運動學對線應用于全膝關節置換術的研究進展

趙春濤，卿明松，彭笳宸

膝關節骨性關節炎已成為老年人常見疾病之一，越來越多的患者選擇手術方法治療終末期膝關節骨性關節炎，全膝關節置換術（total knee arthroplasty，TKA）是改善終末期膝關節骨性關節炎患者疼痛和恢復膝關節功能的一種行之有效的方法，并取得了臨床醫師的認可［1］。患者TKA 術后的10 年、15 年生存率可達 93.3% 和 88.7%［2］，雖然假體長期生存率較高，但是約1/5 行TKA 的患者對術后效果不滿意，對緩解疼痛的滿意度為72%～86%，對特定日常生活活動的功能滿意度為70%～84%［3］，導致患者不滿意的因素有很多，如術后膝關節疼痛、膝關節活動度減小等，部分原因可能是TKA 后未能重建膝關節自身的運動學特征。對于近年來興起的運動學對線方法，外科醫師擔憂其術后并發癥、術后膝關節功能及假體長期生存率等，本文主要對其概念、背景、手術方法、術后臨床效果及存在問題等作一綜述，旨在為外科醫師在TKA 術中選擇不同下肢對線方案提供參考。

1 運動學對線理念與機械力學對線理念不同點

對于外科醫師來說，下肢力線精確重建是患者術后假體壽命和術后功能的重要影響因素。在過去的30 年中，TKA 中最常見的下肢力線重建方法是機械力學對線方法（mechanical alignment，MA），大多數情況下，股骨頭中心與距骨中心的連線經過膝關節中心，該連線稱之為下肢機械力線；機械力學對線是指垂直于機械軸行股骨遠端、脛骨近端截骨，使股骨-脛骨關節線垂直于下肢機械離線，機械力學對線方法指導的TKA 依賴于在冠狀平面上建立下肢機械軸0°±3°范圍內。該種手術方式術后，下肢的機械軸穿過中心并垂直于膝關節線［4］，脛骨平臺內外側受力相等，理論上可以減少膝關節假體磨損，提高膝關節假體的生存率。

與MA 關注的二維平面不同的是，運動力學對線方法（kinematic alignment，KA）關注的是患者個性化的解剖結構，并重建膝關節的三維立體結構，在最小化松解膝關節周圍軟組織及韌帶的同時，將股骨、脛骨和髕骨的旋轉軸與膝關節的3 個生理運動軸線相一致［9］。股骨假體和脛骨假體固定在盡量不松解韌帶的股骨、脛骨上［10-12］，并恢復膝關節線原有的角度和高度。根據患者術前膝關節影像學表現，盡量恢復患者術前膝關節內、外翻關節線或者中立位關節線。與機械力學指導全膝關節置換（mechanical alignment-total knee arthroplasty，MA-TKA）模擬膝關節簡易運動不同，運動力學對線指導全膝關節置換（kinematic alignment-total knee arthroplasty，KATKA）的目標是提高患者術后膝關節功能，減輕疼痛，減小手術創傷，并試圖最大可能恢復膝關節原有的運動狀態。KA-TKA 參照膝關節病變前狀態原位恢復膝關節關節面，如果患者存在生理性內、外翻關節線，則術后部分患者股骨-脛骨關節線會偏離傳統的中立位對線，因此外科醫師對KA-TKA 術后假體磨損及壽命表示很大的擔憂。

2 KA-TKA提出的背景

2.1 解剖因素 有研究表明，人體生理股骨-脛骨關節線存在一定的內外翻角度，相當一部分正常人群一旦骨骼發育成熟，就存在膝關節生理性內翻（男性32%，女性17%）［4］。如果這部分生理性膝內、外翻患者在其老年時需要行TKA，需要按照原來膝關節線制定手術計劃，生理性內、外翻患者需將術后股骨-脛骨關節線分別做成內傾、外翻關節線。如果強制按照MA-TKA 方式行手術治療，可能會改變其股骨遠端、股骨后部和脛骨關節線的角度和高度［4，13］，并改變術后膝關節的解剖結構［5-6］，導致部分患者出現術后膝關節不適［7-8］。假體運動軸線與原有膝關節運動軸線不一致，甚至還需要加大股骨假體旋轉角度、松解膝關節周圍韌帶及關節囊以達到軟組織的平衡，因此使下肢力線恢復到中立位的機械對齊的MA-TKA 就有可能不是最佳的手術方式。

