计算机导航辅助与传统全膝关节置换术的影像学评价比较

2023-06-15王德华厉轲张森王子明黄伟

中华骨与关节外科杂志 2023年4期

王德华，厉轲，张森，王子明，黄伟

全膝关节置换术（total knee arthroplasty,TKA）是目前治疗终末期膝关节疾病最有效的方法，能在短时间内缓解患者疼痛、改善关节功能、提高患者生活质量[1]。术中下肢力线纠正不良或假体位置欠佳是影响假体生存率及患者满意度的重要因素[2-4]。当前传统TKA 主要依靠手术医师的经验进行截骨及假体安放，截骨位置的选择和假体的放置位置、旋转角度、力线的掌握仅依靠医师的双眼，不可避免会产生较大的误差，从而引起术后功能不佳、假体松动及撞击等一系列问题[3,5-6]。

计算机导航辅助全膝关节置换术（computerassisted surgical total knee arthroplasty,CAS-TKA）通过计算机设计并指导膝关节的截骨、假体的大小选择及位置安放，实时规划调整下肢力线及内外侧关节间隙，从而获得更满意的对位对线及软组织平衡[7-8]，自20 世纪90 年代在西方国家逐步得到应用[9-10]。2014年，CAS-TKA在德国膝关节置换术中的使用率超过30%；2019 年，澳大利亚的使用率达32%[10]。尽管如此，研究人员对CAS-TKA 的术后效果及可普及性仍褒贬不一[11-15]。目前我国CAS-TKA仍处于起步阶段，针对CAS-TKA与传统TKA比较研究的临床研究资料仍然很少。本研究将CAS-TKA和传统TKA 的病例资料进行分析，比较两种技术在患者下肢力线和假体位置上的差异。

1 资料与方法

1.1 一般资料

入选标准：①18～80 岁；②因膝骨关节炎或类风湿关节炎需进行初次单侧TKA。排除标准：①临床资料不全者；②既往同侧髋关节行关节置换者；③膝关节固定性屈曲挛缩或内外翻畸形大于20°者；④术后双下肢全长负重位及膝关节正侧位X 线片不标准的患者（标准膝关节正位X 线片：腓骨小头与胫骨重叠接近三分之一，髌骨垂直指向正前方；标准膝关节侧位X 线片：内外侧髁基本重叠或重叠良好，腓骨上段与胫骨部分重叠）。

回顾性分析2021 年3 月至2022 年3 月于重庆医科大学附属第一医院关节外科和陆军特色医学中心关节四肢外科使用Knee 3 导航系统（Brainlab，德国）辅助TKA 的54 例患者资料。经上述纳入和排除标准筛查，48 例患者纳入本研究。以年龄段为匹配因素1∶1 匹配48 例两中心同时期同一名经验丰富的关节外科医师行传统TKA 的患者。根据术前下肢力线将以上两组分别分为术前内翻组与外翻组。各组均使用Legion PS膝关节假体（Smith &Nephew，美国）。两组患者年龄、性别、体重指数、手术侧别、术前内外翻例数，以及术前髋膝踝角（hip-knee-ankle angle,HKA）、股骨远端外侧角（mechanical lateral distal femur angle,mLDFA）、胫骨近端内侧角（mechanical medial proximal tibia angle,mMPTA）差异均无统计学意义（P＞0.05，表1）。

表1 CAS-TKA组与传统TKA组术前一般资料比较（n=48）

本研究通过重庆医科大学附属第一医院和陆军特色医学中心伦理委员会审批（2021-254），并豁免患者知情同意。

1.2 手术方法

1.2.1 CAS-TKA

采用全身麻醉或椎管内麻醉，患者取平卧位，上气囊止血带。打开导航系统界面，输入患者信息。作患膝正中切口，髌旁内侧入路，清除关节表面骨赘，平行于股骨胫骨长轴安装股骨胫骨靶标。依次注册股骨胫骨标志点。股骨侧标志点：髋关节旋转中心、股骨远端中心点、内外上髁、Whiteside 线、内外侧髁、股骨前方骨皮质。胫骨侧标志点：内外踝、胫骨近端中心点、胫骨前后方向线、胫骨内侧平台、胫骨外侧平台。

注册完成后，不施加内/外侧应力情况下屈伸膝关节，获取初始下肢力线；然后施加内/外侧应力屈伸膝关节，采集初始内外侧间隙平衡情况（图1A）。导航系统将显示内外侧间隙情况、下肢力线、初始术前规划等情况（图1B）。手术医师根据导航显示信息进行个性化调整截骨数据（图1C），并可实时观察内外侧间隙情况及下肢力线情况。

