全膝关节成形术中股骨外翻截骨角的研究进展

胡乃严 尹星华 陈林林

全膝关节成形术(total knee arthroplasty，TKA)是中晚期膝骨关节疾病的有效治疗方法。多项研究结果表明，TKA术后下肢力线对手术远期疗效及假体寿命影响较大[1-2]。据统计，约20%的初次 TKA 术后患者对临床疗效不是很满意，常常合并 1 种或多种并发症，甚至在术后短期内需行翻修手术，术后下肢力线不良是引起TKA翻修的主要原因[3]。TKA术后恢复良好的下肢力线是置换后的膝关节在长时间内有良好功能且不易失败的基石。

对于TKA术后下肢力线而言，冠状面是最为重要的评估层面。基于机械轴对线理念，在冠状面，良好的TKA术后力线要求髋、膝和踝3个关节中心点连成一条直线，且膝关节线在一定范围内基本垂直于这条线，不可出现明显内倾或外倾。因此，股骨远端截骨和胫骨近端截骨应尽可能垂直于下肢力线。即使是基于其他对线方式，股骨外翻截骨角(valgus cut angle,VCA)仍是影响TKA术后下肢冠状面力线的重要参数，决定着TKA术中股骨远端截骨方向及股骨假体关节面的方向。现将VCA的国内外研究进展综述如下。

一、VCA的意义

基于经典机械对线的理论，大多数学者认为评估TKA术后下肢力线的标准是股骨机械轴与胫骨机械轴(即髋、膝和踝3个关节中心点)在同一条直线上，术后假体内翻角度在± 2°以内，下肢冠状面力线成角在±3°以内[4-5]。据文献报道，TKA术后冠状面中立位对线可直接影响膝关节假体松动和衬垫磨损等并发症的发生率[6-7]。VCA被定义为股骨解剖轴与机械轴的夹角，一般为 5°～7°，对术后下肢冠状面力线有重要影响。股骨远端截骨每偏离1°，截骨厚度将发生约1 mm的变化，当VCA 产生误差较大时，伸直间隙会发生明显改变[8]。因此，VCA的准确性直接影响假体的寿命。

二、VCA的测量

目前下肢全长负重位X线检查已普遍应用于临床，它能准确反映下肢冠状面骨性异常，是测量下肢力线及评估下肢畸形的精确方法，可为术后评估假体安放角度提供客观依据。摄下肢全长负重位X线像时，患者双足应尽可能并拢，使第1跖骨头内侧紧靠足跟，足长轴和平板保持垂直，髌骨朝向正前方，避免下肢外旋，最大程度减少测量误差。当患者存在明显小腿扭转畸形时，可进行摄片前预透视，以确认髌骨已摆放至股骨内外侧髁中心位置。然而，TKA患者膝关节常存在疼痛、屈曲挛缩和内外翻畸形等症状，很难在下肢全长负重位X线摄片时取得标准体位。有文献报道，在X线摄片过程中，股骨旋转对测量参数有显著影响[9]。Maderbacher等[10]通过对100例TKA患者术前下肢负重位X线的研究发现，股骨存在平均8.1°内旋，当患者膝关节同时受到屈曲和内外翻畸形等因素影响时，股骨旋转可能对测量结果产生更大影响；若出现旋转误差，应重复摄片或进行旋转校正。Jamali等[11]通过建立下肢三维模型研究股骨旋转对术前膝关节测量参数的影响，发现当股骨旋转3°时VCA测量值发生显著变化。下肢全长负重位X线检查有其劣势，它无法判断股骨的旋转角度，当下肢出现旋转时VCA测量结果会存在误差。如果患者合并有股骨侧弓异常和髌骨半脱位等，精确VCA测量就更为困难。下肢全长非负重位X线检查由于患者处于卧位，受膝关节疼痛和内外翻畸形等因素影响较小，更易于摆放体位，可减少股骨旋转导致的VCA测量结果误差，使术前VCA的测量结果更为可靠。因此，对因合并疼痛难以配合检查的患者以及存在股骨侧弓异常或内外翻畸形较重的TKA患者，术前可考虑通过全长非负重位X线检查来进行VCA的测量。

