人工全膝关节置换术中胫骨假体旋转对线方法研究进展

Abstract

目的

通过总结人工全膝关节置换术中胫骨假体旋转对线的方法，为临床医生选择胫骨假体旋转对线方法和进一步研究提供参考。

方法

查阅近年来国内外相关文献，分析总结各种胫骨假体旋转对线方法的优势和不足。

结果

目前有关胫骨假体旋转对线的方法很多，主要包括参考相关解剖标志、ROM（range of motion）技术、计算机辅助导航及个性化截骨等。胫骨结节中内 1/3 是较为精确的参考解剖标志，但易受肥胖、严重膝关节畸形和发育异常等因素干扰，对胫骨假体的精确放置会产生一定影响。ROM 技术无需参考胫骨解剖标志，不受其变异的影响，可用于严重膝关节内外翻畸形及术中解剖标志难以辨识的情况，但存在假体内旋放置的可能性。计算机辅助导航技术及个性化截骨在矢状位、冠状位及股骨假体旋转对线方面均可获得更加精准的对线，但由于缺乏固定可靠的胫骨相关解剖标志，是否有助于胫骨假体旋转对线仍存有争议。

结论

术者应掌握各种胫骨假体旋转对线的方法，做好术前计划，针对不同患者选择合适的对线方法，做到个体化。同时，术中应适当多参照几种解剖标志，可用于检测胫骨假体的放置位置，避免出现较大的旋转误差。

人工全膝关节置换术（total knee arthroplasty，TKA）是目前治疗终末期膝关节疾病的首选方法，它能够缓解疼痛、改善畸形、恢复力线、增加膝关节活动度及提高患者生活质量。TKA 成功的关键在于获得正确的下肢力线、最佳的假体大小及植入位置，以及充分的软组织平衡。多项研究表明，TKA 术中良好的股骨及胫骨假体旋转对线至关重要。假体旋转对线不良可导致髌骨轨迹不良、滑膜及软组织撞击、聚乙烯衬垫磨损加速、膝关节僵直、屈曲不稳定、步态异常等^[1-5]，是 TKA 术后膝关节疼痛、患者不满意及手术失败的重要原因之一^[6]。Berger 等^[7]提出，胫骨假体内旋或股骨、胫骨假体联合内旋是导致髌股关节相关并发症的重要原因之一。他们发现轻度联合内旋（1°～4°）与髌骨轨迹外移和髌骨倾斜相关，中度联合内旋（5°～8°）与髌骨半脱位相关，重度联合内旋（7°～17°）可能导致髌骨脱位或晚期假体失效。Nicoll 等^[8]发现，胫骨假体内旋 4.3° 与术后膝关节疼痛相关，并提出一个内旋阈值，内旋>9° 即可发生膝关节疼痛。Eckhoff 等^[9]指出，轻度的胫骨假体外旋可导致胫骨结节内移，使得 Q 角减小，髌骨轨迹改善；若外旋过度，则会发生胫骨假体后外侧突出、胫骨过度内旋、内“八”字步态等不良并发症。

目前，关于胫骨假体旋转对线的方法很多，包括参考多种胫骨相关解剖标志、ROM（range of motion）技术、计算机导航技术及个性化截骨等^[10]。各种方法各有优缺点，术中运用何种方法可获得良好的胫骨假体旋转对线仍是争论的话题^[11]。本文对目前提出的胫骨假体旋转对线方法作一综述，以期为临床医生选择胫骨假体旋转对线方法和进一步研究提供参考。

