红外线计算机导航辅助下实施全膝关节置换术近期效果观察

2022-10-14翟连文周绪光张波曲卫东

山东医药 2022年28期

翟连文，周绪光，张波，曲卫东

翟连文，周绪光，张波，曲卫东

山东大学第二医院关节外科/运动医学科，济南 250012

观察红外线计算机导航辅助下实施全膝关节置换术（TKA）的近期效果。选择因膝关节重度骨性关节炎初次行TKA患者140例，随机分为导航组、常规组，每组70例。导航组在红外线计算机导航辅助下实施TKA，常规组采用传统器械实施TKA。比较两组切口长度、手术时间和引流量。分别于术前、出院时及术后3、6个月，采用HSS评分评估膝关节功能，采用通用量角器测量膝关节活动度，采用VAS评分评估疼痛程度。术后第4～5天拍摄下肢全长正位X线片，通过RIS/PACS影像阅片系统测量髋－膝－踝角（HKA）、股骨假体外侧角（LFPA）、胫骨假体内侧角（MTPA）。导航组切口长度大于常规组、手术时间均长于常规组，而引流量少于常规组（均<0.05）。两组出院时及术后3、6个月时HSS评分、膝关节活动度均高于术前，VAS评分均低于术前（均<0.05），而两组出院时及术后3、6个月时HSS评分、膝关节活动度、VAS评分比较差异均无统计学意义（均>0.05）。导航组HKA、LFPA均低于常规组（均<0.05），而两组MTPA比较>0.05。红外线计算机导航辅助下实施TKA能够提高膝关节假体放置准确性，精准矫正下肢力线，但同时加大了手术切口、延长了手术时间，增加了感染和骨折风险。

膝关节骨性关节炎；全膝关节置换术；红外线计算机导航辅助；下肢力线

膝关节骨性关节炎是一种老年性退行性病变，其终末期治疗首选全膝关节置换术（TKA）。TKA能够解除患者日常疼痛、重塑下肢外观、改善关节运动功能，从而提高患者生活质量［1］。TKA的要点在于术中准确放置假体，使下肢力线恢复为经典的机械力学对线，即重建二维平面上髋-膝-踝中心轴，通过股骨假体外旋、胫骨假体内旋，并垂直于机械力线截骨，从而创造出平行的伸直-屈曲间隙安放膝关节假体。若假体安放的位置关系不佳，下肢力线恢复不佳，会导致其早期磨损松动，从而影响正常生活和假体生存时间［2］。目前，传统手术器械操作大多依赖术者的临床经验，这是影响假体安放位置和导致下肢力线出现偏差的主要原因。近年来，随着人工智能辅助技术不断发展，计算机导航辅助技术的临床应用越来越广泛。有研究报道，计算机导航辅助下实施TKA能够通过实时定位指导精准截骨和准确安放假体，最大程度地避免人为误差，使下肢力线恢复更加精准［3］。本研究比较了红外线计算机导航辅助与传统器械操作技术实施TKA的近期治疗效果。现报告如下。

1 资料与方法

1.1临床资料选择2018年1月—2020年12月在山东大学第二医院因膝关节重度骨性关节炎行TKA患者140例。膝关节重度骨性关节炎诊断标准：①近1个月内反复膝关节疼痛；②站立位或负重位X线片显示膝关节间隙变窄、软骨下骨硬化或囊性变、关节边缘骨赘形成；③年龄>50岁；④晨起时关节僵硬<30 min；⑤关节活动时有骨摩擦音或骨摩擦感。纳入标准：①符合膝关节重度骨性关节炎诊断标准；②初次接受TKA治疗；③术前髌骨完整，无髌骨脱位或半脱位；④临床资料完整。排除标准：①合并严重骨质疏松症或类风湿性关节炎者；②既往有膝关节手术史或膝关节周围骨折史者；③合并全身或局部感染者。按照随机数字表法随机分为导航组和常规组，每组70例。其中，导航组男32例、女38例，年龄（62.0 ± 5.5）岁，BMI（26.6 ± 2.1）kg/㎡；常规组男30例、女40例，年龄（62.6 ± 5.8）岁，BMI（26.7 ± 2.0）kg/㎡。两组临床资料具有可比性。本研究经山东大学第二医院伦理委员会批准，所有研究对象或其家属知情同意并签署书面知情同意书。