2.2 改善患者術后療效 目前手術工具以及膝關節假體均按照MA-TKA 手術方式進行設計，為了獲得較好的下肢力線，外科醫師認為需要提升手術工具的精度，并將計算機導航及個性化的截骨導向器應用于MA-TKA，這些方法雖然可以提高假體安放的準確性并使力線更標準，手術精度更高，但是研究發現這些做法并沒有從根本上提高患者TKA 術后的早、中期療效，反而增加了手術時間和治療成本［14-16］。

MA-TKA 截骨后保證內側和外側間室內實現更平衡的負荷分配，并盡可能減小假體磨損率和無菌松動率。KA-TKA 術后部分患者股骨-脛骨關節線偏離傳統中立位對線，從力學角度外科醫師認為KA-TKA 術后存在脛骨平臺內側或外側受力較大，外科醫師對KA-TKA 術后膝關節假體的磨損存在一定的擔憂，但是隨著聚乙烯材料質量和耐用性的不斷提高，對膝關節假體磨損及生存率的擔憂程度越來越低，并且有薈萃分析提出KA-TKA 未增加并發癥的發生率［17］。MA-TKA 雖然在一定程度上緩解了患者的疼痛癥狀，糾正了畸形，提高了患者術后的生活質量。然而，仍有一部分患者對術后膝關節功能不滿意，這需要改進手術技術或開發新的手術技術。關節炎前膝關節解剖和韌帶松弛的恢復和保存逐漸成為研究熱點［20］，KA-TKA 也開始廣泛應用于臨床。

3 KA-TKA手術方法

實現KA-TKA 可以分以下幾個步驟：術前需完善膝關節影像學資料，根據影像學資料重建膝關節三維模型，從而構建出正常膝關節生理結構，并作出截骨導向器，選擇合適的假體，確定假體安裝的三維空間位置［21-22］。截骨模塊包含鋸槽及釘孔用來限制截骨導向器位置，固定導向器后截骨，截骨后檢查膝關節穩定性及活動度，必要時松解膝關節周圍軟組織和補充截骨，確定截骨厚度與假體厚度一致［22］。計算機導航技術已經應用于諸多外科手術中，Hutt等［23］嘗試在計算機導航下進行MA-TKA，據術前站立位下肢全長片上制定手術計劃，并將術前計劃與術中測量結果進行比較，以排除導航設備可能發生的嚴重錯誤，并就最終假體安放角度作出最終計劃，手術取髕旁入路，松解側副韌帶，使用計算機導航系統確定下肢力線，將股骨遠端髁和脛骨平臺的軟骨和骨丟失情況與完整部位進行比較。后髁截骨采用傳統標準器械進行，與傳統KA-TKA 方法一致。

4 KA-TKA術后膝關節臨床療效

4.1 增大膝關節活動度 Dossett 等［24］通過觀察分別行MA-TKA 和KA-TKA 的2 組患者術前及術后6 個月的臨床療效及運動功能，結果顯示，KA-TKA組的膝關節屈曲度優于MA-TKA 組。Matsumoto等［25］研究表明KA-TKA 術后屈膝角和功能活動度評分明顯優于MA-TKA 組。另有多項研究亦顯示KA-TKA 組的膝關節功能優于 MA-TKA 組［26-28］；但是也有研究顯示KA-TKA 組的膝關節功能與MATKA 組無明顯差異［29-30］。因此這兩種手術方式術后膝關節活動度是否增大仍有待進一步研究。