1. 参考胫骨相关解剖标志

1.1. 胫骨结节

Insall 等^[12]发现，除非胫骨结节有明显内旋或外旋，胫骨假体中心大多都对准胫骨结节，故他们认为胫骨假体在横断面上的旋转对线应参照胫骨结节。目前多数学者认为^{[8, 13-14]}，胫骨结节中内 1/3 是精确可靠的参考解剖标志，根据此方法进行旋转对线可获得较好的临床效果。但也有学者认为^[15]，参考胫骨结节是源于术者的经验总结，缺乏文献支持。他们发现参考胫骨结节中内 1/3 会导致胫骨假体相对股骨假体平均外旋 10°。Howell 等^[16]研究发现，参考胫骨结节中内 1/3 易导致胫骨假体过度外旋放置，难以满足胫骨假体旋转对线的要求；同时，他们发现术中参考胫骨结节内侧缘更接近胫骨平台前后轴。但 Tao 等^[17]研究发现，在不复杂的初次 TKA 术中，参考胫骨结节内侧缘仅有少数患者可获得良好的胫骨假体旋转对线，故此方法并不是一种理想的旋转对线方法。总之，术中参考胫骨结节是一种便捷且被广泛使用的胫骨假体旋转对线方法，但易受肥胖、严重的膝关节畸形和发育异常等因素干扰，影响胫骨假体的精确放置。因此，参考胫骨结节的可靠性还需要更多临床证据验证。

1.2. 胫骨后髁轴

参考胫骨后髁轴是指将胫骨假体后方对准胫骨平台内外侧髁最后方 2 个点的连线，由 Incavo 等^[18]对 30 例膝关节行 MRI 扫描时发现，当参照胫骨后髁轴线放置胫骨假体时，能够增加胫骨假体的覆盖率，但有可能导致胫骨假体内旋放置。Graw 等^[19]在一项研究中也指出，参考胫骨后髁轴可能会导致胫骨假体轻度内旋放置，但随着截骨厚度的变化，胫骨后髁轴的变异度很小，可作为翻修手术时的可靠参考解剖标志。同时，Heyse 等^[20]研究发现，胫骨后髁轴是测量胫骨假体旋转角度的可靠参考轴线。

1.3. 胫骨平台后外侧角

胫骨平台后外侧角锁定技术是由 Rossi 等^[21]提出的，其方法是完成胫骨近端截骨后，充分暴露胫骨平台后外侧角，选择合适型号的胫骨假体，将假体后外侧角对准胫骨平台后外侧角，固定假体后外侧，并以其为旋转轴旋转胫骨假体，直至假体前内侧边界与胫骨前内侧皮质一致，固定假体即可。他们在一项尸体研究中得出，按照此方法安放的胫骨假体相对于 Akagi 线平均约内旋 0.34°，是一种便捷且可靠的胫骨假体旋转对线方法，但在定位前必须充分显露胫骨平台后外侧角。由于缺乏一定的临床证据，此方法目前在临床中较少使用。

1.4. Akagi 线

目前，股骨上髁轴被看作是膝关节屈伸的功能轴^[22]，且在膝关节伸直位状态下，股骨与胫骨假体的横轴应该同时平行于股骨上髁轴。基于此研究基础，Akagi 等^[15]定义了胫骨前后轴，即通过后交叉韧带下附着点中点且垂直于股骨上髁轴的一条轴线。他们通过 CT 测量正常人膝关节数据，发现后交叉韧带下附着点中点与髌腱内侧缘的连线近似平行于胫骨前后轴，并将其命名为 Akagi 线。余华晨等^[23]在一项研究中认为，Akagi 线作为全膝关节置换术中胫骨假体旋转对线参考标志的可靠性高。因此，Rossi 等^[21]认为应该把 Akagi 线作为胫骨假体旋转对线的金标准，并且在术中标记 Akagi 线，用于检测假体的正确放置。

1.5. 胫骨平台截骨面

胫骨平台截骨面的最大覆盖是指根据截骨面大小，选择最适假体型号以获得最大覆盖面积，但需避免出现假体突出。增加胫骨假体覆盖面积一直被认为是改善假体至胫骨近段的负荷传递、避免应力集中及早期假体松动或下沉的重要措施之一^{[16, 24]}，尤其是在骨质疏松患者中。有研究发现^[25]，随着胫骨近端截骨量的增加，胫骨平台外侧髁的几何中心会发生前移。若使用对称型胫骨平台假体，一味地追求胫骨平台截骨面最大覆盖，可能会导致胫骨假体内旋放置或后外侧角突出。Martin 等^[26]也发现，利用假体最大覆盖会导致平均 9° 内旋放置。但 Hirakawa 等^[27]的一项关于对称型胫骨假体的研究发现，按照最大覆盖面积优先放置假体，可出现相对 Akagi 线平均 4.5° 的外旋，而且变异大，推荐使用旋转平台假体以降低胫骨假体旋转对线不良的发生率。Stulberg 等^[28]在一项关于不同胫骨假体设计的研究中发现，相比对称型与不对称型胫骨平台假体，解剖型假体优化了覆盖和旋转的关系，可同时获得更优的假体覆盖率及旋转对线，而对称型与不对称型假体之间无明显差异。随着解剖型假体设计的诞生及不断改进，胫骨假体最大覆盖面积优先也可能成为一种可靠的胫骨假体旋转对线方法。