1.2手术方法导航组在红外线计算机导航辅助下实施TKA，常规组采用传统器械实施TKA。两组均采取神经阻滞联合静脉全身麻醉。手术入路为髌旁内侧入路，截骨顺序为股骨远端-胫骨平台，均未行髌骨置换，脉冲冲洗枪反复冲洗，待截骨面干燥后安装假体。两组麻醉和手术均由同一团队完成。

导航组：采用OrthoPilot红外线计算机辅助导航系统。将导航仪置于术膝对侧，位于头侧与躯干呈45°，离手术床约1.5 m。麻醉满意后分别于股骨内髁上方和胫骨中段内侧定位、钻孔并安装导航示踪器，每个示踪器固定在直径3.5 mm的皮质骨螺纹钉上。按照导航仪屏幕提示的顺序，使用接收器手柄依次完成髋关节旋转中心-膝关节中心-踝关节中心登记，自动导入系统程序并记录相关数据——截骨前伸直位下肢力线角度、膝关节屈曲角度，实时监测截骨平面的角度和厚度，手动微调放置截骨导向器后实施股骨、胫骨截骨，安装假体和垫片试模，监测并分析下肢力线和内外侧软组织平衡情况。计算机导航辅助TKA系统引导过程见图1。

注：A为解剖标志注册完成后的下肢力线；B为导航截骨计划及股骨假体型号；C为股骨截骨；D为胫骨截骨；E为截骨完成后安装试模的下肢力线。

常规组：以术前双膝站立位X线片和下肢全长力线片为参考，使用传统膝关节置换器械的定位器和截骨导向器。股骨侧髓内定位，保持外翻5°～7°行股骨远端截骨，外旋3°行股骨后髁截骨，胫骨侧髓外定位，以胫骨结节中内1/3-踝穴中点-第二跖骨为胫骨力线，胫骨平台垂直力线后倾3°截骨。置入假体试模，根据术者经验，对软组织进行平衡调整。股骨髓腔用截下的松质骨块修整后填入股骨髓腔内。

两组术后常规使用低分子肝素或利伐沙班片抗凝、氟比洛芬酯镇痛、抗菌药物预防感染。

1.3观察指标

1.3.1切口长度、手术时间和引流量测量切口长度，统计手术时间，术后24～48 h或引流量小于100 mL/24 h拔除引流管并记录引流量。

1.3.2膝关节功能、膝关节活动度、疼痛程度分别于术前、出院时及术后3、6个月，采用HSS评分评估膝关节功能，采用通用量角器测量膝关节活动度，采用VAS评分评估疼痛程度。

1.3.3髋-膝-踝角（HKA）、股骨假体外侧角（LFPA）、胫骨假体内侧角（MTPA）术后第4～5天拍摄下肢全长正位X线片，通过RIS/PACS影像阅片系统测量HKA、LFPA、MTPA。HKA为股骨头中心-股骨假体中心-踝关节中心的夹角，目标值为180°；LFPA为股骨假体冠状面内外髁切线与股骨解剖轴的夹角（外侧），目标值为84°；MTPA为胫骨假体平台面切线与胫骨解剖轴的夹角（内侧），目标值为90°。HKA、LFPA、MTPA取测量数值与目标值之差的绝对值。通过HKA评价下肢力线，通过LFPA评价股骨假体的位置和对线，通过MTPA评价胫骨假体的位置和对线。HKA、LFPA、MTPA测量示意图见图2。

注：A为HKA，B为LFPA、MTPA。

2 结果

2.1两组切口长度、手术时间和引流量比较见表1。

表1　两组切口长度、手术时间和引流量比较（ ± s）

注：与常规组比较，*<0.05。

2.2两组治疗前后HSS评分、膝关节活动度、VAS评分比较见表2。

表2　两组治疗前后HSS评分、膝关节活动度、VAS评分比较（ ± s）

注：与同组术前比较，*<0.05。

2.3两组HKA、LFPA、MTPA比较见表3。

表3　两组HKA、LFPA、MTPA比较（ ± s）

注：与常规组比较，*<0.05。

3 讨论

膝关节骨性关节炎是一种老年性退行性病变，而TKA是目前治疗终末期膝关节骨关节炎最有效的方法。传统手术器械实施TKA术中下肢力线的确定主要依赖术者的临床经验、术前X线或CT影像检查以及术中骨性标志等，很容易出现定位偏差，导致下肢力线异常改变，从而影响手术效果甚至导致手术失败［4］。下肢冠状位力线发生偏移可造成关节两侧应力和张力不平衡，会使患者在负重时出现膝周疼痛、活动度下降、假体磨损等，从而影响长期治疗效果［5］。BEREND等［6］研究报道，术后膝关节内翻>3°时胫骨侧发生早期失效的概率增加17.2倍，若内翻>3°且BMI>33.7 kg/m2时胫骨假体的失败概率增加168倍，而力线偏移<3°则BMI与假体的失败概率无关［7］。因此，为了能够获得满意的临床效果，对手术指征、假体选择、手术技巧等均有较高的要求。

