Taylor 空间外固定架在膝内侧间室骨关节炎下肢力线调整中的临床应用

Abstract

目的

探讨胫骨高位截骨术（high tibial osteotomy，HTO）后采用 Taylor 空间外固定架（Taylor spatial frame，TSF）治疗膝内侧室骨关节炎（medial compartmental osteoarthritis，MCOA）调整下肢力线的安全性和有效性。

方法

回顾分析 2016 年 10 月—2017 年 4 月采用 HTO 治疗的 30 例 MCOA 患者临床资料，根据固定方法不同分为外固定组（TSF 外固定，16 例）和内固定组（钢板内固定，14 例）。两组患者性别、年龄、侧别、病程、术前下肢力线胫骨股骨机械轴夹角（mechanical femur tibia angle，MFTA）评价等一般资料比较差异均无统计学意义（P>0.05），具有可比性。记录并比较两组患者手术时间、术中出血量；采用 MFTA 评价末次随访时术侧下肢力线恢复情况；术前及术后 2 周、1 个月、3 个月采用美国特种外科医院（HSS）评分评价临床疗效。

结果

外固定组手术时间及术中出血量均显著少于内固定组（P<0.05）。两组患者均获随访，随访时间 9～16 个月，平均 12 个月。术后内固定组 2 例截骨延迟愈合，外固定组 1 例延迟愈合，经对症处理后均愈合；两组均无针道感染、截骨处不愈合、骨髓炎等并发症发生。末次随访时采用 MFTA 标准评价下肢力线恢复情况，外固定组均达优，内固定组优 10 例、良 4 例，两组比较差异有统计学意义（Z=–2.258，P=0.024）。两组患者术后各时间点 HSS 评分均较术前显著改善，术后随时间延长 HSS 评分亦逐渐改善，差异均有统计学意义（P<0.05）。除术后 3 个月外固定组 HSS 评分显著高于内固定组（t=2.425，P=0.022）外，其余各时间点两组 HSS 评分比较差异均无统计学意义（P>0.05）。

结论

TSF 在 HTO 治疗 MCOA 患者并纠正下肢力线方面拥有独特优势，其手术时间短、出血量少、固定牢固、并发症少，在术后可精确调节下肢力线，是一种安全有效的固定方式。

下肢力线也称下肢机械轴线，是患者站立前后位股骨头中心与踝关节中心的连线。理想的下肢力线是股骨头中心、膝关节 Fujisawa 点、踝关节中心成三点一线^[1-2]，其中 Fujisawa 点为胫骨平台 62.5% 的位置^[3]。膝骨关节炎（knee osteoarthritis，KOA）是继发性下肢力线不良的主要原因，KOA 患者中 74% 表现为内侧间室骨关节炎（medial compartmental osteoarthritis，MCOA）。目前临床上多使用胫骨高位截骨术（high tibial osteotomy，HTO）治疗 MCOA，进而改善下肢力线，减少膝关节置换概率，尽量保膝，提高患者生活质量。但 HTO 因术后截骨角度不能调整，术中需多次透视。近年来研究者于 HTO 术后采用 Taylor 空间外固定架（Taylor spatial frame，TSF）治疗 MCOA，因其在术后可精准调节截骨角度，在矫正下肢力线方面获得较好疗效。本研究通过对比研究 HTO 术后采用 TSF 外固定和钢板内固定对 MCOA 下肢力线的调整作用，探讨 TSF 在治疗 MCOA 同时调整下肢力线的安全性和有效性。报告如下。

1. 临床资料

1.1. 患者选择标准

纳入标准：① 符合美国风湿病协会 1986 年提出的 KOA 诊断标准^[4]；② 影像学检查显示膝关节退变主要位于内侧间室；③ 手术前后摄双下肢全长 X 线片且影像学资料完整；④ 保守治疗效果不佳采用 HTO，术后采用 TSF 外固定或钢板内固定；⑤ 术后随访资料完整。排除标准：① 合并有严重神经、血管损伤或严重内科疾病者；② 药物或酒精、吸烟成瘾者；③ 患有心理疾病者；④ 术后依从性差或不能定期随访者。2016 年 10 月—2017 年 4 月共 30 例患者符合选择标准纳入研究，其中 16 例采用 TSF 外固定（外固定组），14 例采用钢板内固定（内固定组）。

