人工全膝关节置换术中股骨前皮质切迹的研究进展

Abstract

目的

总结人工全膝关节置换术（total knee arthroplasty，TKA）中股骨前皮质切迹的产生原因及预防方法。

方法

广泛查阅近年国内外相关文献，总结 TKA 术中股骨前皮质切迹的产生原因及预防方法。

结果

股骨前皮质切迹发生的原因主要有以下几点：后参考技术的应用、后髁角的增大、变异的股骨前皮质解剖形态、股骨假体大小的可选择性减少、进髓点后移，以及计算机导航技术或个性化截骨技术的应用。预防股骨前皮质切迹的发生可采用弯曲股骨假体放置、机器人辅助技术和前后参考技术联合等方案。

结论

股骨前皮质切迹是一种常见的 TKA 术后并发症，完备术前计划，评估患者膝关节状况，制定合理手术方案，可以有效减少股骨前皮质切迹的发生。

人工全膝关节置换术（total knee arthroplasty，TKA）已成为治疗终末期骨关节炎和类风湿性关节炎的有效手术方式，其 10 年以上假体存活率可达 90%^[1-4]。股骨前皮质切迹是 TKA 术后常见并发症之一，同时也是术后股骨髁上骨折的危险因素^[5-7]。缺损的股骨前皮质将增加假体周围应力，增加假体松动和股骨髁上骨折发生率。此外生物力学研究表明^[5-6]，股骨前皮质被完全切除时，局部应力显著增加，股骨弯曲强度和扭转强度下降，从而减弱了股骨的正常活动能力和扭转强度。本文就目前关于 TKA 术中股骨前皮质切迹的产生原因及预防方法研究进展综述如下。

1. 股骨前皮质切迹的定义及分级

股骨前皮质切迹是指 TKA 术中前髁截骨不良导致股骨前方皮质骨缺损，股骨前皮质最远端切线和股骨假体与股骨接触切线的垂直距离>1 mm^[8-10]。股骨前皮质切迹测量方法：① 两条切线平行时，可采用周建华^[11]报道的方法测量，股骨前皮质切线与切迹切线的垂直距离即为切迹深度（H），假体近端点与切迹近端点之间的距离即为切迹长度（L）（图1a）。② 两条切线不平行时，则采用 Lee 等^[10]的方法测量，股骨假体植入到股骨远端时，假体相对股骨呈弯曲放置，测量切除表面与股骨假体相邻的点与前皮质平行延伸线之间的垂直距离，即为切迹深度（H），假体近端点与切迹近端点之间的距离即为切迹长度（L）（图1b）。

图 1.

The measurement method of anterior femoral notchinga. The anterior femoral notching model (top) and the enlarged schematic diagram of the arrow (bottom) when the two tangent lines were parallel; b. When the two tangent lines were not parallel, the black solid line was the parallel extension line of the femoral anterior cortex

股骨前皮质切迹测量方法

a. 两条切线平行时股骨前皮质切迹模型（上）和箭头处放大示意图（下）；b. 两条切线不平行时，黑色实线为股骨前皮质的平行延伸线

股骨前皮质切迹分级标准较少，一般以侵犯股骨髓腔深度分级。最常用 Tayside 分级^[12-14]：Ⅰ级，侵犯股骨前皮质外表；Ⅱ级，侵犯股骨前皮质外表和内表；Ⅲ级，侵犯多达 25% 髓管深度（从内表到髓管中心）；Ⅳ级，侵犯多达 50% 髓管深度。

