计算机辅助个体化导航模板在全膝关节置换术中的研究

罗春强，邱卫华，王红艳，李 奇，林荔军，莫捷华，梁桂泉，陈 霞 (.广东省增城市新塘医院骨科，广东 广州 5340;.南方医科大学珠江医院骨科，广东 广州 5080)

当前我国的骨关节炎患者已经有1 亿之多，关节炎发病率随年龄增长而增长，在60 岁以上的人群中患有此病的比例高达75%，这将会导致慢性致残，可被称为“不死的癌症”［1］。全膝关节置换术(Total Knee Arthroplasty，TKA)近几年发展迅速，是治疗某些终末期膝关节疾病或畸形的有效手术，其在短时间内有效缓解患者疼痛，矫正关节畸形，但术后发生感染及疼痛往往给患者带来生理及心理的负面体验［2－3］。给患者身心造成很大的痛苦，同时导致经济负担，严重影响疾病治疗以及预后［4］。随着计算机导航TKA 技术的不断发展，股骨假体的安装位置更加精确化［5－6］，尤其是计算机导航TKA 的成熟，提供了膝关节假体旋转力线的精确度［7］。2006 年4 月在新加坡召幵的亚太地区膝关节人工关节研讨会上经过到会医生调查显示，有20%多的医生经采用了导航技术做TKA。我国的计算机辅助导航系统在脊柱外科、关节外科、创伤骨科中的应用也见诸报道［8－10］。笔者设计了简单有效的个体化导航模板进行膝关节置换的轴线定位，可以明显改善术后下肢力线，更加精确的截骨，精准的假体位置植入，减少并发症，从而提高术中截骨的准确性。

1 资料与方法

1.1 一般资料:选择2009 年2 月～2014 年2 月期间在我院及珠江医院骨科拟实施TKA 的膝关节骨性关节炎(OA)(术前均明确诊断)患者106 例。纳入标准:①膝关节原发性骨关节炎;②无严重膝内、外翻畸形和屈曲、挛缩畸形;③既往无膝关节手术史;④髌骨无半脱位和脱位;⑤髌骨无明显退变，关节活动无异常，家族中无免疫性关节炎或其他相关病史。排除标准:①畸形大于30°，有大量的骨丢失;②既往曾行骨切除手术和(或)幵放性膝关节手术;③过度肥胖，有颈动脉狭窄病史，有房颤病史，畸形、肿瘤等病变;④其他炎性反应性关节炎。其中男64例，女42 例，年龄61 ～82 岁，平均(68.3±7.8)岁;身高152.6 ～176.4 cm，平均(162.47±5.63)cm;体重49 ～82 kg，平均(64.71±7.85)kg;体重指数(Body MassIndex，BMI，BMI=体质量/身高平方)(23.26±2.43)kg/m2;所有患者均告知手术治疗方案，并全部表示同意，并签署知情同意书，经医学伦理委员会同意并启动紧急治疗预案，避免意外事故发生。将所有患者按照数字表法随机分为导航组与传统组，每组53 例，两组患者的年龄、性别、文化程度、体重、身高、BMI 等方面相比较差异均无统计学意义(P ＞0.05)，具有可比性。

1.2 方法

1.2.1 设备及仪器:所有患者均采用美国强生公司的PFC 后方稳定型人工膝关节假体(Press－FitCondylar－PS);美国史塞克公司导航系统(Navigation System II －Cart REF7700－100－000);美国强生公司(pfc sigmainstruments);美国史塞克公司Navigation System(Knee Instruments Tray)。

1.2.2 术前准备:所有入选患者入院后均行常规实验室检查及入院宣教，对合并高血压、糖尿病或呼吸系统、心脑血管系统以及心肺功能较差的患者及时请相关科室以及麻醉科、ICU 进行全院会诊，积极处理相关疾病，使其术前达到可以耐受手术及麻醉的要求。所有患者手术均采用全身吸入性麻醉。术前半小时常规静脉滴注抗生素。手术由同一位有丰富经验的医师分别釆用导航模板法和传统方法对两组临床患者进行TKA操作。术前常规消毒铺巾，并用无菌记号笔标记膝正中切口，方便缝合对位。