1.2. 一般资料

外固定组：男 6 例，女 10 例；年龄 50～68 岁，中位年龄 61 岁。下肢力线评价以胫骨股骨机械轴夹角（mechanical femur tibia angle，MFTA）为标准^[5]，良 3 例，差 13 例。病程 2～12 年，平均 7 年。按 Kellgren & Lawrence 分级标准 ^[6]：Ⅲ 级 4 膝，Ⅳ 级 12 膝。内固定组：男 5 例，女 9 例；年龄 51～65 岁，中位年龄 58 岁。下肢力线 MFTA 评价：良 2 例，差 12 例。病程 2～13 年，平均 6 年。按 Kellgren & Lawrence 分级标准：Ⅲ 级 4 膝，Ⅳ 级 10 膝。两组患者性别、年龄、侧别、病程、术前下肢力线 MFTA 评价等一般资料比较差异均无统计学意义（ P>0.05），具有可比性。

1.3. 手术方法

患者均于蛛网膜下腔阻滞麻醉下取平卧位，行小腿近端前内侧弧形切口，由胫骨上段前侧至平台下缘，切开皮肤、皮下组织及浅、深筋膜，显露鹅足及胫骨后缘。于鹅足上缘水平、胫骨后缘前方约 2 cm 处打入 1 枚骨圆针，至对侧腓骨小头近端。C 臂 X 线机透视角度满意后，于此针前方 2 cm 再次平行打入 1 枚骨圆针至对侧皮质。沿此 2 枚骨圆针确定的截骨平面，用骨凿截断胫骨，仅保留外侧少许皮质。与此平面成角 110°，于胫骨结节下方截骨，使胫骨结节与远端骨段相连。

外固定组：在 C 臂 X 线机辅助下，分别于胫骨近端及中下段穿针，安装 TSF（天津新中医疗器械有限公司）。调整 TSF 使胫骨外侧残留皮质断裂，之后拧紧螺杆固定。逐层缝合，关闭切口，无菌敷料包扎。术后摄双下肢全长及小腿正侧位全长 X 线片，量取畸形参数及安装参数，根据 TSF 配套软件计算电子处方调整外固定架，精确恢复下肢力线^[7]。

内固定组：插入角度撑开器，使胫骨远端外翻 15°，并以骨圆针临时固定。选择解剖锁定钢板（大博医疗科技股份有限公司），置于胫骨内侧固定（近端 3 枚、远端 4 枚螺钉）。术中摄双下肢全长 X 线片测量示下肢力线外移至胫骨髁间棘外侧，内固定物位置、长度合适。逐层缝合，关闭切口，无菌敷料包扎。

1.4. 术后处理及疗效评价指标

术后常规应用抗生素预防感染，两组均根据切口分泌物细菌培养和药敏试验结果调整抗生素。常规消毒，按时换药。术后根据病情指导患者功能锻炼，外固定组术后 3 个月开始行力学轴向载荷分担比测量，根据测量数据指导拆除外固定架的时间，并通过外固定支架动力化^[8]促进截骨断端愈合；内固定组术后根据患者恢复情况择期拆除内固定物。

记录并比较两组患者手术时间、术中出血量。手术前后摄标准站立位双下肢全长 X 线片，测量 MFTA^[9]，采用 MFTA 标准^[5]评价末次随访时术侧下肢力线恢复情况。术前及术后 2 周、1 个月、3 个月采用美国特种外科医院（HSS）评分评价临床疗效。

1.5. 统计学方法

采用 SPSS25.0 统计软件进行分析。计量资料以均数±标准差表示，组间比较采用独立样本 t 检验；组内手术前后比较采用重复测量方差分析，两两比较采用 LSD 检验；分类资料组间比较采用χ²检验，等级资料组间比较采用秩和检验；检验水准 α=0.05。

2. 结果

外固定组手术时间及术中出血量均显著少于内固定组，差异有统计学意义（P<0.05）。两组患者均获随访，随访时间 9～16 个月，平均 12 个月。术后内固定组 2 例截骨延迟愈合，外固定组 1 例延迟愈合，经对症处理后均愈合；两组患者均无针道感染、截骨处不愈合、骨髓炎等并发症发生。末次随访时采用 MFTA 标准评价下肢力线恢复情况，外固定组均达优，内固定组优 10 例、良 4 例，两组比较差异有统计学意义（Z=–2.258，P=0.024）。两组患者术后各时间点 HSS 评分均较术前显著改善，术后随时间延长 HSS 评分亦逐渐改善，差异均有统计学意义（P<0.05）。除术后 3 个月外固定组 HSS 评分显著高于内固定组（t=2.425，P=0.022）外，其余各时间点两组 HSS 评分比较差异均无统计学意义（P>0.05）。见表 1、图 1。

表 1.

