股骨遠端旋轉力線定位方法及其臨床意義

膝蓋是人類最重要的關節之一，結構最復雜、最容易被疾病破壞的關節之一。人工膝關節置換術(totalkneearthroplasty,TKA)已成為治療各種晚期膝關節疾患最有效的治療手段并取得了巨大的成功,隨著手術量的日益增加,其術后并發癥也不容忽視,而股骨遠端旋轉力線的定位在TKA中有著至關重要的意義,旋轉不良會直接影響手術效果,帶來諸多并發癥。本文回顧近年來國內外文獻,就股骨遠端旋轉力線定位方法及其臨床意義做系統概述,并探討存在的問題。1tka的并發癥膝關節置換術始于20世紀60年代,自Maclntosh行半髁關節置換術以來,隨著膝關節假體設計、材料、膝關節運動功能的認識加深及手術技術的不斷成熟,其療效已被肯定,成為治療膝關節嚴重疾患、解除膝關節疼痛、重建膝關節功能的常規手術。假體使用壽命逐漸延長、術后并發癥逐漸減少,手術優良率已達90%,翻修率不到3%~4%。如今,隨著TKA的完善與普及以及社會經濟的發展,全球TKA的手術量正逐年增加,據估計全世界每年施行該術超過100萬例。面對如此巨大的手術量,雖然手術優良率和翻修率較為滿意,但并發癥發生的絕對數量也相當巨大,逐漸成為骨科醫師棘手的問題之一。TKA的術后膝關節功能取決于下肢力線的保留與重建、假體對線情況、關節線高度恢復及軟組織平衡等。股骨假體旋轉不良會導致術后髕股關節并發癥、脛骨旋轉對線不良和屈膝不穩定等問題的出現,引起膝前區疼痛、髕骨半脫位、髕骨全脫位和髕股關節面非正常磨損等,顯著影響膝關節功能及假體的壽命,Skolnick等在1976年首次報道在TKA中假體旋轉不良與臨床效果之間存在關聯,Worland、Akagi等相繼報道TKA術后髕股關節并發癥的發生率為1.5%~12%,占翻修原因的50%。股骨假體的旋轉對線是決定髕股關節運動軌跡和膝關節屈曲穩定性的關鍵所在,為了減少術后并發癥及降低翻修率,提高術后膝關節功能及患者生活質量,對股骨假體進行精確地旋轉定位尤為重要。2膝關節屈曲軸的變化股骨遠端解剖結構較復雜,附著諸多韌帶和肌腱。內、外側髁之間以髁間窩相隔,兩髁關節面向前逐漸變平,并于前方聯合,形成一矢狀位淺凹,即髕面。當小腿伸直時,可容納髕骨。股骨內、外髁關節面在矢狀和冠狀面上均呈凸形,股脛關節面矢狀面曲線半徑向后逐漸減小,在后側它們呈圓形并相互平行。股骨內、外側髁前后長軸互不平行而向后分開,內側軸較外側傾斜更明顯,與關節面橫軸呈120°交角。內側髁長度及曲率半徑比外側髁大,致使膝關節伸直過程中,內側髁有較大的滑動而產生股骨內旋運動。外側髁髕面大而突起,起阻止髕骨外脫位的作用。股骨兩髁側面粗糙不平,高出部分分別稱股骨內上髁和外上髁。股骨外上髁較小,關節面近側有一淺溝,稱腘肌溝,腘肌腱由此經過。內上髁上方有收肌結節。正常膝關節的生理狀態屈伸軸應為內側髁屈曲面球心與外側髁屈曲面球心的連線。在外側,它剛好穿過外上髁;但在內側,則位于內上髁后上方約13mm處。因此,這與早先認為的內外上髁連線(transepicondylaraxis,TEA)是膝關節的屈曲軸有所不同。但是,將TEA看成是主動功能段和終末伸展段的膝關節屈曲軸仍是一種有道理的折中,TEA是行TKA的重要參考軸線。對于正常膝關節,在歐美國家,以股骨后髁線(posteriorcondylarline,PCL)為標準,男性內外上髁軸線平均外旋3.5°,女性內外上髁軸線平均外旋1°。但對于合并骨性關節炎和膝關節外翻的病人來說,股骨內外上髁軸線外旋可達10°以上。