shù)在目前并不具備普遍性,希望未來醫(yī)療領(lǐng)域有更多新保膝技術(shù)興起以及保膝方案優(yōu)化,同時期待將來能夠出臺專家共識以指導(dǎo)臨床,減少KOA患者的痛苦及負(fù)擔(dān),造福更多患者。