1.2.3 计算机辅助导航手术:麻醉生效后，患者取仰卧位，患肢患膝常规消毒铺巾，取膝关节正中入路，长约23 cm，依次切幵皮肤、皮下组织，髌旁内侧入路进关节，切除增生的骨赘和半月板，充分暴露胚骨平台，松解后内关节囊后，分别在股骨及腔骨安装导航示踪器，打开导航装置后分别进行注册:①患肢机械轴线的注册:通过对髓关节旋转中心、膝关节中心和躁关节中心点的确认可以确定下肢机械轴线。②导航手术中需要的解剖点注册:其中包括股骨远端前方皮质、股骨内上髁、股骨外上髁(在行股骨远端截骨后可再次注册)、股骨髁中点、股骨内外髁关节面、股骨滑车中轴线、股骨髁间脊中点、腔骨内外侧平台关节面、胚骨前后线。系统初始化调整，膝关节运动分析:在对所需解剖点进行注册后，导航系统可以对膝关节初始运动特性进行评估。术者可以在进一步手术前对系统给出的参数进行确认。之后导航监测下依次进行腔骨平台及股骨远端截骨，完成股骨截骨后，植入和平台试模及衬垫试模，复位，导航检测膝关节完全伸直，伸直屈曲过程中，确定膝关节内翻度数，伸膝标出胚骨平台旋转中心，取出试模，完成余下操作。上止血带，冲净骨床，以进口抗生素骨水安装平台及假体，安装衬垫，复位后，清除多余骨水泥，待骨水泥固化，松止血带，彻底止血取下导航装置，屈伸膝关节试髌骨轨迹，冲洗伤口后，留置引流管，屈膝位缝合伤口。

1.2.4 传统手术:麻醉生效后，患者取仰卧位，患肢患膝常规消毒铺巾，取膝前正中入路，长约12 cm，依次切开皮肤、皮下组织，髌旁内侧入路进入关节，屈膝外翻髌骨，充分暴露腔骨平台并做后内软组织松解，切除前后交叉韧带、半月板，切去骨赘，髓外定位行腔骨平台截骨，3°后倾，无内外翻，截骨厚度10 mm，髓内定位行股骨远端截骨，6°外翻，截骨厚度10 mm，选择同型号切模完成股骨截骨，选择相同型号和平台试模、衬垫安装，试关节活动度，可完全伸直，力线纠正，被动屈曲达135°左右。屈伸膝试髌骨轨迹，0°和90°位内外侧韧带平衡，对应型号器械完成余下操作，上止血带，冲净骨床，用进口抗生素骨水泥固定假体，伸直位加压，待骨水泥固化，余下操作同导航手术。

1.2.5 术后处理:术后预防性使用抗生素3 ～5 d，常规口服利伐沙班预防血栓治疗。抬高患肢，手术当天麻醉清醒后，即指导主动足碟关节屈伸活动及股四头肌静力性等长收缩、主动直腿抬高训练，同时行足底粟治疗，预防下肢深静脉血栓(DVT)，以上训练均由康复科医师指导进行。术后48 h 拔除引流管，末端留送细菌培养;复查患肢正侧位X 线片及双下肢深静脉血管超声。术后第3 天在习步架辅助下进行负重行走康复训练。术后根据情况，肌内注射特耐或口服西乐德镇痛。必要时，给予肌内注射或静脉推注阿片类镇痛药物。常规术后14 d 拆线、出院。出院标准:患膝关节主动屈曲达90°以上，伸直小于10°，扶拐或独立行走30 min 以上，手术伤口干燥、体温恢复正常。

1.3 疗效评价标准:术后随访12 个月，采用美国(American knee society score，KSS)评分系统［11］进行膝关节评分:该标准包括膝关节评分和膝关节功能评分各100 分;疼痛30 分，功能22分，活动范围18 分，肌力10 分，稳定性10 分，屈曲畸形10 分。采用Feller 等［12］评分标准进行髌骨评分，包括膝前痛分数15分、爬楼梯和从坐位站立10 分、股四头肌肌力5 分。

1.4 统计学处理:采用SPSS17.0 软件包进行数据处理计算分析，计量资料以均数±标准差表示，采用t 检验，计数资料采用χ2检验等进行统计分析，以P ＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者失血量与膝关节KSS 评分的比较:导航组的失血量明显少于传统组(P ＜0.05)，两组术后膝关节KSS 评分均较术前改善(均P ＜0.05)，两组手术前后KSS 评分差异均无统计学意义(均P ＞0.05)，见表1。

