计算机导航辅助膝关节置换对股骨假体旋转力线是否存在优势

向 浩,邹 刚,李文广,刘 毅,彭笳宸

·临床论著·

计算机导航辅助膝关节置换对股骨假体旋转力线是否存在优势

向 浩,邹 刚,李文广,刘 毅,彭笳宸

目的对比计算机导航辅助全膝关节置换(TKA)与传统TKA的近期疗效,探讨计算机导航辅助TKA对股骨假体旋转力线是否存在优势。方法将60例初次单侧TKA的患者随机分为导航组(30例)和传统组(30例),比较患者手术前后的股骨后髁轴(PCL)、前后轴(APL)、KSS评分、WOMAC评分、Oxford评分,对比两组的术后疗效及探讨假体旋转对线。结果患者均获得24个月随访。术后1、2、3、6、12、24个月两组KSS评分、WOMAC评分、Oxford评分比较差异均无统计学意义(P>0.05)。术后3个月导航组PCL、APL与术前偏离的角度测量值分别为0.60°(0.40°,2.00°)、1.64°(0.30°,2.65°),传统组分别为1.22°(0.38°,2.89°)、2.03°(0.81°,2.53°);两组的PCL较术前偏离的角度比较差异有统计学意义(P=0.013),两组的APL较术前偏离的角度比较差异无统计学意义(P=0.198)。股骨匹配假体旋转位置在1°内的比例：导航组分别为PCL 70%(21例)、APL 30%(9例),传统组分别为PCL 50%(15例)、APL 17%(5例)。结论计算机导航辅助TKA虽能获得更好的股骨假体旋转力线,但主要在后髁轴的对线上,且在术后1～24个月术后各时段3项评分上均无明显优势。

关节成形术;置换;膝;计算机辅助;股骨旋转

全膝关节置换术(TKA)治疗晚期膝关节骨性关节炎疾病能有效缓解患者疼痛、矫正关节畸形、恢复关节功能,临床效果满意。TKA成功的关键是恢复下肢正常力线准确的假体旋转位置以及良好的膝关节内外侧软组织平衡[1]。计算机导航技术行TKA使股骨假体的安装位置更加精确化[2-3],然而计算机导航技术行TKA能否得到更好的股骨假体旋转力线,目前尚有争议,而更精确的旋转力线是否能提高疗效的报道较少。2013年1月～2015年1月,我院对60例膝关节骨性关节炎患者行TKA,笔者比较计算机导航辅助TKA与传统TKA术后股骨假体旋转定位的资料,探讨计算机导航辅助TKA股骨假体旋转力线对术后早期疗效是否更有优势,报道如下。

1 材料与方法

1.1病例选择纳入标准:① 单纯膝关节骨性关节炎;② 膝关节内、外翻畸形≤10°以及屈曲挛缩畸形≤10°;③ 初次、单侧TKA,由同一术者主刀完成。排除标准:① 膝关节周围骨折病史;② 膝关节及周围组织存在活动或者潜在的感染;③ 肿瘤病史或既往膝关节手术史;④ 功能位置有关节强直病史;⑤ 下肢运动功能瘫痪;⑥ 双侧TKA,有严重的心脑血管病史;⑦ 有髌骨半脱位和脱位;⑧ 随访<24个月;⑨ 医疗记录、影像学分析或临床功能评估不完整。

1.2病例资料本组60例,男16例,女44例,年龄61～82(68.3±7.8)岁;身高152.6～176.4(162.47±5.63) cm,体重49～82(64.71± 7.85)kg,体重指数 (BMI) 18～29.5(23.26±2.43)kg/m2。将患者按照数字表法随机分为导航组与传统组,① 导航组:30例,在计算机导航辅助下行TKA,男6例,女24例。② 传统组:30例,用传统器械定位手术行TKA,男10例,女20例。两组患者的年龄、性别、体重指数等资料比较差异无统计学意义(P>0.05)。两组患者术前1 d应用高选择性COX-2受体阻滞剂进行超前镇痛,术前1 h预防性使用抗菌药物。

1.3手术方法全身麻醉或腰硬联合麻醉。手术均由同一医师主刀完成。切开皮肤前20 min静脉滴注氨甲环酸20 mg/kg。止血带在行股骨截骨步骤时开始使用,试模完毕后使用“鸡尾酒”镇痛合剂(吗啡5 mg+罗哌卡因50 mg+倍他米松5 mg+肾上腺素0.1 ml+生理盐水共兑成40 ml,要注意避免配置合剂过程中的污染)在术区关节囊、肌肉间隙及皮下细针多点注射,通过脉冲冲洗枪反复冲洗术区。关闭切口后即刻通过外侧膝眼向关节腔内注射氨甲环酸1.2 g。不留置引流。