2. 股骨前皮质切迹发生原因

2.1. 后参考技术

行 TKA 时有两种股骨截骨方式可供选择，即前参考技术和后参考技术^[15]。前参考技术是以股骨前皮质作为参考点，确定前皮质切除骨的厚度，通过调整后髁切除厚度确定股骨尺寸；后参考技术是以后髁作为参考点，确定后髁切除骨的厚度，通过调整前皮质切除厚度确定股骨尺寸。使用后参考技术时可能会出现以下 3 种情况：① 所选的股骨组件是最佳尺寸，可以匹配股骨前后径以获得平衡的屈曲间隙^[15]；② 股骨组件大于最佳尺寸，会导致髌股关节过度填充，缩小膝关节运动范围^[16]，内外侧软组织刺激严重，还会导致髌股关节压力过大，术后持续膝前痛；③ 股骨组件小于最佳尺寸，则后髁切除厚度不变，股骨前皮质切除厚度增加，股骨前皮质切迹发生率增加，从而增加股骨前皮质周围应力以及股骨髁上骨折风险^[11，15-16]。

因此使用后参考技术进行股骨截骨时，必须严格且谨慎切除股骨前皮质，可在安装四合一截骨模块后，使用切骨量片查看皮质切除厚度，选择合适的股骨组件大小，以避免股骨前皮质切迹的发生。

2.2. 股骨后髁角（posterior condylar angle，PCA）

TKA 术中通常使用股骨后髁轴（posterior condylar line，PCL）和股骨外科上髁轴（surgical transepicondylar axis，STEA）来确定后髁截骨。STEA 定义为股骨外侧髁上突起处（对应外侧副韧带起始处）与股骨内侧髁凹槽处（对应内侧副韧带起始处）之间的 1 条线；PCL 为股骨内侧后髁与外侧后髁最高点的连线；PCA 即为 PCL 与 STEA 夹角。

近年，Kawahara 等^[8]的研究表明 PCA 与股骨前皮质切迹长度成正相关，当采用术中对准 STEA 的方法进行股骨旋转定位时，随着 PCA 角度增加，即 STEA 相对于 PCL 外旋角度增加，股骨测号器的笔针位置相对于股骨前皮质更偏外侧。由于股骨外侧前皮质比内侧或中央部分更突出，因此较大的 PCA 其股骨前皮质切迹风险更大；且 PCA 角度越大，股骨前皮质切迹长度越长，对于股骨前皮质的损害也就越大。

目前股骨假体旋转定位主要有 4 种方法：平衡间隙法、参考 PCL 外旋 3° 放置法、垂直于 Whiteside 线放置法以及术中定位 STEA 法。临床上，股骨旋转对位常使用 PCL 外旋 3° 截骨或 5° 截骨，也可以使用术中定位 STEA 进行截骨。当外翻膝关节使用 5° 截骨标准时，则有可能发生股骨前皮质切迹，还可能导致髌骨压力增加，髌骨轨迹不良。考虑到患者个体解剖差异和男女性别中 PCA 的差异^[17-18]，通过术前影像学评估 PCA 来调整股骨旋转对位，不仅能保证股骨假体对位精准，术后膝关节功能恢复更好，还可有效避免股骨前皮质切迹发生^[19]。

2.3. 变异的解剖位置

成年人股骨前皮质的解剖形态大致相同，即外侧较高、内侧较低。然而 Page 等^[20]使用计算机辅助外科导航系统的光电系统对 50 具尸体股骨前皮质的 27 个剖面进行评价，发现存在 4 个不同剖面（图2）：第1类，外侧皮质最高、内侧最低，占 56%；第2类，中心区域处较低、而两侧较高且等高，占 26%；第3类，中央为最高点、两侧最低，占 14%；第4类，内侧较高、外侧较低，占 4%。

图 2.

Schematic diagram of the anatomical morphology of the anterior femoral cortex

股骨前皮质解剖形态示意图

a. 第1类；b. 第2类；c. 第3类；d. 第4类

a. The first category; b. The second category; c. The third category; d. The fourth category

