个体化股骨后髁旋转截骨在人工全膝关节置换中的应用

陈志伟 谭晶 崔俊成 戴祝 方玉基 陈烨

随着精准化医疗时代到来，人工全膝关节置换( total knee arthroplasty，TKA ) 手术愈发精细化、个体化，除冠状面和矢状面外，股骨假体旋转力线也极为重要，其对位不良将引发膝前疼痛、屈曲不稳、僵硬和步态异常等多种并发症[1-2]。国内外所采用的全膝关节置换工具股骨旋转截骨时，几乎都采用参照股骨后髁线 ( posterior femoral condyle axis，PCL ) 外旋 3° 设计，而对于不同人种，不同个体，不同年龄的人群而言，假体后髁角 ( posterior condylar angle，PCA ) 存在较大差异，统一外旋 3° 或术者依据经验截骨容易造成股骨旋转力线不良。目前尚无统一、完善的确立股骨假体旋转力线的方法，外科上髁轴 ( surgical transepicondylar axis，sTEA ) 仍是临床最常用的股骨旋转参考轴[1]，但其在术中定位较为困难，使其应用受到局限，然而，术前 CT 扫描可准确定位 sTEA[3]，通过术中在后髁置入相应厚度截骨垫块，使得旋转截骨面平行于 sTEA，是否会获得更准确的股骨假体旋转力线？为明确个体化股骨后髁旋转截骨的可行性及有效性，本研究分析了应用两种不同股骨后髁旋转截骨方法患者的临床疗效，现报告如下。

资料与方法

一、纳入标准与排除标准

1. 纳入标准：( 1 ) 自 2014 年 1～6 月在本院行TKA 者；( 2 ) 符合美国风湿病协会推荐的膝关节骨关节炎诊断标准者[4]；( 3 ) 对治疗及手术方案知情同意者。

2. 排除标准：( 1 ) 股骨远端发育异常或关节外畸形者；( 2 ) 近期 3 个月内膝关节感染史者；( 3 ) 膝关节外伤手术史者；( 4 ) ＞15° 膝内外翻畸形者。

二、病例资料

将本研究 49 例按随机数表法随机分成 A、B 两组：A 组患者采用个体化股骨后髁旋转截骨，B 组均参照 PCL 3° 外旋截骨。其中 A 组男 2 例，女 23 例，年龄 51～73 岁，平均 ( 61.4±7.8 ) 岁；B 组男 3 例，女 21 例，年龄 55～71 岁，平均 ( 59.8±8.5 ) 岁。两组均使用强生 Sigma ( PFC FB ) 后稳定型人工膝关节假体。两组患者术前一般资料比较，差异均无统计学意义 (P＞0.05 )，见表1。

三、主要仪器设备及数据收集处理方法

1. 术前：采用飞利浦公司 ( Brilliance ) CT 扫描，将数据以 DICOM 形式保存，导入 CarestreamPACS 软件对股骨远端进行重建并测量。在 CT 横断位图像上分别定位股骨后髁最低点的切线 ( 股骨后髁线，PCL )、股骨外上髁最凸点和内上髁凹最低点的连线 ( 外科上髁轴，sTEA )、股骨外上髁最凸点和内上髁最凸点的连线 ( 解剖上髁轴，aTEA )，并测量PCL 与 sTEA 的夹角获得 PCA 角。当股骨内髁凹点难以辨认时，使用 aTEA 内旋 3° 代替 sTEA，得到转化 PCA 值[5]。

表1 两组患者一般资料比较Tab.1 Comparison of clinical characteristics of the two groups

2. 术后：为减少假体伪影采用西门子公司( SOMATOM Definition Flash ) 双源 CT 扫描，获得两组术后股骨假体 PCA 或转化 PCA 值。以 sTEA 为参照 ( 0° )，内旋记为负值，外旋记为正值，其绝对值大小即为假体旋转不良角。为减小误差，由本科室2 位医师独自测量 PCA 或转化 PCA 值，再取其平均值获得最后数据。随访收集两组患者膝关节 KSS 功能评分、膝前疼痛发生率数据进行比较。

