下肢力线在全膝关节置换中的应用进展

膝关节骨性关节炎（KOA）主要病因为软骨遭到破坏、退化和骨质增生，属于慢性关节疾病，又称为退行性膝关节炎，发病人群多为老年人[1]。随着社会人口的老龄化，该病的发病率越来越高。现阶段临床针对KOA的治疗主要在于提高患者生活质量，减轻膝关节疼痛，延缓病情。全膝关节置换术对晚期及病情严重患者有非常好的治疗效果，可以缓解关节痛感，同时还能修复膝关节外翻及屈曲畸形，重建膝关节功能，改善患者的生活状态。尽管全膝关节置换术取得了实质性的进展，但Bourne等[2]对1 703例初次全膝关节置换（TKA）的患者进行回顾性研究发现，19%的患者对手术效果不满意，主要表现在术后静息痛、关节活动度及术后并发症等方面，导致这种结果的因素尚不明确，而最受广大关节外科医生关注的是患者下肢力线，尤其是冠状位对线。

1 概念及测量方法

1.1 下肢力线的概念下肢力线是相对于耻骨联合垂直中线而言的，正常下肢力线是从股骨头中心至踝关节中心，此线经过膝关节中心或者稍偏向内侧[3]。对于股骨和胫骨等长骨，机械轴为连接近端与远端关节中心的直线。股骨头中心及股骨髁顶点是股骨的中心，胫骨机械轴是胫骨髁间嵴中点与踝关节中心的连线。内踝及外踝的中心位置就是踝关节的中心。解剖轴是骨干的中线。

股骨机械轴相对于人体中线大约外翻3°，股骨解剖轴相对于重心线有9°外翻，因此股骨机械轴与解剖轴之间存在夹角，在进行全膝关节置换术时也是以此夹角作为常规股骨截骨术的角度，该夹角为6°。而对于胫骨来说，解剖轴相较中线具有3°的内翻[4]。

因此，股骨和胫骨机械轴的夹角即为下肢力线，其中股骨机械轴的外翻角度与胫骨机械轴的内翻角度分别为3°，这就导致MFT角为0°，也就是所谓的中立位对线[5]。

1.2 下肢力线的测量进行全膝关节置换术前需要对下肢全长进行详细的检查，以此作为临床决策依据，而临床中不同的放射科技术人员透视下肢全长的方法缺乏一致标准。放射科技术人员通常要求患者双足并拢，处于“立正”的姿势，如果患者存在胫骨外旋或者内旋，这样的姿势会使得髌骨位置偏向内侧或偏向外侧，纠正方法是将髌骨指向前方，而不必考虑足部的位置[6]。采取这一措施可以规避数据的重复性，同时提高数据的可靠性，为临床手术治疗提供科学有效的数据参照。在测量下肢力线时，需要明确膝关节、踝关节及髋关节的中心点。髋关节的中心点位于股骨头圆形的中心点，最好采用Mose圆来确定股骨头的中心点，在实际操作过程中，可以使用量角器的中心来确定该点，具体方法为测量股骨头的纵径，并将其等分为两部分，以该距离从股骨头内侧缘测量，中心点位于股骨头内侧缘相距该纵径1/2处。可以通过多种方式确认膝关节的中心点，例如膝关节周围软组织中点、胫骨平台中点、股骨踝间窝定点，后两种方法确认效率最高。踝关节的中点测量距离为距骨宽度的中点，在胫骨下端水平胫骨和腓骨宽度的中点，或者软组织轮廓的中点，3种测量结果相同，在实际测量中使用距骨宽度的中点和胫骨下端宽度的中心点最方便[7]。

2 中立位对线

临床进行全膝关节置换术的目的之一是修复胫股关节之间的对线关系。将对线关系纠正到正常状态，可以改善膝关节内、外翻畸形情况。患者对人工全膝关节置换术的满意程度及术后治疗效果，通过膝关节力线的修复程度就可体现出来。常规状态下，患者可以通过人工膝关节力线来实现重力矢量传导，协调假体与骨水泥之间的平衡，同时修复膝关节功能。股骨头中心、膝关节中心、踝关节中心均位于穿过膝关节的下肢力线，被称为中立位对线。