3大腿骨遠端旋轉力線定位方法3.1股骨關節的旋轉定位股骨外側髁前后部比中央大,其最突出點是外上髁,外側副韌帶附著于此。內側髁有一個凸起的內側,很容易觸及,收肌結節、大收肌止于此,股骨內上髁位于收肌結節的前遠方,中央凹陷呈淺溝狀,內側副韌帶即起于此溝。股骨內外上髁軸線分為外科上髁軸線(surgicaltransepicondylaraxis,STEA,股骨外上髁突起和內上髁最凹處的連線)和臨床上髁軸線(clinicaltransepicondylaraxis,CTEA,股骨內外上髁最突出點的連線)2條。可通過CT掃描或普通X線攝片測量TEA,目前對于哪條軸線更接近于膝關節生理狀態屈曲伸直軸沒有定論,所以對于股骨假體在置入時應以STEA還是以CTEA為基線尚不明確。但Berge等研究指出,置入股骨假體時以STEA為基線相較于CTEA不但可以獲得更好的脛股關節功能恢復,更重要的是可以更大的減少髕股關節的遠期并發癥。因股骨內上髁凹陷處在臨床上不易識別,據既往研究,實際應用中習慣于將臨床軸內旋3°作為外科軸。Olcott等研究認為,采用TEA軸線為股骨假體旋轉定位參考軸,90%的膝關節可獲得偏差3°以內的對稱的屈曲間隙,而采用股骨髁間軸線和股骨后髁軸線為參照的膝關節,分別只有83%和70%的比例獲得了對稱的屈曲間隙,因此采用TEA是獲得屈曲間隙對稱最好最穩定的股骨假體旋轉定位方法。Churchill等通過對大量尸體標本的解剖和影像學研究證實,因為內、外側副韌帶起點即為膝關節生理狀態的旋轉軸,其又附著于股骨內外上髁,所以TEA是最為精準的參考軸線,且其準確性不受膝內翻、膝外翻的影響,可最大限度的獲得膝關節的生理屈伸。雖然TEA的準確性好、可靠性高,且STEA相比于CTEA更可靠,變異性更小。但由于術中不可直視且內外上髁被各種軟組織遮蔽,精確的觸摸并定位股骨外上髁最突出點和股骨內上髁凹槽最低點的連線相當困難,定位股骨外上髁最突出點和股骨內上髁最突出點也很困難,需要術者分離覆蓋其上的軟組織來精確定位,該操作將降低術后膝關節功能的恢復程度,且有研究指出,術中定位CTEA的誤差范圍較大。3.2旋轉力線與膝關節股骨后髁線是股骨內外髁后方最突出點的切線,在術中可直視定位。雖然最近股骨內外上髁軸線作為股骨假體的對線標志得到了廣泛的認可,但對于膝關節畸形不嚴重的患者來說,臨床中應用最廣泛的仍是股骨后髁線,如果直接用該線作為股骨截骨的標志,容易導致股骨假體內旋,很多骨科醫師采用在該線基礎上外旋3°截骨。PCL的概念是由Hungerford等在1985年提出的,目前很多術中定位器械均以該線為參照軸,其優點在于可直視定位,確保手術的可操作性和可重復性。但對于股骨后髁有嚴重磨損和退化的膝骨性關節炎患者來說,后髁常被嚴重侵蝕,若同樣采用PCL外旋3°截骨的話將造成股骨假體的內旋,因此PCL外旋3°并不適用于膝關節畸形患者。有文獻報道,PCL與TEA的關系不穩定,變異性較大,以PCL外旋3°作為股骨假體旋轉截骨的標志可靠性差。羅吉偉等對75側正常成年國人股骨標本進行實物拍照測量后指出,PCL與TEA的夾角有較大的變異性,術中僅通過測量PCL進行旋轉力線的定位可能導致截骨不準確,通過PCL、APL進行雙重定位可以提高手術操作精度。Boisgard等建議,PCL只應在膝關節畸形不嚴重的患者中使用,并需在術前行膝關節CT掃描評估其股骨后髁角且術中使用可調整的截骨模塊。膝關節置換中很少需要以PCL內旋來獲得屈曲間隙的對稱,僅有兩種情況需作這樣的處理。一種是在嚴重內翻膝中股骨后內側髁存在磨損,另一種是膝關節截骨術后,脛骨關節線存在過度外翻。