对于第1类形态，如果术者选择将股骨测量导板的笔针与股骨远端外侧最高点对齐，可能导致髌股关节过度填充或增加屈曲间隙；若选择将笔针对齐股骨远端内侧的最低点，可能导致前皮质切迹或减少屈曲间隙；若术者选择外旋股骨假体，则前外侧皮质也会暴露在切迹中，从而发生切迹。对于第2类形态，股骨前皮质中心区域凹陷，选择该点作为参考，可能导致股骨内侧和外侧皮质均出现切迹，如果外旋股骨组件，那么切迹仅出现在股骨外侧皮质；这种变异性导致股骨前皮质切迹发生率较高。Middleton 等^[21]发现外部旋转的股骨组件植入可导致更高的股骨前皮质切迹风险。对于第3类形态，股骨前皮质呈凸形，笔针放置于中央将使股骨组件向前和过度填充髌股关节，减少股骨前皮质切迹的发生。对于第4类形态，最高点在内侧，最低点在外侧，整个股骨远端呈一个“扭曲”的形状。如果术者将股骨测量导板的笔针与股骨远端外侧对齐，可能导致股骨前皮质切迹发生，除非股骨组件旋转对齐股骨前皮质。

在行 TKA 之前使用三维 CT 进行术前规划，能够针对不同解剖结构判断股骨前皮质形态，并在术中进一步确认，有助于在使用股骨测量导板时判断股骨皮质的最高点，选择合适假体型号，避免因股骨前皮质解剖变异而导致股骨前皮质切迹。有研究表明，股骨测号器的笔针放置最佳点位于股骨前皮质中央、前髁边缘往上 2 cm 处，以此选择假体型号^[22]。术中通过判断股骨前皮质解剖形态来选择假体型号时，应慎重选择位置，并采取内外侧多重采样，避免假体选择不当。

2.4. 假体大小的可选择性

目前股骨假体设计大多以 1～2 mm 为增量，而较早股骨假体增量是 4～6 mm^[15]。Shekhar 等^[23]在一项对 532 例患者的研究中发现，使用后参考技术，当假体有较多尺寸可供选择时，可以减少股骨前皮质切迹的发生。当假体有较多尺寸可供选择时，相邻尺寸之间的增量较小，能够减少股骨前皮质切迹的发生。

2.5. 进髓点后移

国内 TKA 手术患者年龄常常较大，关节变形严重，骨赘增生较重。在髁间窝骨赘增生较重的关节很难判断进髓点，若进髓点靠后，髓内导向杆就会呈屈曲位进入股骨干，此时易侵犯股骨前方皮质，造成前皮质切迹。孙云波等^[12]对 471 例 TKA 患者研究发现，有 8 例（1.7%）膝关节因进髓点靠后而导致股骨前皮质切迹。Wangroongsub 等^[24]对 TKA 术中股骨进髓点研究后指出，最佳位置为股骨髁间切迹顶部内侧（1.5±2.0）mm，上方（12.0±2.7）mm，由此插入髓内杆至股骨峡部最接近于股骨侧位机械轴，可以减少股骨前皮质切迹发生的可能。

2.6. 技术的选择

2.6.1. 计算机导航技术

随着科技发展，计算机导航技术逐渐用于 TKA 。与传统 TKA 比较，导航技术下 TKA 具有假体对位精准、术后疼痛少、术中出血较少和脂肪栓塞发生率下降等优点^[25-30]。

目前的计算机导航技术主要分为两大类：① 传统的基于大型控制台的导航技术，分为有图像和无图像导航。有图像导航采用术前 MRI 和/或 CT 成像来提供关节表面的立体定向配准和整体对准；无图像导航需要医师在术中标记髋关节和踝关节中心点、膝关节面及其他标志来创建虚拟坐标，根据对线标准进行股骨和胫骨截骨。② 新式手持式导航技术是一种最新开发的，不需要大型控制台监视器和计算机的导航技术^[31]。目前最常用的是传统计算机导航技术。

有研究表明，计算机导航技术可能会导致股骨前皮质切迹发生概率增加。如 Lee 等^[10]的研究中，常规 TKA 组股骨前皮质切迹发生率为 5.7%，导航 TKA 组为 16.7%（P=0.037）；常规 TKA 组切迹深度为（2.92±1.18）mm（1.8～4.5 mm），导航 TKA 组为（3.32±1.54）mm（1.55～6.93 mm）（P=0.642）；常规 TKA 组和导航 TKA 组分别有 2 例（50%）和 7 例（53.8%）切迹深度>3 mm，可能导致股骨髁上骨折。此外，Minoda 等^[32-33]也对此进行了三维模板研究，得出使用计算机导航技术比传统技术更容易导致股骨前皮质切迹的结论。