Comparison of clinical indexes between the two groups ( )

两组患者各临床指标比较（ ）

组别 Group	例数 n	手术时间（min） Operation time (minutes)	术中出血量（mL） Intraoprtative blood loss (mL)	HSS 评分 HSS score
				术前 Preoperative	术后 2 周 Postoperative at 2 weeks	术后 1 个月 Postoperative at 1 month	术后 3 个月 Postoperative at 3 months	统计值 Statistic
*与术前比较P<0.05，#与术后 2 周比较P<0.05，△与术后 1 个月比较P<0.05 *Compared with preoperative value, P<0.05;#compared with postoperative value at 2 weeks, P<0.05;△compared with postoperative value at 1 month, P<0.05
外固定组 External fixation group	16	37.69±2.54	126.13±8.92	51.1±4.2#△	52.4±3.9*△	56.8±4.0*#	74.6±4.0*#△	F=438.809 P=0.000
内固定组 Internal fixation group	14	47.43±5.14	157.36±16.33	50.1±3.4#△	52.5±4.1*△	54.4±3.9*#	71.5±2.5*#△	F=357.184 P=0.000
统计值 Statistic		t=−6.477 P=0.000	t=−6.385 P=0.000	t=0.628 P=0.535	t=−0.082 P=0.935	t=1.594 P=0.122	t=2.425 P=0.022

图 1.

A 48-year-old female patient with MCOA in the right knee in external fixation group

外固定组患者，男，48 岁，右膝 MCOA

a. 术前双下肢全长 X 线片；b. 术中 X 线片；c. 术后 17 周双下肢全长 X 线片示下肢力线通过 Fujisawa 点；d. 术后 20 周拆除外固定架后下肢功能

a. X-ray film of lower limbs before operation; b. X-ray film during operation; c. X-ray film of lower limbs at 17 weeks after operation, showing that the force line passed through Fujisawa point; d. Lower extremity functional images after removal of external fixator at 20 weeks after operation

3. 讨论

临床下肢力线不良主要有以下几个原因：① 先天性下肢力线不良，包括先天性膝内翻和膝外翻畸形、下肢发育畸形等；② 继发性下肢力线不良，包括 KOA 继发膝内翻畸形、骨质疏松、胫腓骨骨折等下肢疾病和损伤。KOA 是骨科临床常见疾病，患者多为 65 岁及以上老年人。Lawrence 等^[10]报道美国 KOA 患病率为 33.6%，且女性高于男性。KOA 是由关节完整性、遗传易感性、局部炎症、机械力以及细胞和生物化学等多种结构和机械因素相互作用导致^[11]。研究表明，控制或减轻体质量、避免关节受伤、改善潮湿的居住环境并减少爬楼梯、减少关节负重、适当进行低强度体育锻炼等措施，可以减少 KOA 的发生^[12]。目前治疗 KOA 的手术方法主要有人工全膝关节置换术、股骨髁上截骨术、HTO、单髁置换术、关节镜下清理术^[13]。根据张英泽院士提出的“膝关节不均匀沉降”理论^[14]，采用单纯腓骨高位截骨术治疗 KOA 合并内翻畸形，术后患者疼痛症状得到明显改善。

而 KOA 患者中 74% 表现为 MCOA，临床上目前较多使用 HTO 治疗。HTO 手术的主要目的是通过矫正下肢力线，恢复膝关节力学关系，减轻膝关节内侧间室压力，治疗或缓解 MCOA 相关症状。HTO 适应证^[15]为：患者年龄≤65 岁，体质量指数≤30 kg/m²，膝关节屈曲挛缩<10°，X 线片骨关节炎 Ahlback 分级≤Ⅱ 级，关节活动度≥100°。本研究 HTO 手术采用开放楔形高位截骨，其优点在于不干扰上胫腓关节，不易损伤周围神经血管，手术切口小、损伤小、手术较简便，同时截骨和矫正角度易调节；不足在于术后发生截骨断端不愈合或延迟愈合风险较高^[16]。