近年来，随着人工智能辅助技术不断发展，计算机导航辅助技术的临床应用越来越广泛。有研究报道，计算机导航辅助下实施TKA能够通过实时定位指导精准截骨和准确安放假体，最大程度地避免人为误差，使下肢力线恢复更加精准［8］。随着这一技术不断改进和完善，短短几年计算机导航辅助TKA治疗膝关节骨性关节炎就取得了满意的临床效果，获得了传统手术难以达到的预期效果。

本研究结果发现，导航组切口长度大于常规组，这是因为股骨端球杆置于膝关节线以上10 cm处，绝大多数可在切口内固定，而胫骨端球杆需在胫骨结节内侧约2 cm处皮肤切口插入；导航组手术时间长于常规组，这是因为计算机导航辅助手术过程中需安装红外线反射球；导航组引流量少于常规组，这是因为计算机导航辅助手术中股骨侧采取髓外定位，可减少传统髓内定位导致的出血和髓腔内潜在的创伤，同时还能减轻对股骨干髓腔造成的伤害并降低脂肪栓塞的发生风险［9］。近年来，随着关节外科逐步推行“加速康复外科”理念，包括氨甲环酸术中静滴及术后冲洗、气压止血带使用、术中低血压控制等围手术期管理理念优化［10］，使计算机导航辅助手术引流量明显降低。有研究报道，计算机导航辅助下实施TKA较传统器械下实施TKA的出血量和输血率明显降低，并加快患者术后康复速度［11］。

本研究结果发现，两组出院时及术后3、6个月时HSS评分、膝关节活动度均高于术前，VAS评分均低于术前，而两组出院时及术后3、6个月时HSS评分、膝关节活动度、VAS评分比较差异均无统计学意义。结果表明，两种手术方式均能显著改善膝关节功能、膝关节活动度、疼痛程度，但两种手术方式的临床效果差别不大。

本研究结果发现，导航组术后HKA恢复优于常规组，提示计算机导航辅助下实施TKA在下肢力线恢复的准确度上效果更好。本研究结果还发现，导航组术后LFPA显著低于常规组，而MTPA与常规组比较差异无统计学意义。究其原因，股骨侧需开髓后使用髓腔杆髓内定位，髓腔开口位置、股骨远端边缘增生的骨赘、术前X线拍摄偏差以及髓腔杆是否位于股骨中心等因素都会对假体安放的角度产生影响，故股骨侧截骨角度偏差较大；而胫骨侧为髓外定位，膝关节中心-胫骨嵴线-踝关节中心易于定位，常规器械对胫骨的定位比较准确，故截骨角度偏差较小；与传统器械下实施TKA相比，计算机导航辅助下实施TKA无需使用髓内外定位杆反复测量力线，无需反复观察和用卡尺测量股骨远端、前后髁截骨和胫骨平台后倾角与截骨量，也无需反复使用假体试模测试其匹配度。

但计算机导航辅助下实施TKA亦存在一定局限和不足。如在整个手术过程中股骨和胫骨反射球固定非常重要，一旦出现固定杆松动、反射球脱落甚至反射球多次使用老化和被血液或其他体液污染均无法正常接收红外线信号，导致计算机错误注册，则必须重新开始步骤再次注册，会增加手术时间和假体感染的发生率［12-13］；术中需在股骨和胫骨安装定位杆，若固定钉钻孔方向偏差或定位杆松动，增加了手术相关性骨折的发生风险，尤其对于严重骨质疏松症患者［14］；患者术中髋关节不能移动，定位后两个定位杆也不能移动，如果上述三个位置中有任意一个发生变化，则需要在操作过程中重新定位，这会增加操作难度和学习曲线［15］。这就要求外科医生必须具备丰富的理论基础与实操经验，当使用计算机导航无法解决时，应立即停止导航操作，及时做出调整，凭借个人临床经验和传统方式来验证力线，甚至放弃导航辅助采用传统器械手术。

综上所述，红外线计算机导航辅助下实施TKA能够提高膝关节假体放置准确性，精准矫正下肢力线，但同时加大了手术切口、延长了手术时间，增加了感染和骨折风险，在临床治疗选择时需综合考虑。

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