1.3.1传统组 取膝前正中切口,内侧髌旁支持带入路。外翻髌骨屈曲膝关节,股骨侧采用髓内定位方法,于股骨髁间内侧副韧带止点前方1 cm、外侧0.5 cm部位钻入髓内定位杆并设外翻5°～6°进行股骨远端的截骨。股骨后髁截骨参照术前CT测量的后髁角度数旋转截骨。对胫骨平台截骨采用髓外定位,截骨平面垂直于胫骨解剖轴水平截骨,清理骨赘,检查屈伸间隙,评价韧带平衡。满意后插入假体试模,检查膝关节活动范围、关节稳定性、内外侧软组织平衡和髌骨运动轨迹。置入假体,骨水泥固定,去除多余骨水泥,冲洗缝合。

1.3.2导航组 将蛇牌导航仪(OrthoPilot TKA 5.1)置于肢体非手术侧,与患者躯干呈约45°摆放。采用膝关节正中切口,髌旁内侧支持带入路。在股骨侧和胫骨侧分别安装示踪器,注册股骨内外髁、后髁、股骨远端前皮质、胫骨平台内外侧最低点,内外踝后缘各点的骨性标志;被动活动髋、膝、踝关节,计算机处理后确定髋、膝、踝关节运动中心,确定下肢机械轴线,并可精确测量膝关节的畸形度数。按计算机提示的步骤进行,安放截骨导板,外翻5°～6°进行股骨远端的截骨,根据后髁角度数行股骨旋转截骨(见图1)。依次进行胫骨平台和股骨远端、股骨髁截骨。测量膝关节伸直及屈曲间隙,去除骨赘,调整软组织平衡,安装假体试模,导航测量下肢力线和内、外侧副韧带平衡情况。安装假体(蛇牌公司,CS假体、UC垫片)。 骨水泥固定,在固定骨水泥时注意避免假体的微动,去除多余骨水泥,再次导航检验下肢力线、膝关节内外侧软组织平衡情况,冲洗缝合。

图1计算机显示股骨远端旋转度数、截骨厚度、内外侧间隙平衡情况、关节线高度及匹配的股骨假体型号

1.4术后处理术后12 h开始口服利伐沙班10 mg,qd,疗程2周。术后12～24 h开始在床上进行股四头肌主动收缩、踝泵试验、膝关节的主、被动屈曲和伸直练习,主动直腿抬高。术后6 h开始鼓励患者(不强行要求)下床在助行器辅助下逐渐站立及床旁试走；术后24 h可使用CPM机辅助膝关节被动活动,使用下肢静脉脉冲气压治疗仪预防下肢深静脉血栓形成。出院标准:膝关节伸直迟滞<5°,屈曲>90°。

1.5CT扫描方法采用64排CT扫描仪,CT的扫描平面垂直于胫骨的解剖轴，获取股骨远端的横截面图像,层厚1 mm。按照Berger et al(1998年)在水平横断面CT上测量假体旋转力线位置的方法:在股骨通髁线水平分别标记测量通髁线和假体后髁最高点的连线,这两条线之间的夹角定位股骨外旋角度。膝关节CT上股骨后髁角的测量：选择合适的股骨内外上髁层面,股骨外上髁突起和内上髁凹陷处的连线为外科上髁轴(STEA),后髁轴(PCL)为股骨后髁最低点切线,STEA和PCL的夹角即为后髁角(见图2)。术后以临床上髁轴(CTEA,股骨内外上髁最突出点的连线)为参考,测量PCL、前后轴(APL,Whiteside线;股骨远端前方髌骨沟最深点至后方髁间窝最深点连线)在术前、术后的度数偏差,见图3A、B。

1.6观察指标① 术区:切口情况，疼痛程度，膝关节活动范围，肌肉力量，步态。② 影像学检查:膝关节正、侧位X线片,下肢全长X线片,膝关节CT平扫+三维重建,下肢静脉彩超。③ 测量:手术前后股骨远端后髁角、APL,假体相对CTEA外旋计为正值,内旋为负值。应用Picpick 4.2.4软件系统测量角度数据,所有的影像学资料的测量由一人单独完成,且测量者不知道患者采用的是何种手术方法。④ 疗效评价:术前及术后1、2、3、6、12、24个月的KSS评分、WOMAC评分、Oxford评分,随访时用测角器测量膝关节的最大活动度,所有的临床结果的收集和分析由2名不清楚患者采用何种术式的外科医师完成。