4.2 良好的膝關節運動狀態 與MA-TKA 相比，KA-TKA 可以更好地恢復髕骨的運動學軌跡。關于尸體和生物力學的研究將膝前疼痛和髕骨軌跡不良主要歸因于股骨和脛骨假體位置不良［31-32］。Keshmiri 等［33］采用運動學和機械對齊技術對 10 具尸體膝關節假體植入前后的髕骨運動學進行比較，并使用計算機導航系統進行比較。對自然膝關節、KA-TKA 和 MA-TKA 后膝關節屈曲 10°～90°時髕骨橫向滑動、髕骨旋轉、髕骨上髁移動距離、髕骨正側移位變化等方面證實KA-TKA 在自然髕骨運動學恢復方面優于 MA-TKA。Maderbacher 等［34］研究發現，在膝關節屈曲 0°～90°之間時，KA-TKA 較 MATKA 在脛骨內旋或股骨后滾以及脛骨內收方面顯示出更自然的脛股運動模式；Lozano 等［35］研究發現KA-TKA 術后髕骨在滑車內的運動更符合生理狀態；Koh 等［36］研究發現 KA-TKA 在膝關節深屈膝過程中的髕股生物力學優于MA-TKA。綜合上述研究，KA-TKA 可以更好地還原術前的膝關節運動狀態，使髕骨有著更好的運動軌跡及運動狀態，也減少了因髕骨運動軌跡不良導致的術后膝前區疼痛。

4.3 接近正常步態 TKA 后大多數患者未能恢復到患病前的膝關節狀態［37］。TKA 后步態分析系統結果顯示，患者膝關節運動范圍較正常人群減小［38］。McClelland 等［38］研究發現，與 MA-TKA 相比，KATKA 術后患者的膝關節運動學更接近于正常人群，能更好地再現患者步態。而McNair 等［39］研究認為KA-TKA 與MA-TKA 術后患者步態并無明顯差異。Yeo 等［40］對行 MA-TKA 與 KA-TKA 患者進行 8 年隨訪顯示，未發現2 組患者術后步態有明顯差異。目前的文獻中關于MA-TKA 與KA-TKA 術后膝關節動態研究較少，且評估步態的方法無統一的標準及評估工具，相關研究結論尚需進一步研究驗證。

4.4 良好的假體生存率 全膝關節假體的生存率主要取決于下肢力線對齊以及假體植入位置，因此KA-TKA 后是否會對假體的長期存活產生不利的影響成為焦點，遵循患者的自然解剖將導致脛骨平臺假體被放置在內翻位，假體偏離機械軸3°以上放置會增加脛骨平臺塌陷、聚乙烯材料磨損、假體松動、膝關節不穩定和疼痛的風險，從而導致手術早期失敗［41］。但是隨著研究的深入，結果顯示KA-TKA 的假體長期生存率與MA-TKA 無明顯差異。Howell等［42］回顧分析 222 例 KA-TKA 術后患者，發現脛骨假體、膝關節和四肢在內翻和外翻范圍內的排列不影響種植體的10 年生存率、年翻修率和功能水平，KA-TKA 術后膝關節假體生存率為98.5%。另一項研究指出在TKA 運動調整后6.3 年，脛骨內翻體、膝關節和肢體的排列不影響種植體的存活或功能［43］。

5 問題與展望

KA-TKA 的治療費用、手術時間較MA-TKA多，MA-TKA 需要個性化的截骨導向器或者需要在導航下更精準地完成膝關節置換術；目前尚無針對KA-TKA 手術方法設計的假體，使用的是MA-TKA型假體，可能影響下肢力線及術后臨床效果。目前KA-TKA 短期術后膝關節功能是否優于MA-TKA仍存在爭議，KA-TKA 的臨床效果及安全性尚需進一步研究驗證。運動力學對線的提出為外科醫師在行TKA 時多了一種選擇，也促使外科醫師對傳統TKA 手術方式的思考及改進。