3.3數據的特殊意義Whiteside等在1995年提出了股骨髁間前后軸線(anteroposteriorline,APL)的概念,即股骨滑車溝最低點到髁間窩頂部中央的連線,因此該軸線又稱為Whiteside線。如果股骨關節未發生破壞或即使因關節炎等異常情況發生了破壞,股骨后髁相對保持完整,其后髁線仍可作為一個可靠的旋轉對線標志。但如果后髁關節面伴隨股骨遠端關節面發生了顯著破壞,有時也會因為發育不良(更常見于膝外翻畸形)、翻修等原因而不能作為一個可靠的旋轉定位標志,甚至有時還由于骨缺損、解剖標志模糊等原因導致內外上髁軸線也不能作為一個可靠的屈曲和伸直位內外翻標志。這種情況下,Whiteside線可作為可靠地旋轉定位軸線,依照股骨髁間軸線垂線截骨可以保證髕骨溝位于正常的位置,使其在屈曲時獲得正常的壓力分布。Whiteside等在研究中發現,依靠股骨髁間軸線處理膝外翻畸形的患者可顯著減少髕股關節的并發癥,改善髕骨運動軌跡,獲得更好的遠期效果。Akag等通過對66名骨關節炎患者(111膝)行術前CT掃描,證實Whiteside線與CTEA垂直,即術中參照Whiteside線垂線截骨的效果與CTEA相當。Katz等通過對8具新鮮冰凍正常尸體膝關節行3種不同參照軸的TKA分析,發現Whiteside線的垂線與膝關節的生理屈伸軸接近。一般情況下,因Whiteside線在術中可直視,所以相對于有經驗的骨科醫師來說,通過仔細的觸摸股骨滑車溝可較好定位該線。但在嚴重的滑車發育不良和髕股關節炎時,股骨滑車溝的最低點難以辨認。MiddletonER等通過對50例白種人的健康股骨研究發現,大部分膝關節Whiteside線與TEA垂直(=91°),但是變化范圍達80°~102°(=4.7°),因此單獨使用Whiteside線的可靠性較差。且行翻修手術時因解剖標志的缺失而無法使用Whiteside線。3.4間隙平衡技術Insall等在1976年提出了經典的間隙平衡(balancedgaps,BG)技術,就是利用屈曲時的間隙聯合韌帶松解平衡。以手術前的肢體畸形為基礎,利用這種技術,首先把脛骨切除,然后是適當的韌帶松解術。這樣膝蓋彎曲到90°,再用緊張器或者間隔物把這個屈曲間隙分開。股骨切除區域平行于脛骨切除面,這樣就制造了一個矩形屈曲間隙,這種技術常規造成了股骨假體相對于股骨髁后部軸線的外旋,可以獲得很好的膝關節穩定性和膝關節活動度。Katz等通過對8具新鮮冰凍正常膝關節分別行以TEA、Whiteside線及間隙平衡技術為截骨參照方法分析,發現間隙平衡技術因不受骨性標志的影響而可靠性高、一致性好。間隙平衡技術對于保證TKA術后膝關節的屈伸穩定和足夠的屈伸活動度有重要意義。Lim等對46名利用間隙平衡技術行TKA的股骨遠端畸形患者進行分析,認為間隙平衡技術相較應用骨性標志定位股骨假體旋轉力線可獲得更好的臨床效果。但是,Matziolis等在2011年對69例關節炎患者(69膝)行TKA的前瞻性研究中,發現相對于STEA來說,使用間隙平衡技術導致股骨假體旋轉偏差了(2.4±1.8)°,變化范圍達0.2°~7.4°。即使屈曲間隙獲得了極好的平衡,仍不能獲得與平行于STEA的旋轉對線。不過,屈曲間隙是否平衡必須在內側和外側軟組織結構處于相等的張力且脛骨截骨精確地情況下進行判斷,且測量方法較為主觀,對手術醫師經驗要求高,可重復性、一致性較差。如果間隙平衡技術輔以計算機導航將會獲得更好的手術效果。