全膝关节置换术中下肢力线对线的研究进展

寇海洋综述，张 蕊，马建兵审校

膝骨关节炎是导致中老年人残疾和功能受限的主要原因之一，全膝关节置换术(TKA)是针对终末期膝关节疼痛、膝关节功能恢复和患者生活质量改善较为有效的外科手术之一[1]。TKA的治疗目标是精确地矫正下肢力线、维持关节的稳定，进而恢复膝关节的功能。下肢力线是维持膝关节内外侧间室平衡的基础，恢复中立位机械轴力线是关节科医师所要遵循的原则。但下肢力线对线错误会引起骨骼、聚乙烯假体、韧带等的负荷过大，造成骨水泥松动、假体磨损严重、疼痛和韧带断裂。本文就TKA中下肢力线对线的研究进展进行综述，分析不同对线方法的临床效果及存在的问题，旨在为外科医师在TKA中选择不同下肢力线对线方案提供参考。

1 下肢力线对线对临床TKA治疗的指导意义

1.1 对判断是否需要手术的指导意义TKA中切除了维持稳定的组织结构，如半月板和前交叉韧带，那么术后的稳定性将直接取决于置入物的贴合性和剩余韧带的张力。骨科医师可以根据患者体征在术前做出预判，如患者是否具有TKA适应证、禁忌证等，初步筛查患者能否手术。

1.2 对选择手术入路、假体型号和假体种类的指导意义置入物的类型和型号应根据力线和股骨颈的大小来确定，以减少医源性骨损伤，使膝关节稳定、牢固。

1.3 对截骨和维持软组织平衡的指导意义正确的截骨和软组织的平衡被视为TKA成功的关键因素。通常情况下，截骨与置入物厚度尽可能保持一致，胫骨近端截骨影响屈曲间隙和伸展间隙，截骨量越大，所需组件越厚；而股骨远端截骨影响伸展间隙，截骨过多导致伸展间隙大于屈曲间隙，而截骨过少导致屈曲挛缩。软组织平衡是重建膝关节正常力学轴的关键，为保持屈曲稳定性，尽量保留腘肌腱的完整性。

1.4 对股骨、胫骨的力线选择的指导意义股骨力线的选定很大程度上可以依据髌骨轨迹和屈曲间隙，而胫骨力线的选定主要根据胫骨粗隆的大小，同时使得髌股关节相对位置良好，防止术后出现关节内游离脱位，减少创伤性骨关节炎的发生。

1.5 对TKA术中其他常见情况的指导意义若出现屈曲和伸直间隙均过紧，可增加胫骨截骨；若出现屈曲和伸直间隙均松动，可加厚胫骨平台垫片；若屈曲间隙松动、伸展间隙过紧可增加股骨远端截骨量。如果需要进一步松解后部结构，可增加胫骨平台后倾角；若采用小1号股骨假体，可增加后髁截骨，并远端填充骨水泥，使假体不直接接触截骨面。

2 影像学对线

2.1 TKA冠状位对线TKA冠状位对线是根据最大伸展和 90°屈曲时确定的对线方式，通过复制围绕构成正常膝关节运动的3个运动轴的原始运动来恢复自然状态下的运动[2]。它有利于恢复患者膝关节运动功能并改善软组织平衡。Haruta et al[3]发现，在许多TKA患者中，如果内外侧差异与术前计划差异很大，则最多需要调整1°外翻角，以实现适当的冠状位对线。但是冠状位对线也有局限性，D′Lima et al[4]认为，截骨导向器的方向和轴向旋转中的对线不良改变了冠状位对线，并可能导致内外翻对线不良高达1.8°(轴向旋转15°，后倾角7°)，不良的风险范围从1.9°外翻、15°外旋到超过3°内翻、25°内旋，胫骨截骨的冠状位对线轴向旋转改变0.07°、后倾角改变0.22°。TKA冠状位胫骨畸形矫正后会影响术后胫骨对线，并影响到TKA术后5年膝关节功能改善[5]。出现这些情况的可能原因是冠状位对线只描述了患者在静态时刻的对线，而没有考虑关节线，所以当关节开始畸形改变时，会加重原始排列(如从最初的体质内翻发展为内翻畸形)。