正常股骨具有三维空间结构。有学者建议在TKA术前与术后均应采用CT三维重建测量患者下肢力线。但是，CT三维检查会提高患者的就医成本和接受射线剂量。关于是否有必要对所有患者行CT三维重建目前仍存在争议[12]。Liu等[13]对444例膝关节骨关节炎患者的临床资料进行了回顾性分析，采用三维重建模型验证通过X线像测量VCA的准确性，发现通过X线和三维CT在存在中度膝内翻(0°～8°)和轻度股骨畸形(股骨弯曲角<5°)的患者中测量的VCA结果差异无统计学意义，也就是说，对于中度膝内翻和轻度股骨畸形的患者，使用X线测量VCA的结果是准确的。对于存在严重膝内外翻和股骨畸形的TKA患者，术前的三维CT重建可能对VCA测量更有意义。近年，随着计算机辅助手术(computer assisted surgery，CAS)技术的快速发展，已有学者将其应用于关节外科领域以实现下肢力线的平衡[14-15]。方法主要是通过术前影像学资料建立实时患者骨骼模型，术者可根据术前计划进行TKA截骨操作。但是，CAS技术不能从根本上解决术者手控引起的误差，这一缺陷限制了其临床应用的发展。机器人辅助TKA(robot-assisted TKA，RATKA)技术可以通过机械臂按照术前规划准确到达截骨区域，精确截骨，很好地解决了术者手控造成误差的难题。另外，手术机器人在骨骼三维空间下进行术前设计，根据设定的股骨外翻角度，计算出理想的股骨截骨角度和厚度，为术中股骨假体的准确安置奠定了基础[16]。但目前大多数医疗机构尚不具备手术机器人设备及技术，RATKA在临床的广泛应用尚有待时日。总之，TKA患者术前影像学参数的测量对关节外科医生具有重要的意义。行TKA手术要尽可能做到个体化设计，严格控制影像学检查体位，采用精确的测量方法，这样才能有效减少术后并发症的发生风险，提高临床疗效。

三、VCA在TKA 中的应用

股骨远端截骨是TKA术中的关键步骤。多数关节外科医生认为，对于常规TKA而言，统一外翻截骨5°～6°是安全的[17-19]。Nunley等[20]对150例TKA患者的临床资料进行了回顾性分析，发现84%的患者在术中接受VCA为5°的截骨后，术后胫股角(mechanical femorotibial angle，MFT)可在0°±3°范围内。但是，更多研究者认为VCA范围广泛，股骨外翻角存在个体间差异，术前应对每例患者进行VCA测量，以确保术中精确截骨[21-22]。与西方人相比，在亚洲人中重度骨关节炎患者中股骨外弓畸形较为常见，这一畸形对股骨外翻角有显著影响[23-26]。通过综合国内外临床报道可见，大多数学者推荐使用个性化VCA截骨，这不仅可以提高股骨假体位置的准确性，还可使术后冠状面力线得到更好的恢复。Lampart等[27]认为，TKA患者术前股骨外翻角通常为2.5°～9.0°，采用个性化股骨外翻截骨可有效恢复下肢机械轴冠状面对线，提高关节假体的使用寿命。徐石庄等[28]对139例初次TKA患者进行了研究，认为以个性化VCA指导截骨可使股骨假体安置角度更准确，术后下肢力线恢复更好。Elkus等[29]指出，对严重膝外翻患者不建议采用以术前机械力轴(mechanical axis，FMA)作为VCA基准，可适当增加VCA角度来避免膝外翻畸形矫正不良。有学者指出，股骨髓内进针点的选择也会对VCA产生影响。当患者存在股骨远端解剖变异时，进行传统髓内定位法可导致术后股骨假体位置在冠状面和矢状面上的误差，进而最终引起下肢机械轴线异常[30-31]。既往荟萃分析结果有力地证实了这一观点，采用传统髓内定位法，术后下肢力线离群值的比例为31.8%，其中股骨和胫骨分别为34.1%和23.3%[32]。Thippanna和Kumar[33]认为股骨开髓点位置的选择对存在股骨外弓畸形的患者至关重要，外弓角度每增加1°，开髓点应外移1.04 mm。此外，股骨截骨导板固定不当以及不同的锯片厚度等也可导致股骨远端截骨误差[34]。因此，股骨髓内进针点应当以术前测量和规划为参考，在术中应注意保持股骨截骨导板的正确位置，对存在股骨解剖异常的患者应适当调整VCA，同时调整开髓点的位置。