TSF 是对 Ilizarov 外固定系统的改良，它由 2 个环和之间的 6 根可伸缩带刻度的连接杆组成，可在 6 个方向上自由调节，调节其中任何 1 个支撑杆，TSF 的 1 个环可相对于另 1 个环改变空间位置，即在冠状面、矢状面、轴向进行移动及角度调整。HTO 采用 TSF 外固定的主要优势：① 术后可根据影像学检查结果精准调节并最大程度优化截骨角度，同时纠正下肢力线，达到轻微的外翻轴以防止内翻复发，外翻角度在解剖轴上接近 8～10°、在机械轴上 3～5° 被认为是最佳矫正角度^[17-18]。② 根据 Ilizarov 理论^[19]，由于外固定架的牵拉作用，截骨处骨骼和软组织缓慢再生，同时血管和神经也会伴随再生，不需要过多植骨，有效节省医疗费用，减少患者经济负担。③ 术后 3 个月时可进行外固定架应力分担比测试，同时可进行 TSF 动力化^[20]，促进胫骨断端愈合^[21]，根据测试数据做到科学拆架。临床研究表明 TSF 应力分担比测试配合 TSF 动力化，可有效缩短 TSF 带架时间^[22]。④ 严格消毒情况下 TSF 可在门诊拆除，避免了二次创伤和手术费用。⑤ 适应证广泛，目前认为只要满足 HTO 手术适应证的患者均可使用 TSF，但应注意患者精神或其他疾病是否适应佩戴外固定架。

无论是 MCOA 还是 KOA 患者的治疗，TSF 在 HTO 手术中的优势都非常明显。Catagni 等^[23]使用 Ilizarov 外固定架行 HTO 治疗 MCOA 患者，结果显示手术快速、简单、安全、有效。Sen 等^[24]回顾了 53 例接受 HTO 治疗的 MCOA 成年患者，采用 Ilizarov 外固定架可获得精确的截骨角度和对位。Weale 等^[25]回顾分析 65 例（76 个胫骨）接受 Ilizarov 外固定架的 HTO 手术治疗的 MCOA 患者，效果优于其他技术。然而与 Ilizarov 外固定架相比， TSF 在生理负载下产生较低的轴向刚度，但具有更大的弯曲和扭转刚度^[26]，说明在足够的轴向刚度下，TSF 具有更好的调节力度和对位能力。配合计算机软件程序，TSF 精确调整截骨角度能力是 Ilizarov 外固定架不可比拟的。当然，Ilizarov 外固定架的优势在于价格便宜、构造简单、安装更为快捷。Ilizarov 外固定架和 TSF 在胫骨结节下横形、斜形或弧形截骨时应用的差别主要在于切口大小和术中是否能够保证精确截骨，二者在手术技巧方面基本相同，因此临床可根据两者优势合理选择。

但是 TSF 外固定仍存在不足。首先，患者佩戴外固定架生活较为不便，很多患者会因此拒绝选择外固定手术；其次，需要通过计算机计算参数调整外固定架，增加了医生工作量；再次，存在针道感染和针道切割皮肤风险，但目前有较好的手术技术和术后护理^[27]，该风险发生概率很低，且针道的存在能够起到引流作用，避免深层次感染。

综上述，TSF 外固定在 HTO 治疗 MCOA 纠正患者下肢力线方面拥有独特优势，其手术时间短、出血量少、固定牢固、并发症少，术后可精确调节下肢力线，是一种有效、安全的固定方式。但本研究为回顾性研究，纳入病例数较少，随访时间较短，远期疗效还有待扩大样本量长期随访观察。

作者贡献：张伟业负责实验设计、术后随访、起草文章；万春友对文章的知识性内容作批评性审阅；张涛负责术前规划及手术实施；王明杰、刘钊、赵远航负责术后随访。

利益冲突：所有作者声明，在课题研究和文章撰写过程中不存在利益冲突。

机构伦理问题：研究方案经天津医院医学伦理委员会批准（2020 医伦审 001）。

Biography

万春友：中国中西医结合学会骨伤科专业委员会主任委员