2.2 TKA矢状位对线矢状位的机械轴是可变的，因为胫骨、股骨在屈曲过程中受到复杂的运动学模式的影响，胫骨倾斜度的变化会影响膝关节的前后稳定性，尤其是在没有交叉韧带的情况下。Jones et al[6]发现TKA的矢状面稳定性更强的患者表现出更好的内侧稳定。Koh et al[7]建立股骨矢状位对线模型评估TKA轴承旋转，结果显示，轻微屈曲置入可能是一种有效的替代技术。Meding et al[8]认为，在保留交叉韧带的TKA中采用渐进式矢状面胫骨轴承，这种超融合胫骨组件更有优势。Edelstein et al[9]发现，内侧稳定假体设计在屈曲矢状位更稳定，但矢状位对线具有性别差异的局限性。Ou et al[10]认为，中国女性的股骨比男性短，但远端弯曲大于男性，女性膝骨关节炎患者可获得较好的股骨矢状位对线，且优于男性。因此，采用矢状位对线方式需要长时间的临床随访，以跟踪量化矢状位对线相关的结果，为进一步改良做准备。

2.3 TKA旋转对线旋转对线是改善TKA术后最大屈曲角的一个重要因素，其最佳轴线大约在胫骨结节的内侧边缘和内侧1/3处，当胫骨组件以覆盖优先的方式对线时，旋转对线是最佳的[11-13]。有研究[14-15]发现，运动范围技术和解剖标志技术相结合，使用导航系统可精确实现TKA胫骨组件旋转对线。而胫骨前弯曲皮层被认为是TKA胫骨旋转对线可靠的解剖学标志[16]。在采用特异性器械时能提高股骨组件旋转对线的准确性，使对称的胫骨组件能更好地适应对线[17-18]。但旋转位对线也有一定的局限性，TKA术前股骨、胫骨以及各部件的旋转对线是术后部件旋转不匹配的风险因素[19]。假体置入前，膝关节轻度外翻患者容易出现胫骨内旋，而重度外翻容易出现胫骨外旋[20]。因此，外科医师应特别注意胫骨组件旋转的相对高变异性及其对功能结果的影响。

3 解剖学对线

3.1 TKA机械对线Insall et al于1985年引入了机械对线的概念，旨在实现腿部轴线的中立位对线，为假体提供了最佳机械环境。机械对线自 TKA 开发以来一直是金标准，具有良好的长期生存率。调整后的机械对线可用于原发和继发的外翻20°以内的骨关节炎[21]。另外TKA翻修术中出现髓外对线可以减少机械对线外翻[22]。当采用计算机辅助导航进行机械对线后的0°±3°、30°、60°、90°动态调整时，动态冠状面髋-膝-踝角可保持精准对线[23]。但当患肢的髋-膝-踝角严重偏离0°且胫骨较宽时，机械对线需要软组织松解对齐为0°，当术前出现内翻畸形时可能影响TKA术后机械对线结局[24-25]。我们认为，TKA使用机械对线的目的不是恢复患者某种特定对线，而是系统地创建“生物力学上友好的假体膝关节”。机械对线针对的是“系统目标”，其对生理性膝关节的影响有：改变生理性旋转中心，生理性步态，下肢力线和体轴偏移，肌肉手臂。因此，机械对线术后的患者要注意在恢复期绝对禁止深度下蹲和患膝跪地等动作，以防加重膝关节假体磨损及衬垫脱位。典型病例见图1、2(资料来源于西安交通大学附属红会医院)。

图1 患者，女，61岁，双侧膝关节活动严重受限，内翻畸形，采用TKA治疗 A.术前X线片，显示双膝关节内侧关节间隙变窄，髌骨增生，软骨下骨质致密,可见关节内游离体; B.术后3个月X线片，显示左侧骨塌陷修复重建，双侧膝关节畸形矫正，力线轴重建; C.术后6个月X线片，显示关节稳定性增加，平衡软组织张力增加 图2 患者，女，58岁，双侧膝关节活动严重受限，内翻畸形，采用TKA治疗 A.术前X线片，显示双膝关节内侧关节间隙变窄，软骨下骨质致密,可见关节内游离体; B.术后3个月X线片，显示双侧骨塌陷修复重建，双侧膝关节畸形矫正，力线轴重建; C.术后6个月X线片，显示关节稳定性增加，平衡软组织张力增加

