人工膝关节置换术的研究进展

苏福锦 黄国福 李伟光

（北流市人民医院，广西 玉林 537400）

膝关节作为人体最大的典型负重关节，承担着人体大部分重量，且具有相当复杂的结构和功能，因而极易受到损害[1,2]。早在两百多年前的临床研究就发现肌肉和脂肪组织插入到膝关节内，能够对膝关节病变起到一定的治疗作用，从此开启了膝关节病变手术治疗的进程[3]。1960年骨水泥用于固定人工关节的方法被正式提出，并在随后的临床试验中获得认证，有效推动了生物型固定法的开发应用[4,5]。1973年Total-condylar型人工关节出现，为严重膝关节损伤患者提供了一种全新的手术治疗方案，并大大提高患者术后的生活质量[6]。

目前，由于我国老龄人口的不断增加、以及环境的改变等多种原因，膝关节退行性病变逐步发展成为一种常见病，尤其多见于五十岁以后的中老年患者[6]。膝关节退行性病变发展至晚期时，将变成不可逆性膝关节损伤，严重影响患者的生活质量[7]。而膝关节置换术能够较好的改善关节功能，缓解关节疼痛，是目前临床治疗严重膝关节疾病的常用治疗手段[8]。

1 膝关节单髁置换术

膝关节单髁置换术是指当患者仅有一侧间室出现严重疾病及创伤时，用人工单髁膝关节代替病变的关节软骨和半月板，保留功能正常的关节韧带。我国老年膝关节骨关节炎在早期往往表现为内侧间室病变，而外侧间室往往没有明显的病变，这种情况下只对内侧的间室关节病变进行单髁置换即可[9]。

膝关节单髁置换术与全膝关节置换术相比创伤更小、患者康复快，极大减轻患者的痛苦。此外，膝关节单髁置换术既可以较好地治疗病变部位，又可以保留本身正常的其他关节部位。同时，该手术方法能够较好的节省治疗时间、技术材料等，且可以延长患者自身关节的使用寿命[10]。另外，这种微创手术方式能够节省治疗的手术费用、材料费用以及住院费用等，大大节省患者的治疗费用，减轻患者的经济负担。然而，单髁置换术通常只适用于年龄低于六十五岁、病变局限且以内侧间室病变为主、以及急需尽快恢复膝关节运动功能的骨关节炎患者。但事实上对于年龄较大的患者，这种创伤小、恢复快并且并发症少的治疗方式同样具有十分理想的应用优势[11]。总体而言，相对于全膝关节置换术，膝关节单髁置换术具有相当大的优势。

2 全膝关节置换术

全膝关节置换术是指关节疾病或创伤严重，机体已无法自行修复损伤的关节面，从而将其切除并利用人工关节替代，以促进膝关节结构及功能的恢复并缓解关节疼痛[12]。目前，临床上尚未有十分明确的全膝关节置换术的手术指征，一般认为关节明显受损并伴随较重关节疼痛、60岁以下、体重不超过80 kg的患者均可进行人工关节置换[13]。绝大多数严重膝关节病变患者，接受全膝关节置换术治疗后，膝关节功能可获得明显改善，且生活质量得到明显的提高。然而，全膝关节置换术过程中极易发生多种并发症，如术后感染、伤口愈合不良、深静脉血栓、假体周围骨折等等，并以术后感染最为常见，可发生于任意时间，因而需要格外引起重视。同时，上述并发症是术后患者需要进行翻修手术的主要原因[14]。另外，该手术会给患者造成较大的创伤，从而康复时间较长，且治疗费用高昂。全膝关节置换术对临床操作人员的操作技术及实践经验有着极高的要求，这给全膝关节置换术的广泛开展带来较多的难度和挑战。

3 计算机辅助膝关节置换术系统

通常认为影响人工膝关节置换术远期疗效的因素主要有两种，一是对于截骨与假体植入的准确定位，二是伸屈膝关节等距间隙及韧带等软组织平衡和稳定[15]。传统的手术往往通过医生的肉眼及手感辅助定位，这就可能会导致手术的精准度受到人为因素的影响，即使是十分有经验的医生也不能保证各项操作的精准，据此，计算机辅助膝关节置换术系统应运而生。目前计算机辅助膝关节置换术系统主要有三种类型：主动型、半主动型和被动型。主动型就是完全依靠手术机器人的自我规划使其自主进行并完成手术。半主动型就是由手术机器人和医师共同完成手术，两者互相规范和限制。被动型就是医师操控手术机器人的行为，机器人不直接进行任何操作，所有行为均在医师的控制下进行[16]。