1.6. 其他

踝关节轴及第 2 跖骨解剖轴也是运用较多的旋转对线定位方法之一。但 Akagi 等^[15]指出，不同个体在踝关节轴和第 2 跖骨解剖轴相对于膝关节的方向上有很大解剖学差异，单独使用这两种解剖标志进行旋转对线，股骨和胫骨成分之间的旋转不匹配可能>10°。此外，创伤或严重骨关节炎可能导致踝关节或足部畸形，这也影响了踝关节轴和第 2 跖骨解剖轴的可靠性。

Baldini 等^[29]通过测量提出，相比 Akagi 线和胫骨结节，胫骨前皮质是一种可靠且易辨识的参考解剖标志，可获得胫骨假体横轴与股骨上髁线间的平行排列，发生旋转不匹配的概率较低。但胫骨前皮质是一条曲线，难以精确定位，且受内外翻畸形的影响，仍需更多文献及研究证实。

2. ROM 技术

ROM 技术又称自我形合技术，由 Eckhoff 等^[9]提出，其方法是在完成截骨以及充分软组织松解平衡后，安装股骨假体试模，然后置入胫骨假体试模，在保持适当的软组织张力条件下，全范围屈伸膝关节数次，使胫骨假体试模在股骨假体试模的引导下进行自我调整，寻找胫骨假体相对于股骨假体最合适的位置。理论上，在一定的软组织张力条件下，用胫骨假体匹配股骨假体，更加符合胫股关节的运动学。故使用此技术时必须以股骨假体的精准放置为前提，否则会带来更大的胫骨假体旋转误差^{[21, 30]}。有学者提出^[31]，计算机辅助导航技术可提高股骨假体放置的精确性，将 ROM 技术与计算机辅助导航技术相结合，理论上可获得较为准确的胫骨假体旋转对线，但目前暂无此类文献报道。此外，胫骨假体的位置不仅受股骨假体位置影响，还受到伸肌装置、髌骨、软组织张力和胫骨截骨面的影响^[32]。除术中需要良好的软组织松解平衡外，止血带也会对伸肌装置及髌骨轨迹产生一定影响，故术前应于高度屈膝位绑扎止血带，减少止血带对髌骨轨迹的影响。同时，在运用 ROM 技术对线前，还应完成髌骨成形或置换，去除髌骨周围多余的骨赘，避免骨赘对髌骨轨迹产生影响。但也有学者指出^[33]，运用 ROM 技术易导致胫骨假体内旋放置，发生髌骨轨迹不良的相关并发症。ROM 技术的优势在于无需参考胫骨解剖标志，不受解剖标志变异的影响，可用于严重的膝关节内外翻畸形及术中解剖标志难以辨识的情况。

3. 计算机辅助导航技术

近年来，计算机辅助导航技术越来越广泛地应用于关节外科。其工作原理是将参考解剖标志与下肢运动学相结合，运用几何学建模，通过计算机算法处理，得出髋、膝、踝关节中心，确定下肢的机械轴线，指导术中截骨。通常运用的解剖标志有：① 股骨侧：股骨内外侧髁、股骨内外上髁、股骨滑车、股骨前皮质等；② 胫骨侧：胫骨平台中心、胫骨内外侧髁、胫骨结节、胫骨平台前后轴等。因其存在住院费用增加、术中解剖标志注册困难、有一定学习曲线等问题，目前仍未广泛开展。