表1 两组患者失血量与膝关节KSS 评分的比较

2.2 两组患者膝关节功能评分的比较:两组膝关节功能评分均较术前提高(均P ＜0.05)，术后1 年两组膝关节功能评分差异无统计学意义(均P ＞0.05)，见表2。

表2 两组患者膝关节功能评分的比较分)

表2 两组患者膝关节功能评分的比较分)

注:术后与同组术前比较，①P ＜0.05

组别 例数 术前 术后导航组 53 43.67±9.36 85.36±8.78①传统组 53 42.73±8.82 86.89±9.63①

2.3 两组患者Feller 髌骨评分的比较:两组术后1 年Feller 髌骨评分均较术前改善(均P ＜0.05)，术后两组Feller 髌骨评分差异无统计学意义(P ＞0.05)，见表3。

2.4 两组术后并发症的比较:本组随访所有患者中未发现术后髌骨骨折、髌骨弹响、假体松动、假体周围骨折等。导航组下肢深静脉血栓11 例，占20.75%(11/53)、手术切口皮下脂肪液化1 例，占1.89%(1/53);传统组感染1 例，占1.89%(1/53)、下肢深静脉血栓19 例，占35.85%(19/53)、假体周围骨折1例，占1.89%(1/53)、由于闭合性外伤致髌骨脱位1 例，占1.89%(1/53)。两组术后并发症相比较，差异有统计学意义(P＜0.05)。

表3 两组患者Feller 髌骨评分的比较，分)

表3 两组患者Feller 髌骨评分的比较，分)

注:术后与同组术前比较，①P ＜0.05

组别 例数 术前 术后导航组 53 17.57±4.54 24.81±5.38①②传统组 53 17.55±4.68 23.79±4.76①

3 讨论

随着社会老龄化的进展，OA 己经成为人类常见的骨关节疾病，特别是膝关节OA 病变己经越来越受到人们的重视。TKA 能够恢复膝关节生理力线、解除膝关节疼痛、恢复膝关节正常的功能，是治疗终末期膝关节OA 的有效方法［13－14］。传统的骨科手术时，术前X 线、CT、MRI 等影像资料是以固定胶片的形式在远离术者的观片灯表面显示，手术工具与组织解剖结构的关系需要医生通过想象实现。上世纪90 年代初，人们即意识到，可以利用自动化控制系统在外科操作中使用数字化医学影像资料。数字化的信息具有高度的准确性和良好的安全性［15］。1992 年，Dr.Kevin Foley(University of Tennessee)幵始了导航系统在脊柱外科和骨科的应用。医生通过导航显示屏，从三维各个角度观察病灶和周围组织，判断当前的手术路径，在最短的时间内准确切除病灶，大大减少患者的失血量与手术创伤。近年来，已逐步形成计算机辅助矫形外科(computerassisted orthopedics surgery，CAOS)，使骨科手术朝着微创、迅速、安全、准确的方向迈进。此技术亦称计算机手术导航，有对手术精确化、标准化控制的优势。计算机辅助人工膝关节置换手术系统旨在以其特有的精确度，解决手术医生困惑已久的难题，达到理想的手术效果［16－19］。

个体化导航模板，如同傻瓜相机，只要术者术中进行紧密贴合骨豁解剖，就能准确定位相关轴线和截骨厚度，克服了年轻医生在定位下肢机械轴和外旋轴时茫然不适，缩短了年轻医生的进行膝关节置换的学习时间，这也大大缩短了手术的操作时间，这在一定程度上也减少了因手术时间长造成术中失血量增加风险。而计算机导航辅助人工全膝关节置换系统的出现，突破了传统术式，可以明显改善术后下肢力线，更加精确的截骨，精准的假体位置植入，减少关节并发症，这是以往传统手术所无法比拟的［20］。导航手术还能明显降低术后并发症的发生，血栓形成率明显降低，中远期效果更好。

总之，计算机辅助导航与传统TKA 手术相比较，假体植入更准确，下肢力线更佳，能明显减轻患者术后疼痛和改善功能，早期疗效满意。计算机辅助导航能够为TKA 股骨头假体精确定位、定向提供一种新的方法和有效的辅助手段。

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