计算机辅助膝关节置换术系统的应用大大提高了手术精确度，相应的也提高了手术成功率，据相关研究报道，传统手术方法中假体与患者股骨的实际吻合度只有20%，而计算机辅助膝关节置换术系统的应用能够将吻合度提高到98%，而吻合度的提高同时还可以提高手术成功率，降低术后并发症的发生，促进患者的治疗和预后[17]。事实上，手术机器人的应用只能极大地提高手术的精准度，并不能完全保证误差不会产生，但近年来随着多项研究致力于对手术机器人的开发，使得手术机器人的结构和功能不断得到优化，已经较好的限制了误差的产生，使其具有更高的有效性和安全性[18]。

同时，手术机器人的应用也存在着不足，首先整套设备的昂贵程度并不是所有医疗机构都能承担的，另外，其是否真正安全可靠，还需要更多的临床实践进行证实。

4 计算机辅助导航系统

假体通常根据下肢力线进行安放，全膝关节置换术是否能够彻底成功与下肢力线的恢复具有密切相关性，假体对线异常则后期极有可能会产生各种问题，如假体松动、关节不稳、骨折等[19]。传统的手术方式一般应用机械进行测定、目视进行辅助来确定下肢力线以及假体安装的位置，这很容易出现偏差。另外，这种测量工具是以人体正常骨骼为标准设定的，但往往存在许多骨骼变性患者，这就会造成较大的假体位置判断失误[20]。较小的误差就会对手术效果造成明显影响，稍大误差就可能会对患者造成毁灭性打击，而计算机辅助导航系统的应用则能较好的减小误差，以帮助下肢力线的恢复更加准确有效。计算机辅助导航系统在术前可将所获得的病变部位多模数据转变为可视图像，用于手术计划的制定当中，术中还可将手术工具、人工假体及患者的骨骼以直观的方式显现出来，帮助术者更加精准的进行手术[21]，以免造成不必要的伤害。此外，计算机辅助导航系统的应用能够帮助术者在手术过程中更加直观的观察到手术器械的位置，避免触碰到重要的解剖结构引起出血，这会减少术中出血量[22]。然而，利用计算机辅助导航系统会延长手术时间，增加出现各种不良并发症的风险，但随着术者对计算机辅助导航系统的熟练应用，延长的时间将会慢慢缩短，且目前该项技术已经逐步在临床上被广泛使用。

5 3D打印技术在膝关节置换中的应用

3D打印技术是一种新兴技术，近年来通过不断的发展和完善，此项技术已渐趋成熟。它主要经CT技术整合患者的关节数据，通过计算机处理建立起三维模型，根据分析患者的实际情况打造出独特的个体化截骨模具，术者无需在患者关节处反复定位，利用截骨模具即可制造出合适的人工假体[23]，能够大大提高手术精确度，缩短手术时间，减小创伤。因此，3D打印技术适用于所有需要进行膝关节置换术的患者。

3D打印技术最大的优点在于其个性化水平，在传统的手术方式中多采取统一的机械引导装置和截骨工具，而因个体差异传统手术方式的精准度大打折扣，而3D打印技术则能够较好地解决这个问题，利于为患者提供更精准、吻合度更高的人工假体[24]。尽管此种手术方法较为简单易操作，但是仍需要经验较丰富的医生进行操作，且个体化的3D打印价格较为高昂，其尚难以普及应用。

6 总结

当下人工膝关节置换术的手术方法呈现多样性，各种手术方法都具有其独特的优势，应根据几种手术方法的禁忌症和适应证，结合患者各方面的实际情况，选择最佳的治疗方案，最大限度上提高治疗效果，减轻患者痛苦。此外，经过临床治疗技术不断的改进和完善，膝关节病变及创伤治疗已不再是棘手的问题，且随着这些技术的不断发展和完善，将来一定会出现更多更加优秀的治疗技术。