20世纪90年代，关于下肢力线矫正存在两种分歧，Townley等[8]提出膝关节假体中央稍微内侧的位置应为人工全膝关节置换术后对下肢力线的调整位置，因为正常人体的膝关节负重时，内侧间室所承受的负荷大于外侧间室。但以Insall等[9]为代表的学者则认为膝关节置换手术后的内翻是不可接受的，为避免内翻畸形甚至可以允许轻度的外翻。针对这一争议，Jeffery等[3]通过对115例患者12年的随访研究表明，在67.8%（78例）的患者中，其下肢力线通过假体的中间1/3，假体松动的发生率为3.0%，而当下肢力线位于内侧或者外侧，42%的假体松动率会受到误差的影响，误差角度大于3°时，其松动率达24%，影响较大。Fang等[10]通过对1983～2006年3 992例患者（6 070膝）进行随访，以术后髌股角为分组标准，将患者分为外翻组、内翻组和中性组。对6 070例膝关节置换手术进行分析，手术失败51例，占0.8%，其中中性组21例，占0.3%；内翻组18例，占0.3%；外翻组12例，占0.2%，中性组修复的概率最低。Bargren等[11]在实验室通过偏心加载实验模拟内翻和外翻畸形，在极低的负载下，即可发生假体松动。因此，长期的临床研究和实验室分析都证明了在全膝关节置换术中正确的中立位对线的重要性。

为了获得更加理想的中立位对线，计算机导航技术也随之出现，1997年计算机导航技术开始应用于TKA，研究说明在假体安装及下肢力线修复中，使用该技术可提高治疗效果。但计算机导航下手术用时较传统手术明显延长，从而增加了感染几率和失血量，计算机导航技术需在股骨或胫骨安装4枚追踪器固定针，这一措施会增加骨折发生率，对骨质疏松患者影响较大[12]。

患者对手术效果不满意主要表现在术后静息痛、关节活动度及术后并发症等方面。在过去的10年里，有研究质疑，努力使患者的下肢力线达到中立位对线是否会造成韧带失衡的问题，这或许可以解释患者较高的不满意率[13]。Parratte等[14]回顾性分析1985～1990年280例患者（398膝）全膝关节置换术后15年Kaplan-Meier生存曲线的临床和影像学资料，将398例患膝分为中立位对线组和异常对线组，中立位对线组292例中有45例（15.4%）因不同原因进行了翻修，而异常对线组106例中有14例（13.2%）因不同原因进行了翻修。而Bonner等[15]在2011年对396例患者（501膝）进行了15年的随访表明，基于统计学层面分析，假体生存率受到中立位对线的影响逐渐减少，不存在统计学意义。以上研究表明中立位对线并不能提高假体15年的存活率，对预测假体的生存率也无实际价值。Bellemans等[16]在2012年的一项研究中提出了固有性内翻的概念，以250名青年为研究对象，年龄20～27岁，无症状，研究得出膝关节固有性内翻发生率较大，其中男性与女性占比分别为32%和17%，即其自身力线内翻超过了3°。因此，他们认为如将这些患者的力线恢复至中立位，则其结果可能难以令人满意。中立位对线术后未能完全重建膝关节运动学特征，并且改变软组织张力可能是导致膝关节置换术后患者不满意的重要因素。