图1 CAS-TKA术中操作界面

确定截骨信息后，根据导航指引使用专用截骨导板进行股骨胫骨截骨处理，并进行截骨后验证，更新截骨数据。切除内外侧半月板，清理剩余骨赘，根据术中情况进行软组织松解。安装试模，施加内/外侧应力屈伸膝关节，根据导航系统实时数据及手术医师经验评估平衡间隙情况（图1D）。若内外侧间隙平衡或力线欠佳则进行重新截骨及软组织松解，直至获得满意的内外侧间隙及下肢力线。最后，脉冲冲洗关节腔，关节腔周围注射“鸡尾酒”，安装骨水泥型Legion PS 假体，髌骨打磨成型。关节腔内注入氨甲环酸，不放置引流，关闭切口。

1.2.2 传统TKA

采用全身麻醉或椎管内麻醉，患者取平卧位，上气囊止血带。作患膝正中切口，髌旁内侧入路。胫骨采用髓外定位，后倾3°，距离外侧平台厚度10 mm截骨；股骨采用髓内定位，行股骨远端常规6°外翻截骨，试模测量伸屈间隙大小，手术医师决定是否需要调整股骨远端截骨量，参照股骨后髁连线进行股骨四合一截骨；清除后方骨赘，使伸屈间隙处于平衡。安装假体试模，根据情况松解周围软组织以获得满意的软组织平衡。最后，脉冲冲洗关节腔，关节腔周围注射“鸡尾酒”，安装骨水泥型Legion PS假体，髌骨打磨成形。关节腔内注入氨甲环酸，不放置引流，关闭切口。

两组患者术后均予常规抗感染治疗，预防下肢深静脉血栓形成，术后第一天助行器辅助下地活动。

1.3 评价指标

收集患者年龄、性别、体重指数、手术侧别、手术时间、下肢力线、假体位置参数等。

术前及术后3个月进行影像学资料评估。在标准双下肢全长负重位X 线片上测量以下角度：①HKA角：髋、膝、踝关节中点连线的外侧夹角，HKA 角的目标为180°，＞180°为内翻，＜180°为外翻；计算HKA角偏差角度，内外翻超过3°定义为下肢力线偏移。②mLDFA：股骨机械轴与股骨假体远端切线的外侧角，目标值为90°，＞90°为内翻，＜90°为外翻，内外翻超过3°定义为股骨假体位置偏移。③mMPTA：胫骨机械轴与胫骨假体切线的内侧角，目标值为90°，＜90°为内翻，＞90°为外翻，内外翻超过3°定义为胫骨假体位置偏移。分别计算HKA、mLDFA、mMPTA 偏移数量占患者总数的百分比即偏移率。标准膝关节侧位X 线片上测量以下角度：①股骨假体屈曲角（α 角）：股骨远端解剖轴与股骨假体远端垂线的夹角；②胫骨后倾角（β 角）：胫骨解剖轴与胫骨假体下表面的夹角。记录术后股骨前皮质切迹发生率（图2）。

图2 TKA前后X线片测量示意图

1.4 统计学方法

采用SPSS 23.0软件进行统计学分析。计量资料符合正态分布时，以均数±标准差表示，组间比较采用两独立样本t检验；不符合正态分布时，采用中位数（四分位数间距）表示，采用非参数U 检验；术中术后比较采用配对样本t检验。计数资料（性别、偏移率等）以率表示，组间比较采用卡方检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组手术时间比较

CAS-TKA 组手术时间较传统TKA 组增加［（126.3±16.2）minvs.（98.7±18.2）min，P＜0.05］。

2.2 CAS-TKA 组下肢力线及假体位置术中与术后比较

冠状面HKA、mLDFA、mMPTA 术中与术后差异无统计学意义（0.68°±1.49°vs.0.79°±2.00°，P=0.587；90.73°±1.02°vs.90.95°±1.34°，P=0.161；90.02°±1.13°

vs.90.20°±1.15°，P=0.183）。矢状面股骨假体屈曲角与胫骨假体后倾角术中与术后差异均有统计学意义（4.84°±2.75°vs.2.90°±2.60°，P＜0.05；87.32°±1.17°vs.87.97°±1.33°，P＜0.05）。