随着医学的发展与进步，各种新技术如CAS，个性化截骨导板(patient specific cutting guides，PSC)，陀螺仪微小导航技术，手术机器人辅助技术以及术前三维计划结合传统工具的技术等，逐步应用于TKA中。其中CAS技术用于TKA较早。Blakeney等[35]对107例TKA患者进行了随访，发现CAS组患者的临床功能评分明显优于传统股骨髓内定位组患者，且CAS组患者术后下肢力线恢复更好。多位学者也报道了相似的研究结果[32,36]。但是，CAS手术时间相对长，成本相对较高，大多数医疗机构缺乏相关设备或技术，使其临床使用受到了限制。PSC技术是依据患者术前CT或MRI得出的准确数据进行三维建模后打印导板来指导TKA术中截骨。骆晓飞等[37]对31例合并关节外畸形的初次TKA患者进行了随访，发现使用PSC可有效治疗TKA合并关节外畸形的骨关节炎患者，使患者下肢机械轴线得到精确恢复。Nam等[38]认为PSC技术不仅具备CAS技术的优点，还可缩短手术时间，尤其适用于术前股骨畸形较严重的TKA患者。但是PSC也存在较多缺点，如制作费用昂贵，容易因CT或MRI数据的影响使PSC截骨组件尺寸和位置的设计不够精确，导致截骨导板与骨贴合较差，术者需调整截骨位置时操作比较困难等等。因此，在应用PSC时需仔细权衡利弊。2012年陀螺仪微小导航技术首次被用于TKA 中，通过对电子陀螺仪、加速计及无线传输技术等进行整合来实现准确定位，指导TKA术中截骨。Thiengwittayaporn等[39]对80例TKA患者分别采用陀螺仪微小导航技术和传统手术进行治疗，经比较研究发现，陀螺仪微小导航组患者术后下肢力线及假体安置角度均明显优于传统手术组患者，且不增加术中出血量。Niehaus等[40]对71例使用陀螺仪微小导航技术TKA患者的临床资料进行了回顾性分析，陀螺仪微小导航技术组患者术后下肢力线为0.5°±1.8°，股骨假体力线为90.6°±1.6 °，仅3例患者下肢力线欠佳。但是，陀螺仪微小导航技术存在操作复杂和费用高等缺点，目前仍难以广泛应用于临床。RATKA技术集成了计算机导航、可视屏幕和机械臂等模块，在手术过程中进行精确计算，根据系统显示的实时三维图像调整假体对位、对线以及软组织张力平衡，使手术操作更加精准化和微创化。Marchand 等[41]对330例接受初次RATKA患者术前与术后冠状位下肢力线进行了比较，术前64%的患者内翻畸形成角>3°，11%的患者外翻畸形成角>3°，而术后所有患者下肢力线均矫正至中立位置(0°±2°)。Yang 等[42]对71例接受RATKA患者和42例接受常规TKA患者进行了随访和比较，RATKA组下肢力线偏离中立位置的患者数量低于常规组，股骨和胫骨假体的错误率则较常规组更低(分别为6%和16%)。Smith等[43]进行了一项前瞻性对照研究，发现RATKA组患者术后1年总体满意度为94%，显著高于传统TKA组(82%)。虽然大多数研究结果表明，与传统 TKA 相比，RATKA能够有效提高截骨准确度，改善术后假体位置以及下肢力线和对位，短期疗效较好，但其中远期临床疗效仍需进一步观察。RATKA也存在着手术时间长、潜在并发症多和医疗成本高等劣势。此外，RATKA术中有可能因各种原因而改行传统TKA[44-45]。

术前三维计划结合传统工具的技术是通过患者特异性CT三维术前设计与常规截骨器械相结合的方法来提高TKA截骨的准确度。这一技术的优点是术中可依据术前CT三维个性化设计准确选择股骨开髓点、股骨VCA和胫骨髓外定位杆的位置，确保术中定位精确，无需增添新设备，减少了手术时间，手术过程与传统方法相似，临床应用易于开展。Lei等[46]采用1∶1倾向评分匹配法将新技术组患者与常规技术组患者进行配对研究，发现新技术组患者的髋-膝-踝角异常值百分比低于常规组，同时新技术组手术时间、止血带使用时间和患者住院时间均较常规组缩短，术后1个月新技术组VAS评分有明显改善。但术前三维设计需将患者CT数据(膝关节薄扫描1 mm，其余部位厚扫描3 mm)进行三维重建模拟研究，需要相关专业技术人员与外科医生共同制定，掌握技术需要一定时间及学习曲线。

随着膝关节骨关节炎发病率的逐年增加，TKA术后患者功能恢复及满意度也越来越受到关节外科医生的关注。VCA作为下肢冠状面力线的重要参数，对膝关节生物力学功能及假体使用寿命有重大影响。关节外科医生应谨慎对待合并有严重膝关节内外翻畸形和股骨侧弓异常的患者，综合选择多种测量方法进行术前评估，术中根据术前规划采用最佳技术手段进行TKA截骨，这是提高手术成功率的关键。