3 运动学对线

机械轴和解剖轴可以在一个简单的X线片上进行描述，而运动轴是描述膝关节运动的3个轴。这3个运动轴是膝关节运动的功能轴，关系到膝关节的弯曲和旋转。因此，运动学对线是一种动态的三维对线方式，不能够在普通X光下显示。这3条轴线分别为胫骨围绕股骨做屈伸运动的横轴、髌骨围绕股骨做屈伸运动的横轴、胫骨自身内外旋所围绕的中心竖轴[17]。自从描述了股骨的不同横轴和股骨髁后段的圆柱理论后，运动学对线的概念就引起了人们的关注。运动学对线的概念并不完全是新的，是从Mont等[18]的解剖对准的概念中得到启发的。运动学对线提出应根据3条膝关节的运动轴线进行假体对位，同时强调对膝关节原有解剖特征及生理轴线的还原，原则上不对侧副韧带做多余松解，因而极大程度地恢复了膝关节正常的生物力学和运动模式，基于理论层面可以得出术后效果会得到提高。相反，中立线对位机械地将下肢和假体纠正为中立位，并未考虑恢复患者膝关节正常解剖形态，为了达到中立位对线的目的往往需要对膝关节周围软组织做不必要的松解，从而使维持膝关节运动的韧带肌肉等结构遭到破坏，进而导致出现诸多运动学负面效果，例如膝关节假体运动轴线不符合常态、新关节线水平增高、倾斜度发生改变等。而将股骨假体放置在与正常情况不同的关节线倾角和水平上，意味着会改变髌股和胫股的运动学轨迹，从而导致髌股关节的疼痛、不稳定，甚至运动功能丧失[19，20]。一些研究甚至质疑传统的中立位对线是否为正确的技术。为了创造一个平衡和功能良好的膝关节，运动学对线的发展旨在在整个运动轨迹中实现一个平衡良好的人工关节。

运动学可以修复患者的下肢力线，恢复膝关节软组织及韧带的正常使用，重建膝关节功能。从设计理念来说，患者术后应该能获得更好的膝关节功能。Dossett等[21]以88例TKA患者作为研究对象，采取前瞻性随机队列方法，基于对线的差异性将患者分类，对其进行了随访研究。2年随访结论发现运动学对线组在所有采纳的膝关节功能评分系统（Oxford膝关节评分、WOMAC评分、KSS评分）均获得比中立位对线更好的结果。而Howell等[17]的一项涉及200例患者的短期（1年）前瞻性随机队列研究也得出相似结论，运动学对线组在膝关节活动度方面的得分对比中立位对线组有着显著性差异。不过值得注意的是，这一组中也发现了更多结果不佳的异常值。这应该与术中无法完成术前计划所需要的截骨有关。Howell等[17]将198例（214膝）施行运动学对线手术的患者按照力线位置（位置良好组 0°，内翻组 ＞3°，外翻组 ＜3°）进行分类，随访31～43月后发现，各组之间的功能评分并无显著差异，也未观察到严重失败的病例。可以得出运动学对线并未以中立位对线作为核心目标，但是这并不影响对线恢复情况，早期失败现象也未出现。

通过上述内容可以分析得出，目前术后运动学生存率还未得出确切的定论，需要进行长期后续随访。但就已有的数据可以得出运动学对线术后可以获得比中立位对线更优良的短中期膝关节功能，短期假体存活率与中性位置较为类似，但是这一结论需要后续的随访数据才能进行确定，以此了解运动学的临床治疗效果及可靠性。此外，运动学对线术前规划及手术流程较为复杂，个性化的截骨设计在某种程度上限制了其在临床的迅速推广。同时，运动学对线拥有比中立位对线更多结果不佳的异常值，应该注意到术中调整偏离最初计划与不良结果之间的相关性。

4 小结

尽管中立位对线仍然被认为是获得假体长期生存率的黄金标准，但到目前为止，在相当大比例的患者中，中立位对线还不能实现良好的膝关节功能及无痛。良好的临床结果取决于良好的手术技术和患者选择，但似乎很难相信不同对线方法之间2°～3°的排列差异可以解释患者预后不佳和假体生存率降低的说法。从三维角度考虑的运动学对线虽然带来新的方法，但这种对线方法仍在评估中，需要更进一步的长期大量随访研究来确定运动学对线是否将有助于实现TKA术后的更佳效果。在运动学对线中远期疗效确认之前，中立位对线以及经典截骨方法仍旧是金标准，修复下肢中立位对线仍然是手术的主要目标之一，应以±3°的安全区概念作为标准和原则。而作为一名关节外科医生，除了力线之外，韧带平衡和测量切除术等必须综合考虑，以帮助患者达到最佳的治疗效果，而不是盲目相信单一的对线方法。