2.3 两组并发症情况

两组均未发生术后感染、假体松动、皮肤坏死、螺钉处骨折等严重并发症。

2.4 术后影像学评估

2.4.1 下肢力线比较

CAS-TKA 组与传统TKA 组术后HKA 偏差值差异无统计学意义（P=0.588），CAS-TKA 组术后内外翻超过3°的偏移率［14.6%（7/48）］低于传统TKA 组［33.3%（16/48）］，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表2和图3。

图3 CAS-TKA组与传统TKA组术后HKA角偏差值、mLDFA、mMPTA散点图及密度图

表2 CAS-TKA组与传统TKA组术后下肢力线与假体位置比较（°）

术前内翻的患者：CAS-TKA 组与传统TKA 组术前内翻患者的术后HKA 偏差值差异无统计学意义（1.27°±1.81°vs.1.73°±2.39°，P=0.360）；CAS-TKA 组［15.8%（6/38）］与传统TKA组［35.1%（13/37）］术后内外翻超过3°的偏移率差异无统计学意义（P=0.054）。

术前外翻的患者：CAS-TKA 组与传统TKA 组术前外翻患者的术后HKA 偏差值差异无统计学意义（-1.07°±1.59°vs.-1.66°±2.47°，P=0.526）；CAS-TKA组［10.0%（1/10）］与传统TKA 组［27.3%（3/11）］术后内外翻超过3°的偏移率差异无统计学意义（P=0.314）。

2.4.2 股骨假体位置比较

CAS-TKA 组与传统TKA 组术后mLDFA 差异无统计学意义（P=0.124）。CAS-TKA 组［8.3%（4/48）］与传统TKA 组［14.6%（7/48）］术后mLDFA 内外翻超过3°的偏移率差异无统计学意义（P=0.336）。

术前内翻的患者：CAS-TKA 组与传统TKA 组术前内翻患者的术后mLDFA 差异无统计学意义（91.24°±1.30°vs.90.74°±2.00°，P=0.218）；CAS-TKA组［10.5%（4/38）］与传统TKA 组［16.2%（6/37）］术后mLDFA 内外翻超过3°的偏移率差异无统计学意义（P=0.469）。见表2和图3。

术前外翻的患者：CAS-TKA 组与传统TKA 组术前外翻患者的术后mLDFA 差异无统计学意义（89.87°±0.87°vs.89.31°±1.37°，P=0.290）；CAS-TKA组［0（0/10）］与传统TKA 组［9.1%（1/11）］术后mLDFA 内外翻超过3°的偏移率差异无统计学意义（P=0.329）。

CAS-TKA 组与传统TKA 组术后股骨假体屈曲角度差异无统计学意义（P=0.293，表2）。CAS-TKA组［18.7%（9/48）］与传统TKA 组［8.9%（4/45）］的术后切迹发生率差异无统计学意义（P=0.184）。

2.4.3 胫骨假体位置比较

CAS-TKA 组术后mMPTA 较传统TKA 组更偏中性对齐，差异有统计学意义（P＜0.05）。CAS-TKA组［2.1%（1/48）］与传统TKA 组［6.3%（3/48）］术后mMPTA 内外翻超过3°的偏移率差异无统计学意义（P=0.307）。

术前内翻的患者：CAS-TKA 组术前内翻患者术后mMPTA 较传统TKA 组更偏中性对齐，差异有统计学意义（90.08°±1.16°vs.89.18°±1.61°，P＜0.05）；CAS-TKA组［2.6%（1/38）］与传统TKA组［8.1%（3/37）］术后mMPTA 内外翻超过3°的偏移率差异无统计学意义（P=0.293）。

术前外翻的患者：CAS-TKA 组与传统TKA 组术前外翻患者的术后mMPTA 差异无统计学意义（90.64°±1.04°vs.89.96°±1.65°，P=0.280）；CAS-TKA组与传统TKA 组均无术后mMPTA 内外翻超过3°的患者。