多数学者认为^[34-35]，利用计算机辅助导航技术在冠状面和矢状面上可获得准确的假体对线，同时术中能够检查截骨的方向及厚度，是一种较为精确的手术技术。Hernandez-Vaquero 等^[31]也指出，相比传统手术技术，利用计算机辅助导航技术可获得更精确的冠状位对线，且变异率低，尤其是在术前膝关节内外翻畸形>4° 的情况下。在横断面上，运用计算机辅助导航技术，股骨假体旋转对线可获得外旋 3° 的理想状态，但不能改善胫骨侧的旋转对线。也有学者认为^[36-37]，在计算机辅助导航技术中利用膝关节中心、胫骨结节等参考标志，变异率较高，不能获得可靠的胫骨假体旋转对线。目前，计算机辅助导航技术公认的优点在于可获得精确的截骨及软组织平衡，术中出血量少及栓塞概率低等。但胫骨假体旋转对线仍缺乏完全有效的解剖标志，若证实有更加准确的胫骨假体旋转对线参考解剖标志，相信计算机辅助导航技术对胫骨假体旋转对线会提供更多的帮助。

4. 个性化截骨技术

个性化截骨技术是一种新兴的手术技术，术前利用患者下肢 CT 或 MRI 重建下肢三维模型，设计下肢力线及旋转轴线，结合术者经验来制定个体化截骨方案，制作个性化截骨导板，可简化手术步骤，便于术中定位、定量及精准截骨^[38-40]。Silva 等^[41]在一项前瞻性随机对照研究中发现，相比传统手术方法，使用个性化截骨技术出现胫骨内旋转不良的可能性较小，且相对参考轴出现的偏差及离散程度较小。Heyse 等^[42]的研究也发现，个性化截骨技术能够有效减少 TKA 术中胫骨假体旋转对线的异常值。但 Parratte 等^[43]认为，在股骨与胫骨假体旋转对线方面，传统手术技术与个性化截骨技术无明显差异。所以，我们还需进一步探索准确且固定的胫骨假体旋转对线参考解剖标志，一旦确定了可靠的参考标志，个性化截骨技术也将是胫骨假体旋转对线的一种重要手术方法。

5. 小结与展望

目前有关胫骨假体旋转对线的方法很多，但仍无一种可靠且适用于所有患者的方法。全膝关节置换术中参考胫骨相关解剖标志是一种便捷的旋转对线方法，胫骨结节中内 1/3 及 Akagi 线是目前应用较为广泛的解剖标志，但由于不同个体膝关节的解剖变异或严重畸形，术中参考相关解剖标志可能会出现一定误差。故我们认为根据 Akagi 线定位，难免也会存在一定误差。运用 ROM 技术可获得较好的胫股关节匹配，且不受解剖标志变异的干扰，但需要股骨假体的精确放置；但运用 ROM 技术有一定的髌股关节相关并发症发生概率。计算机辅助导航技术与个性化截骨技术在矢状位、冠状位及股骨假体旋转对线方面均可获得更加精准的对线，但由于缺乏固定可靠的胫骨相关解剖标志，其是否有助于胫骨假体旋转对线仍存有争议。

因此，术者应掌握各种胫骨假体旋转对线的方法，做好术前计划，针对不同患者选择合适的旋转对线方法，做到个体化。同时，术中应适当多参照几种解剖标志，可用于检测胫骨假体的正确放置，避免出现较大旋转误差。另外，由于计算机辅助导航技术及个性化截骨技术可获得较为精准的股骨假体旋转对线，理论上结合 ROM 技术，可获得较好的胫骨假体旋转对线，但此方法还需进一步临床研究来证实。此外，我们仍需通过大量临床研究，寻找更为合适的胫骨相关解剖参考标志；并进一步改进手术技术及假体设计，以期获得理想的胫骨假体旋转对线。

作者贡献：刘欣负责查阅文献及撰写论文；郭升杰、曹晏维、李帅杰协助查阅并整理文献；向川审校并修改论文。

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。课题经费支持没有影响文章观点及其报道。

Funding Statement

国家自然科学基金资助项目（81972075）；山西省重点研发计划项目（201803D421050）

National Natural Science Foundation of China (81972075); Key Research and Development Program of Shanxi Province (201803D421050)