计算机导航技术辅助 TKA 中出现股骨前皮质切迹的主要原因，是计划接受 TKA 治疗的老年妇女有更短、更前屈的股骨。理论上，在股骨前弓存在情况下，股骨远端解剖轴（髓内定位杆的方向）向股骨机械轴前偏移。因此，在常规 TKA 治疗时，股骨组件的矢状位垂直于股骨远端解剖轴。尽管与整个股骨的机械轴相比，它处于轻微屈曲状态，然而导航技术中的计算机被编程后显示股骨远端切割垂直于机械轴。因此，垂直于机械轴的股骨远端切口可能导致股骨前皮质切迹。在术前 X 线片上严重股骨前弓的情况下，导航技术辅助 TKA 的股骨远端截骨必须进行调整^[34]。

Perlick 等^[35]研究得出计算机导航技术辅助 TKA 时，在股骨前皮质轻微屈曲 2° 时插入股骨假体，可以避免股骨前皮质切迹。另外，术前影像学评估必不可少，如发现患者有显著的股骨前弓，则应在导航技术辅助 TKA 期间调整股骨截骨。

2.6.2. 个性化截骨技术（patient-specific instrumentation，PSI）

TKA 术后有超过 20% 的患者对治疗结果不满意^[36]。假体错位常常是手术失败、患者不满意的主要原因。Lombardi 等^[37]提出 PSI，其目的是提高植入准确性，减少手术时间，提升患者手术满意度^[38]。然而，Ke 等^[39]研究表明使用 PSI 的 TKA 也会导致股骨前皮质切迹发生率增加。因此在 TKA 中选择 PSI 时，术者应意识到与股骨前皮质切迹相关的风险。

与导航技术形成股骨前皮质切迹的原因相似，使用 PSI 形成股骨前皮质切迹主要与股骨前弓有关。在使用 PSI 和导航技术时，股骨远端是根据股骨机械轴来截骨的，因此在存在股骨前弓的患者中，股骨远端较为弯曲，矢状面上股骨远端解剖轴与股骨机械轴会形成夹角（即股骨远端矢状位前倾角），若术者未注意到此变异，则会导致股骨前皮质截骨过多，形成股骨前皮质切迹（图3）。特别是当股骨远端矢状位前倾角≥3° 时，股骨前皮质切迹发生的可能性明显增加。因此，股骨远端矢状位前倾角可作为一个指标，预测股骨前皮质切迹发生可能。有研究表明，中国人股骨远端 1/3 不仅前后弯曲，而且比中上段弯曲更多，并且股骨越短，其远端股骨曲率半径越短，这种解剖结构使得中国人更加容易存在股骨前弓，使用导航技术和 PSI 时更容易形成股骨前皮质切迹^[40]。

图 3.

Schematic diagram of anterior femoral arch osteotomyC for the osteotomy guide plate　a. Osteotomy along the distal femoral anatomical axis (A) does not produce femoral anterior cortical notch; b. Osteotomy along the femoral mechanical axis (B) using computer navigation or PSI technology (the red line is the osteotomy line), the anterior femoral cortical notch is prone to occur at the arrow

股骨前弓截骨示意图

C 为截骨导板　a. 沿股骨远端解剖轴（A）截骨时不产生股骨前皮质切迹；b. 使用计算机导航或 PSI 技术沿股骨机械轴（B）截骨（红线为截骨线），箭头处易发生股骨前皮质切迹