此外，在胫骨假体后倾角上CAS-TKA 组表现出更适合的假体设计，差异有统计学意义（P＜0.01）。见表2。典型病例见图4。

图4 患者，女，73岁，双膝骨关节炎伴外翻畸形，行CAS-TKA

3 讨论

3.1 CAS-TKA的精准性

在TKA 中，下肢力线纠正不良或假体位置欠佳导致的内外侧间室及髌股关节异常应力是影响假体生存率及患者满意度的重要原因。目前下肢力线纠正的标准仍然是冠状位恢复至0°±3°，而传统的髓内或髓外器械定位与截骨极大地依靠手术医师的经验与技术，只有约70%的患者能够实现理想的下肢力线对齐[6]，难以获得满意的结果。CAS-TKA 的应用显著提高了术后下肢力线纠正的精确度，目前国外已经有大量针对CAS-TKA 评估的研究。Hetaimish等[11]发现，行CAS-TKA 后下肢力线冠状位偏差大于3°的病例仅为12.8%。Fu 等[16]统计了21 项临床研究发现，CAS-TKA 组术后冠状位下肢力线偏差大于3°的病例仅为12.1%，明显低于传统手术组的28.7%，且CAS-TKA显著减少了股骨及胫骨假体冠状面对齐的异常值。同时，在CAS-TKA 辅助下经验较少的医师也可获得和经验丰富医师相同的术后力线及假体位置[12]，但在手术时间的学习曲线及解剖结构的把握上仍存在一定的差距[17-18]。然而，目前国内鲜少有研究针对CAS-TKA进行下肢力线和假体位置的评估。

本研究对CAS-TKA 组术中及术后数据进行比较，并分别对行CAS-TKA与传统TKA的患者术后影像学资料进行冠状位和矢状位分析。CAS-TKA组患者平均手术时间长于传统TKA 组，同样的结果也发现在类似的研究中[8]，这与CAS-TKA 增加安装定位靶标、规划截骨计划等手术步骤有关。CAS-TKA 组术中及术后下肢力线及冠状位假体位置有较小的偏差但无统计学意义，这可能是由术中截骨时切割误差等原因造成[19]。冠状位分析结果显示，CAS-TKA组HKA 和mLDFA 偏差值与传统TKA 组差异无统计学意义（P＞0.05），而CAS-TKA 组在mMPTA 上表现出较传统TKA组显著的优势（P＜0.05）。

3.2 CAS-TKA的稳定性

在术后HKA 偏差值、mLDFA 和mMPTA 分布的离散程度上，CAS-TKA 组的四分位数间距和标准差均小于传统TKA 组；CAS-TKA 组和传统TKA 组术后HKA 角偏移超过3°的患者比例分别为14.6%和33.3%，差异有统计学意义（P＜0.05）。以上结果说明，CAS-TKA 可获得安全区更稳定的术后下肢力线及假体位置。然而，对于内翻与外翻患者，手术原则及下肢力线纠正不完全相同，在内外翻患者术后HKA、mLDFA 和mMPTA 的评估中，仅内翻患者的mMPTA 在CAS-TKA 术后较传统TKA 组表现出显著优势；同时，在HKA、mLDFA 和mMPTA 偏差值分布的离散程度上，CAS-TKA 组的标准差均小于传统TKA 组。这表明与传统TKA 相比，无论内翻或外翻患者，CAS-TKA组均表现出非劣性，且能获得更稳定的手术效果，有助于协助手术医师获得一致性结局。

3.3 CAS-TKA矢状面假体位置

在矢状面假体位置上，CAS-TKA 组患者股骨假体屈曲角度较传统TKA 组患者较小（P＞0.05），而术中CAS-TKA 导航界面显示平均股骨屈曲角度为4.84°，远小于本研究的术后测量值。术后切迹的发生率两组也有所不同（P＞0.05）。同样的结果在先前的研究中也有报道，Ko等[20]发现CAS-TKA 组股骨屈曲角度较传统TKA 组明显减小（P＜0.05）；Lee 等[21]发现传统TKA组切迹发生率为5.7%，CAS-TKA组则为16.7%，这可能与导航系统使用机械轴作为矢状面参考标准有关；在股骨前弓较大的患者中，其参考线更偏前，导致其股骨屈曲角度更小，切迹发生率更高[20]，而国人股骨前弓较欧美人群更大[22]，这可能是使用导航系统进行TKA 时需要额外注意的现象。虽然术中导航界面显示胫骨后倾角与术后测量值表现出统计学差异，但平均差值仅为0.65°，这可能与X 线测量误差相关，而CAS-TKA组较传统TKA组在胫骨后倾角上表现出显著差异（P＜0.05），这与术中依靠手术医师经验通过胫骨干进行胫骨假体后倾角的定位有关，而CAS-TKA 同样能够减少这种因经验造成的误差[23]。

本团队前期使用三维几何形态测量方法，发现膝关节形态在不同人种、年龄段、性别之间均存在显著的差异[24-25]，当前使用的假体与国人膝关节匹配与否仍旧存疑。目前尚缺乏针对国人使用CAS-TKA的大样本的临床研究。本研究为国内第一个针对CAS-TKA 的双中心临床研究，纳入了冠状位及矢状位影像学资料，对假体位置进行了比较全面的分析。