四、手术方法

患者采用全身麻醉或蛛网膜下腔阻滞联合持续硬膜外麻醉，髌旁内侧入路。股骨后髁旋转截骨：个体化股骨后髁旋转截骨组 ( A 组 )：根据术前测量的 PCA 值决定垫块放置位置，若术前 PCA 角＞3°，如图 1 患者 PCA 为 5.82°，调整 PCL 与 sTEA 夹角至内旋 3° 位置后，测量外后髁最低点至 PCL 间的垂直距离 ( 图 1a，右下角红线长度，本例为 2 mm )，在外后髁增加 2 mm 垫块 ( 图 1b，右下角箭头所示位置 )，最后按照常规方法行股骨后髁外旋 3° 旋转截骨，使得截骨面和 sTEA 平行 ( 图 1c )。反之，若术前测量 PCA 值＜3°，需在内后髁增加相应厚度截骨垫块，再行常规外旋 3° 截骨。外旋 3° 截骨组 ( B 组 )均使用固定 PCL 外旋 3° 旋转截骨，如图 2 所示，患者术前 PCA 为 5.08°，术后股骨假体出现旋转力线不良，股骨假体 PCA 角为内旋 2.32°。因软骨在 CT 上不显影，若单侧后髁磨损较重，常规去除未磨损侧的后髁软骨，以消除软骨厚度对截骨造成的误差[6]。若术中“No Thumb”试验阳性，髌骨有向外脱位倾向或脱位，行髌骨外侧支持带松解或联合内侧支持带紧缩改善髌骨轨迹。两组患者其余手术步骤均同常规手术，所有手术均由同一位高年资主任医师主刀完成。

图1 个体化截骨组患者，女 ( 左膝 )，58 岁 a：术前 CT 图像，将 PCL 调整至与 sTEA 内旋 3° 位置后，测量外后髁最低点与 PCL 间的垂直距离 ( 本例为 2 mm，右下角红线长度 )；b：术中在外后髁与抱髁器间垫入 2 mm 厚截骨垫块 ( 右下角箭头所示位置 )，再行 PCL 外旋 3° 截骨；c：术后复查股骨假体 PCA 为 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

图2 常规 PCL 外旋 3° 截骨组患者，女 ( 左膝 )，62 岁 a：术前 CT 图像，术前测量 PCL 与 sTEA 夹角 ( PCA = 5.08° )；b：术后复查股骨假体PCA 为 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、统计学处理

采用 SPSS 22.0 软件进行统计学分析，计数资料比较采用χ2检验，频数＜5 时行 Fisher 精确检验，计量资料比较采用t检验，以P＜0.05 为差异有统计学意义。

结 果

手术时间 65～96 min，平均 78 min。本组 49 例均获 15～38 个月随访，平均 26 个月。术后未出现切口感染、假体周围骨折、血管栓塞等并发症。术前股骨 PCA 或转化 PCA 值：A 组 ( 4.60±1.06 ) °，B 组 ( 4.48±1.33 ) °，差异无统计学意义 (P＞0.05 )。术后股骨假体 PCA 或转化 PCA 值绝对值：A 组 ( 0.79±0.42 ) °，B 组 ( 2.07±0.85 ) °，差异有统计学意义 (P＜0.05 )。术后膝前疼痛发生率：A 组8.0%、B 组 20.8%，差异有统计学意义 (P＜0.05 )。术后膝关节 KSS 功能评分：A 组 ( 88.64±7.54 ) 分，B 组 ( 86.70±8.24 ) 分，差异无统计学意义(P＞0.05 ) ( 表2 )。

表2 两组患者股骨旋转及术后结果比较Tab.2 Comparison of the femoral rotational alignments and postoperative outcomes in both groups

讨 论

一、股骨旋转力线不良相关并发症

Berger 等[7]早在 1998 年就发现股骨假体内旋会引发术后髌骨轨迹外移、髌骨倾斜、髌骨半脱位，甚至出现术后早期髌骨脱位或迟发的关节假体失败。近年学者研究了 TKA 术后不明原因膝前疼痛的患者，发现疼痛组股骨假体大多为内旋安放，而无疼痛组大多为假体外旋[8-9]。Kim 等[10]研究发现股骨假体相对 sTEA，＜2° 内旋或＞5° 外旋都会增加TKA 术后失败发生率。Kang 等[11]建立了 TKA 术后有限元模型，分析术后膝关节在行走及下蹲状态的应力分布情况。表明随着股骨假体力线不良角度的增大，将增加相应区域 ( 假体、聚乙烯衬垫、内外侧韧带、髌腱 ) 的应力，加速假体磨损。因此术者应尽可能确保股骨假体旋转力线的准确，减少 TKA术后假体旋转力线不良相关并发症。本研究个体化股骨后髁旋转截骨组术中检查均未出现髌骨轨迹不良，术后随访膝前疼痛发生率低，而传统外旋 3° 截骨组有 5 例术中“No Thumb”试验阳性，髌骨存在向外脱位倾向，需行髌骨外侧支持带松解、内侧支持带紧缩改善髌骨轨迹。