2 结果

患者均获得24个月随访。

2.1两组KSS评分、WOMAC评分、Oxford评分见表1。采用重复测量数据的方差分析:① 整体来说两组患者不同时间点间的KSS评分、WOMAC评分、Oxford评分均值比较差异有统计学意义(依次为F=12.252,7.043,15.297,均P<0.05)。② 两组患者的上述3项评分的均值比较差异无统计学意义(依次为F=2.950,1.857,2.806,均P>0.05);进一步比较得到,每个时间点两组患者的3项评分的均值比较差异无统计学意义(均P>0.05)。③ 两组患者上述3项评分的均值变化趋势比较差异均有统计学意义(依次为F=11.297,18.702,17.381,均P<0.05)。进一步采用配对t检验得到,两组患者的KSS评分随着时间明显上升,WOMAC评分和Oxford评分随着时间明显下降(P<0.05)。

2.2两组影像学结果见表2。术后3个月CT 扫描以CTEA为参照,两组患者的PCL较术前偏离的角度比较差异有统计学意义(P=0.013),两组患者的APL较术前偏离的角度比较差异无统计学意义(P=0.198)。股骨匹配假体旋转位置在1°范围内的比例：导航组分别为PCL 70%(21例)、APL 30%(9例),传统组分别为PCL 50%(15例)、APL 17%(5例)。

图2 CT横断面测量后髁角 图3 以CTEA为参照,术前(A)、术后(B)两图重叠测量APL及PCL分别偏离的角度

时间KSS评分导航组传统组WOMAC评分导航组传统组Oxford评分导航组传统组 术前60．58±4．2161．41±3．8877．18±3．7778．87±3．0140．85±3．2841．52±3．11 术后 1个月76．51±3．50∗75．52±8．02∗39．14±4．89∗40．34±6．12∗29．51±3．98∗30．24±5．28∗ 2个月80．85±3．14∗77．90±8．74∗34．09±3．62∗37．81±5．71∗27．08±3．14∗28．57±4．81∗ 3个月82．15±2．81∗81．43±6．22∗28．15±3．59∗30．41±4．87∗19．34±3．22∗21．28±3．67∗ 6个月84．06±2．55∗84．52±6．48∗25．87±3．37∗26．38±4．56∗18．57±2．57∗19．61±3．47∗ 12个月86．29±2．41∗85．15±6．18∗23．45±3．18∗23．52±4．68∗17．83±2．71∗20．08±3．35∗ 24个月90．66±2．50∗88．80±6．16∗23．03±3．11∗22．20±4．33∗17．80±2．55∗18．28±3．41∗

与术前比较:*P<0.05

表2 术后3个月两组患者PCL、APL较术前偏离的角度比较[n=30,°,M(P25,P75)]

2.3两组并发症术后24个月随访,导航组及传统组各出现下肢肌间静脉血栓2例,传统组发生切口渗液1例。两组均未出现切口感染,无早期假体松动、膝前疼痛、膝关节不稳、血管神经损伤等并发症。两组并发症发生率比较差异无统计学意义(P=0.554)。

2.4典型病例见图4、5。

3 讨论

TKA治疗膝关节骨关节炎大大提高了患者的生活质量,但仍有一部分患者出现术后早期的假体松动、膝关节不稳、髌股轨迹不良等并发症,这使患者术后出现膝前疼痛、伸屈活动受限、无菌性炎症,甚至需再次行手术翻修[4-5]。研究表明,需要行翻修手术的主要原因之一是髌股关节并发症[6-7],髌股并发症主要是因为股骨假体没有良好的旋转对线[8],严重影响了人工关节的使用寿命。

3.1股骨远端旋转截骨的参考轴线传统TKA术中确定股骨假体旋转定位外旋截骨时,参考多条股骨远端的骨性解剖标志轴线,常使用的轴线分别是:APL、PCL及通髁轴。但是这些轴线在实际应用中都存在各自的不足:① APL:骨发育不良、畸形或滑车沟、髁间窝严重磨损时,股骨滑车最低点难以辨认,此时很难准确地找到该轴线。② 通髁轴:分为STEA与CTEA,由于行TKA的患者常伴有骨赘形成、软组织的覆盖,以及长期的关节磨损或畸形,从而改变了股骨髁正常的外旋角度,使准确定位髁上轴变得非常困难[9-10]。本研究也证实,患膝外旋角度大小不一,而且其中有1例外旋角度达到13°,该膝如果进行传统的TKA,大多情况下只能靠术者的经验来截骨,很可能在截骨及调整软组织平衡上大费工夫,无法做到精确的股骨远端旋转截骨,最终影响股骨假体安装位置、增加术后机械学失败的发生概率。③ PCL:由于骨关节炎患者骨关节面常有磨损,因此PCL会发生不同程度的改变。Griffin et al(1998年)研究证实,膝关节骨关节炎患者股骨远端外旋角度平均为3.7°±2.2°,而正常人的膝关节外旋角度平均为3.11°±1.75°;外旋角在性别间没有显著性差异,但随着年龄增大而有所增加。欧美的研究测量结果显示,欧美人群的正常膝关节股骨外旋度数平均约为3°,而目前使用的关节假体多根据欧美人的解剖测量结果设计,故很多医师采用与PCL呈外旋 3°截骨来防止假体内旋。但我国人群的膝关节股骨外旋角度与欧美人群不同,周殿阁 等(2006年)研究国人的结果则为 4.50°±1.26°。因此,制定个性化的、可重复、可靠的股骨旋转定位的方法很有必要。