3. 股骨前皮质切迹的预防

3.1. 弯曲股骨假体放置

在 TKA 中选择股骨假体尺寸时，如果前后径长度匹配、内外侧假体悬挂，则容易导致内外侧软组织局部炎症刺激，甚至持续术后膝前痛；如果选择小一号尺寸假体，又容易导致股骨前皮质切迹。此时弯曲股骨假体植入是一个较好选择^[41-43]。尽管既往研究表明，TKA 术中股骨假体应避免放置在一过度屈曲的位置，这样会限制膝关节伸展活动，或改变其他运动学功能，如改变屈曲间隙结构或髌股关节反作用力以及过度伸展^[9，44-45]。但 Tsukeoka 等^[46]研究指出，股骨组件的矢状屈曲每增加 2° 将导致屈曲间隙减少 1 mm，弯曲假体可以作为控制屈曲间隙的方法，使伸直间隙与屈曲间隙平衡。在 TKA 中可以接受 4° 以内矢状屈曲。Marra 等^[43]发现，弯曲后交叉韧带保留型股骨假体放置，可以降低股骨前皮质切迹和假体悬挂发生风险，并且增加膝关节伸展时的髌腱力矩臂，减少股四头肌和髌股接触力。Kang 等^[42]的研究也证实，后稳定型股骨假体弯曲增加了后胫股偏移，减少了股四头肌肌力和髌股关节接触力，可以选择中性对齐至轻微股骨假体弯曲对齐，以免股骨前皮质切迹发生。

3.2. 机器人辅助技术

近年研究表明^[47-49]，机器人辅助下 TKA 时，极大提高了术中截骨及假体放置位置的准确性，恢复下肢力线，延长假体寿命。Mannan 等^[47]对机器人辅助技术组和传统 TKA 组进行了一项 Meta 分析，表明机器人辅助技术组相比传统 TKA 组力线对齐更精准，术后引流量更少，膝关节评分更好，在冠状位及矢状位中截骨更精准，可有效预防股骨前皮质切迹和假体悬出。柴伟等^[48]在一项尸体实验研究中发现，采用国产机器人辅助技术行 TKA 模拟截骨时，能够按照术前规划值进行精准截骨，提高假体放置位置和角度的准确性，对 TKA 有着良好的辅助作用。冠状位及矢状位的截骨，尤其是矢状位的截骨，决定着前后髁的截骨量，精准截骨可以有效预防股骨前皮质切迹。

3.3. 前后参考技术联合

使用后参考技术截骨时，后髁截骨厚度为固定值，前髁过度切除会导致股骨前皮质切迹的发生。而采用前参考技术截骨时，前髁截骨较为固定，可避免股骨前皮质切迹产生，而后髁截骨量决定着屈曲间隙大小。使用前后参考技术联合的方式调节前髁及后髁截骨量，可避免股骨前皮质切迹发生，也能控制屈曲间隙平衡^[15]。

4. 小结与展望

由于 TKA 的复杂性，在不同手术步骤中都有可能因手术失误导致股骨前皮质切迹发生。术前需要对股骨前皮质解剖结构和股骨旋转对位进行规划，因个体变异，四合一截骨板及其笔针的放置尤为重要，采用术前影像学评估及术中评估相结合的方法进行前皮质截骨，可减少股骨前皮质切迹的发生。TKA 术中，前后参考技术、进髓点、假体尺寸及计算机导航或 PSI 技术的选择，是决定股骨前皮质切迹发生的因素。选择后参考技术时，假体尺寸选择较小会导致股骨前皮质切迹发生；使用计算机导航或 PSI 技术时，虽然假体对位更加精准，出血更少，但是股骨前弓会截去更多前皮质骨，增加股骨前皮质切迹发生率；进髓点的前后移位同样也影响着前皮质截骨。

术前全面评估患者膝关节解剖形态、力线对位，制定全面的术前计划，针对不同患者选择合理的 TKA 手术方案，做到个体精准化，可减少股骨前皮质切迹的发生。而对于手术中已经出现的股骨前皮质切迹，如何避免股骨髁上骨折的发生且尽早进行前皮质切迹修复，是未来的研究方向。

作者贡献：张金成负责内容构思和设计、观点形成及撰写文稿；冯硕负责文章内容修改整理；张乐曙、周航负责文献检索、文章校对及提出修改意见；陈向阳负责设计文章整体框架，把握内容准确、科学，修改并审核全文。

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。