3.2 TKA解剖对线解剖对线最早由Hungerford et al于1980年提出，允许残留下肢力线内翻，也可被定义为“系统性方法”，因为该技术针对的是相对于肢体机械轴的系统性斜关节线(2°～3°外翻)。解剖对线旨在恢复病前肢体对位和膝关节几何形状[26]，通过引入固定的3°股骨外翻和3°胫骨内翻，无需外旋股骨部件以平衡屈曲间隙。解剖对线结合解剖学上的假体定位和对软组织的轻微调整，实现个性化的对线，减少软组织释放的需要，可能会改善患者的治疗效果[27]。但是，虽然解剖对线技术创造了一个所谓的“生物力学友好型”，但往往在功能上受到限制[28]。新的共识[29]认为，保持内翻或置入物关节线倾角(> 3°)对TKA术后关节稳定和功能恢复存在风险。另外辅助导航技术和机器人技术的介入，通过新开发的包含3°关节线倾角的置入物，能直接获得采用解剖对线技术的效果[30]。基于这些原因，解剖对线技术被限制了进一步的发展。解剖对线可以看成是运动力学对线的早期过渡形式，为其进一步发展积累了临床实践经验。

3.3 TKA运动力学对线运动力学对线旨在恢复原生态对线，重现自然对线和运动学特点，其作为机械对线的替代方案被开发出来，越来越受到学者们欢迎[31-33]。研究[31]证明，与机械对线相比，运动力学对线不仅能实现自然对线，产生更好的临床结果，且没有严重并发症。借助于3D打印的个体化截骨导板切割块，运动力学对线可以通过三维精确地恢复个体轴线、关节线和关节囊张力[34-35]。原发性曲张性骨关节炎似乎是其良好的适应证[36]。但运动力学对线使股骨外翻高于圆柱轴对线，远端髁冠状角3.3°外翻(标准2.4°)，圆柱轴线冠状角1.8°外翻(标准2.1°)[33]。随着患者需求的提高，运动力学对线也被催生出新的发展方向，以突破它现有的局限性。链接解剖运动学优化了运动力学对线，使对线保持在更加标准范围内[37]。而限制性运动力学对线使胫骨和股骨切除在骨中立机械轴的5°以内，避免残留的不稳定，保留韧带平衡，将下肢对线保持在安全范围内[27]。人们越来越关注运动力学对线的功能改善效果，因此为运动力学对线开发专门的新置入物以优化其功能结局。新式耐磨加强固定型假体结合运动力学对线和解剖对线技术是未来的发展方向。

3.4 TKA功能对线功能对线旨在通过恢复关节的平面和倾斜度，在软组织包膜受损最小的情况下置入部件，并通过使用术中压力传感器技术，使整个膝关节屈曲弧度实现了软组织张力新的平衡[38]。对于术前内翻患者，功能对线可保留残留内翻来改善TKA功能结局[39]。它避免了股骨远端截骨的不足和使用更薄的聚乙烯衬垫补偿紧密的胫股骨伸直间隙，从而避免了诱导膝关节出现屈曲不稳定[40]。内侧伸展间隙较小时可通过内翻3°放置胫骨部件来平衡，并允许整体对线保持在冠状位对线的0°±3°安全区内，股骨截骨可外翻矫正，胫骨截骨可内翻矫正[41]。随着计算机导航和机器人辅助技术的发展，在术中可评估功能对线切除厚度、关节间隙和肢体对线，具有技术优势[42]。但过于依赖昂贵的技术辅助手段，也阻碍了功能对线的传播。

4 小结

本文分析了TKA中下肢力线的不同对线方法，并阐明其对TKA术中截骨、软组织平衡、骨关节维持稳定和功能恢复的临床意义。在提供截骨和力线对线的动态实时评估方法的情况下，采取一种合理有效的对线方式，并适当行计算机辅助，可在下肢对线的安全限值内实现充分软组织松解和平衡，保持膝关节平衡的长期稳定，允许患者在不影响寿命的情况下实现更高的满意度。尽管这些对线技术是对有需要采用TKA初期到中期的患者有吸引力的技术，但需要更长的随访时间才能评估其真正价值，以确定 TKA 的每种对线技术的最佳适应证。而且这些对线方式还存在着很多的不足，如使用技术的准确性和可重复性有限，术中数据与长期功能结果和置入物存活率的相关性差，以及缺乏关于肢体对线安全范围的研究等问题，有待进一步的研究。