3.2CT的个性化测量虽然有越来越多的外科医师认同股骨远端截骨不能统一外旋3°来进行,但如何精确并最大程度地兼顾截骨与内外侧间隙平衡？计算机导航系统为解决这一问题提供了可行的方案。本研究通过CT扫描图像测量轴线和角度,CT图像较MRI而言,虽然不包含软骨信息,但不影响测量的准确性,且术后CT可去金属伪影,更能减少金属信号对图像的干扰。本研究使用计算机导航技术辅助进行截骨和软组织平衡,旨在实现假体对线不良<1°、位置不正<1 mm。术后CT 扫描发现其股骨匹配假体旋转位置在1°内的比例：导航组分别为PCL 70%(21例)、APL 30%(9例),传统组分别为PCL 50%(15例)、APL 17%(5例)。手术前后测量导航组与传统组的PCL、APL,检验其偏差度数，导航组PCL的对线结果均优于传统组,差异有统计学意义。纪小孟 等[11]研究认为PCL在股骨假体旋转中较为恒定,本研究结果与之类似,我们认为计算机导航安装的假体在PCL上的对位对线更为精确。

图4患者,女,70岁,双膝疼痛7年,左膝疼痛加重1周，行计算机导航辅助左膝TKAA、B.术前正、侧位X线片及下肢全长正位X线片,显示双膝骨性关节炎(左侧重); C、D.术后左膝关节正、侧位及下肢全长正位X线片,显示TKA术后假体位置良好;E、F.术后3个月膝关节正、侧位及下肢全长正位X线片,显示假体无松动及移位

图5患者,男,78岁,因骨关节炎行左膝TKA已2+年,左膝活动良好,预后满意;右膝疼痛伴活动受限4年A、B.术前右膝关节正、侧位及下肢全长正位X线片,显示右膝骨性关节炎;C、D.计算机导航辅助右膝TKA术后正、侧位及下肢全长正位X线片,显示关节置换术后假体位置良好;E、F.术后3个月右膝关节正、侧位及下肢全长正位X线片,显示假体无松动及移位

3.3计算机导航的运用早期手术失败的原因,除了与医师的学识水平、对疾病的认识、适应证的把握、技术的熟练度、对患者的健康教育以及术后康复锻炼有关之外,还与术者有没有一个称手的、精准的、可重复的工具密切相关。此外,计算机导航系统在传统工具的基础上能主动、有效地控制下肢力线,在客观数据的参照下能更好地把握截骨与软组织平衡,从而获得良好的术后功能恢复。但我们认为,计算机导航系统只是一个辅助工具,并不能完全代替术者的判断,它给术者提供一种或几种截骨方案,将每一种方案带来的结果立体直观地展现在术者面前,而具体如何实施则由术者来决策。目前认为,计算机导航主要的缺点在于设备价格昂贵,增加了手术成本和费用,但导航技术的精确度降低了翻修率[12],可弥补这一缺点。通过总结我们认为,计算机导航技术仍存在一些可能造成误差的环节,如放置截骨模板时的稳定性、摆锯对截骨模板的撞击以及骨水泥固定假体时,都可能对精确性造成影响。

本研究导航组及传统组TKA手术都由同一术者主刀完成,采用同一种手术入路,围手术期处理措施相同,有效地对比了计算机导航技术在股骨旋转力线精确定位的作用。患者术后3个月时评分变化趋于稳定,故在术后第3个月测量PCL、APL的角度差异。本研究中患者术后24个月膝关节功能康复、疗效、并发症及评分方面两组无明显差异,我们体会,计算机导航辅助TKA虽然能提高假体旋转对线上的精确度,但主要是改善股骨假体在PCL上的对线,还需要进行更多的研究来完善更精确的假体旋转,以获得更好的远期疗效及假体使用寿命。

[1] Longstaff L M,Sloan K,Stamp N,et al.Good alignment after total knee arthroplasty leads to faster rehabilitation and better function[J].J Arthroplasty,2009,24(4):570-578.