二、股骨远端旋转力线参考轴的选择

股骨远端理想的旋转轴线已争论多年，但仍没有统一、理想的方法可准确定位旋转轴，目前临床应用的包括 Whiteside 线、sTEA，解剖上髁轴，PCL以及间隙平衡技术和计算机导航技术，其各自均有优缺点[12]。Victor[1]回顾分析了既往的股骨假体旋转参考轴线，发现 sTEA 尽管存在高变异率，但其仍是临床上最常用的参考轴线。Griffin 等[13]研究了股骨内上髁的详细解剖，股骨内上髁上由骨嵴环绕中央沟，而内侧副韧带股骨端浅层环绕中央沟与骨嵴相连，考虑到骨嵴宽度，相对 aTEA，通过中央沟的中心即 sTEA 作为股骨旋转参考轴可能更为准确。但股骨内上髁凹点有时因骨质增生后难以辨认，鉴于此有学者研究了 sTEA 与 aTEA 的关系，发现二者夹角平均值约为 3°，且变异率较小，因此当凹点难以分辨时，建议将 aTEA 内旋 3° 得到转化 sTEA[4]。本研究中有 85% 的患者均能在 CT 图像上确认股骨髁内侧凹，故采用 sTEA 或转化 sTEA ( 股骨内上髁凹点难以辨认时 ) 作为 TKA 股骨旋转力线参考轴。

三、个体化股骨后髁旋转截骨的优势

目前，国内外所采用的全膝关节置换工具，除极少数可供术者自主调节股骨旋转截骨角度，几乎都参照 PCL 外旋 3° 旋转截骨设计，而对于不同人种，不同个体，不同年龄的人群而言，股骨后髁角存在较大差异，并且变异率大，因此术者依据经验或统一外旋 3° 截骨容易造成股骨旋转力线不良。宋兵华等[14]测量了 86 例 ( 106 膝 ) 正常成人膝关节，其后髁角为 ( 4.80±1.23 ) °，因此其建议国人股骨后髁的外旋截骨角度应为 5°，方能获得更满意的股骨假体旋转对线。术者通过 CT 数据测量了 100 例本地区正常成人的股骨后髁角，其平均值为 4.5°，分布范围为 -1.4°～9.0°，且其变异率较大，对于后髁角为 9.0° 患者术后假体旋转偏差可达 6°，显然参照 PCL 外旋 3° 旋转截骨，术后股骨旋转力线将产生较大偏差。相关研究表明屈曲间隙平衡技术、计算机导航技术及 3D 打印的个体化截骨导板技术，均能在一定程度上改善股骨旋转力线，但因操作过程复杂、学习曲线长、费用高昂等原因，其应用受到局限[15-17]。国内外学者采用 CT 扫描确定股骨上髁轴，个体化处理股骨假体髁外旋角度，能优化股骨旋转力线，同时发现术前存在髌骨轨迹不良的患者，术后可获得良好的髌骨轨迹[18-19]。本研究根据股骨髁形态特征进行股骨后髁个体化旋转截骨，如外翻畸形患者股骨外侧髁常偏小，导致 PCA 变大，而严重内翻畸形的患者内侧后髁常磨损较重，PCA 可＜3°，术前将 PCL 与 sTEA 调整至外旋 3° 位置后，测量后髁最低点到 PCL 的垂直距离，术中在后髁添加对应厚度的截骨垫块，使得截骨面平行于 sTEA，确保了旋转截骨的准确性，术后复查股骨假体旋转力线明显优于常规外旋 3° 截骨组患者。其中直接外旋3° 截骨组内外旋在 1° 范围内的患者仅 29%，而个体化截骨组 72% 的患者内外旋均在 1° 范围内，只有2 例外旋＞2°，其中 64% 的患者均将股骨假体安放在相对外旋位，仅 1 例出现假体内旋＞1°。因此，个体化股骨后髁旋转截骨可有效避免股骨假安放体过度内旋，明显提高股骨假体旋转力线准确度。

综上所述，个体化股骨后髁旋转截骨根据术前规划，术中在后髁增加相应厚度截骨垫块，即可获得良好的股骨假体旋转力线，优化髌骨轨迹，并减少术后膝前疼痛发生。此方法操作简便易被临床医生掌握，具有无创并且不增加患者经济负担等优势。可能因随访时间不足，术后两组患者膝关节KSS 功能评分比较差异无统计学意义，远期疗效需进一步随访观察。

[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]宋兵华, 孙俊英, 倪增良, 等. 国人股骨远端旋转轴线的影像学研究及其临床意义[J]. 中国骨伤杂志, 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]张闻, 邵俊杰, 张先龙. 计算机导航对人工全膝关节置换术下肢旋转对线的影响[J]. 中华骨科杂志, 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]潘永谦, 李健, 张平, 等. CT 扫描在全膝关节置换术中髌股关节轨迹不良股骨旋转力线的研究[J]. 中国矫形外科杂志,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.