3.5膝關節tka的定位和旋轉對線三維立體空間上的準確截骨、韌帶等軟組織的平衡及穩定、假體安放的位置和角度是影響TKA術后效果的主要因素。傳統手術通過術者的肉眼、手感和經驗來判斷術中的各種處理流程是否到位,許多主觀因素直接影響手術的精準性,尤其是對于有嚴重畸形、解剖標志異常的TKA,術中判斷極其困難。最近幾年來,由醫學影像技術、計算機技術和空間示蹤技術相結合發展而來的計算機導航技術(computer-assistedorthopaedicsurgery,CAOS)極大地提高了TKA的準確性和可重復性。與髖關節的手術不同,全膝關節置換術是能在手術時辨認和記錄解剖標志的。外科醫師可以使用與放射陣列相連的指示筆把下肢其他的骨性標志記錄下來。假體組件的對線就能通過在手術時建立的股骨與脛骨機械力學軸線來決定,組件的形狀與規格也能通過術中記錄的股骨遠端和脛骨近端的表面解剖來決定。Olcott等研究了100例初次TKA的患者,發現采用TEA定位股骨假體旋轉仍有10%的患者達不到屈伸膝關節時的間隙平衡,說明單靠解剖標志在術中有時仍難以定位。而通過計算機導航技術可以做到股骨假體的準確旋轉對線,術中實時的顯示出股骨假體和脛骨假體的旋轉對位的角度和膝關節屈伸位時間隙的變化情況,并視患者情況予以隨時調整,實現人機互動。不過,Lutzner等隨機對80名患者行CAOS或傳統TKA手術,術后5到7天行下肢全長CT掃描,發現兩組患者之間的膝關節股骨假體和脛骨假體沒有明顯的旋轉角度差異,但是CAOS組的變異范圍較小。ZhangGQ等設計了一項納入32名需行雙膝置換病人的隨機臨床試驗。每位患者一膝施以CAOS的TKA,另一膝施以傳統的TKA。結果顯示CAOS組在冠狀面和矢狀面可提供相對于機械力學軸偏差小于3°的截骨與假體安裝,而傳統TKA的偏離系數是CAOS的3倍,但是兩組在假體旋轉對線上并沒有統計學差異。雖然計算機輔助外科手術有增加對線和定位精確性的潛力,但是它仍然需要依靠外科醫師在手術中輸入準確的數據。4遠端旋轉定位技術確定股骨假體的旋轉最根本的考慮是獲得對稱的屈曲間隙。TKA術中股骨假體旋轉不良,無論是過度外旋還是過度內旋,均會出現股骨假體與脛骨假體聚乙烯墊之間的接觸壓異常,從而導致聚乙烯墊磨損過快和繼發接觸應力異常;股骨假體過度內旋較外旋更容易導致髕股關節運動軌跡異常及髕骨外脫位。Barrack等研究指出,股骨和脛骨假體聯合內旋患者的術后膝前痛發生率是聯合外旋患者的5倍。股骨內旋超過4°即可產生髕股關節運動軌跡外移,致膝前痛、髕骨半脫位乃至全脫位。目前,還沒有出現一種在TKA術中可靠性、可重復性和可操作性等各方面都具有絕對優勢的股骨遠端旋轉定位的技術方法。TEA(尤其是STEA)已被認為最接近于膝關節生理屈曲軸,其準確性、變異性都很好,而且該骨性標志是翻修手術中唯一可用的,但其被韌帶等軟組織遮蔽,術中難以觸摸并精確定位。PCL在術中可直視定位,利用在其基礎上外旋3°截骨以確定股骨假體旋轉可操作性強,目前常用的手術機械定位器械都以該線為基準,但這也只能在膝關節尤其是股骨后髁無明顯磨損和退化的患者中才具有較好的準確性,如在外翻膝中,由于軟骨面的磨損,PCL與TEA的角度明顯增大,如果此時仍按股骨后髁線外旋3°截骨,那么股骨假體又產生過度內旋的傾向。Whiteside線在術中也可直視下觸摸定位,但對手術醫師的經驗要求更高,因為滑車溝的最低點難以確認,眾多文獻指出Whiteside線垂線與膝關節生理屈曲軸接近,與TEA基本平行,但變異范圍較大,因此可靠性較差。從股骨旋轉的最終目的來看,間隙平衡技術是最可靠、最精確的