[2] Mihalko W M,Willams J L.Total knee atthroplasty kinematics may be assessed using computer modeling:a feasibility study[J].Orthopedics,2012,35(10 Suppl):40-44.

[3] Hoffart H E,Langenstein E,Vasak N,et al.A prospective study comparing the functional of computer-assisted and conventional total knee replacement[J].J Bone Joint Surg Br,2012,94(2):194-199.

[4] Beswick A D,Wylde V,Gooberman-Hill R,et al.What proportion of patients report long-term pain after total hip or knee replacement for osteoarthritis?A systematic review of prospective studies in unselected patients[J]. BMJ Open,2012,2(1):e000435.

[5] Schulze A,Scharf H P.Satisfaction after total knee arthroplasty.Comparison of 1990-1999 with 2000-2012[J].Orthopade,2013,42(10):858-865.

[6] Klammer G,Muller D A,Koch P P,et al.Epicondylar advancement osteotomy for flexion gap asymmetry after total knee replacement[J].Acta Orthop Belg,2011,77(5):680-683.

[7] 张建雷.全膝关节置换术股骨远端相关解剖的研究进展[J].中国矫形外科杂志,2013,21(7):680-683.

[8] 焦顺成,曹立峰,杜 立,等.膝关节骨性关节炎股骨远端旋转解剖标志变化及其临床意义[J].解放军医药杂志,2016,28(1):69-72.

[9] Rienmüller A,Guggi T,Gruber G,et al.The effect of femoral component rotation on the five-year outcome of cemented mobile bearing total knee arthroplasty[J].Int Orthop,2012,36(10):2067-2072.

[10] Hauschild O,Muenzberg M,Knothe D,et al.Rotational limb alignment changes following total knee arthroplasty[J].Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc,2013,21(10):2346-2354.

[11] 纪小孟,王 健,胡 勇,等. 确定股骨远端旋转力线在膝关节置换中的意义[J].临床骨科杂志,2016,19(6):689-692.

[12] 周东生.实用骨科导航技术[M].北京:人民军医出版社,2012:252.

Whethertotalkneearthroplastywithcomputerassistednavigationhasadvantagesontherotationalcertificationofthefemoralcomponent

XIANGHao,ZOUGang,LIWen-guang,LIUYi,PENGJia-chen

(DeptofJointSurgery,theAffiliatedHospitalofZunyiMedicalCollege,Zunyi,Guizhou563000,China)

ObjectiveTo compare short-term curative effect of computer aided navigation total knee arthroplasty(TKA) and conventional TKA surgery, and investigate computer aided navigation line TKA for femoral prosthesis rotating force line whether there is any advantage.MethodsTotal 60 patients with unilateral TKA for the first time were divided into the navigation group and traditional group(30 cases each group),through the analysis of each patient after preoperative and postoperative posterior condylar line(PCL),anteroposterior line(APL),KSS score,WOMAC score,Oxford ratings score,two groups of curative effect and postoperative component rotation on the line were compared.ResultsAll patients got 24 months follow-up.In 1,2,3,6,12,24 months,two groups of KSS score,WOMAC score,Oxford score were not statistical significance (P>0.05);At postoperative 3 months, navigation group of PCL,APL and preoperative deviating from the angle of the measured values were 0.60°(0.40°,2.00°)and 1.64°(0.30°,2.65°),traditional group was 1.22°(0.38°,2.89°) and 2.03°(0.81°,2.53°);the difference in PCL between the two groups was statistically significant (P=0.013), there was no significant difference in APL between the two groups (P=0.198). Matching femoral component rotational position within 1° were respectively proportional navigation group PCL 70% (21 cases),APL 30% (9 cases), traditional group was respectively PCL 50% (15 cases), APL 17%(5 cases).ConclusionsComputer aided navigation TKA can obtain better femoral prosthesis rotating force line, but the main shaft in the condyle on line, and at 1～24 months after surgery,which has no obvious advantage on the scores.

arthroplasty;replacement;knee;computer-assisted;femoral rotational

10.3969/j.issn.1008-0287.2017.05.017

R 684.3;R 687.4

A

1008-0287(2017)05-0558-06

遵义医学院附属医院关节外科,贵州 遵义 563000

向 浩,男,医师,主要从事关节置换研究,E-mail:233435062@qq.com;

彭笳宸,男,主任医师,通讯作者,主要从事关节置换研究,E-mail:270244535@qq.com

(接收日期:2017-08-03)