全膝關節置換術后膝關節功能康復個體化列線圖預測模型的建立與驗證

李凌峰，王思群

作者單位：復旦大學附屬上海市第五人民醫院骨科，上海200240

膝關節是人體使用頻率最高、結構最復雜的關節，其關節面軟骨退變等可造成關節逐漸損壞、畸形，發生膝關節功能障礙［1］。全膝關節置換術（TKA）是終末期膝關節疾病的有效治療方法，TKA的使用在全球范圍內持續增長，TKA對病人膝關節功能提供了實質性的改善［2］。臨床研究發現，TKA后膝關節功能康復并不理想，受多種因素的影響，包括術前疼痛、術后脛骨平臺后傾角等，但尚存在較多爭議［3-4］。目前，探究影響TKA后膝關節功能康復不理想的危險因素，基于篩選的危險因素對個體有效、及早地干預是臨床關注重點。目前臨床上尚未有個體化精準預測TKA術后膝關節功能康復不理想風險。而列線圖模型可通過整合logistic回歸分析篩選的危險因素，個體化精準預測某類事件發生風險值［5］。因此，本研究將探討TKA術后膝關節功能康復不理想的危險因素，并基于logistic回歸模型分析的危險因素構建個體化預測TKA術后膝關節功能康復不理想的列線圖模型，為臨床識別TKA術后膝關節功能康復不理想高風險者提供指導。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2019年1月至2021年12月復旦大學附屬上海市第五人民醫院接收的150例膝骨關節炎病人為建模組。選取2020年1月至2021年12月本院接收的102例膝骨關節炎病人為驗證組。納入標準：（1）符合膝骨關節炎的診斷標準，且Holden步行功能分級為Ⅳ級［6-7］；（2）TKA治療適應證，且首次接受TKA治療；（3）單側膝骨發病。排除標準：（1）術前1年內，有翻修手術或并發癥、骨折；（2）患有全身感染性疾病，膝關節存在感染、凝血功能障礙；（3）合并結核、類風濕性關節炎；（4）惡性腫瘤、肝腎功能異常。本研究經病人簽署知情同意書，經復旦大學附屬上海市第五人民醫院倫理委員會審查后批準同意（批號20181123）。

1.2 方法 病人均接受TKA治療，術后3 d開始功能鍛煉。術后定期復查，均進行為期3個月的隨訪，采用膝關節特殊手術醫院（HSS）評分評價隨訪結束時病人膝關節功能康復情況，主要評價指標包括關節功能、關節穩定性、關節活動度、屈曲畸形、肌力、疼痛等，總分為100分。分值越高則說明膝關節功能康復越好。根據病人評分情況，將HSS評分≥70分作為功能康復理想，HSS評分＜70分為功能康復不理想［8-9］。由此，將建模組病人分為康復不理想組（n=72）和康復理想組（n=78）。

1.3 觀察指標 收集病人臨床資料，包括年齡、性別、身體質量指數、糖尿病、軟組織平衡術、術后脛骨平臺后傾角、術前HSS評分、術后視覺模擬量表（visual analoguescale，VAS）評分、西安大略和麥克馬斯特大學骨關節炎指數（WOMAC）評分、平均手術時間。術后3個月采用VAS評分評估關節疼痛程度［10］，分數越高則說明疼痛程度越重。

1.4 統計學方法 采用SPSS 21.0處理數據。計量資料（WOMAC評分等）符合正態分布，以描述，兩組間比較采用t檢驗；計數資料（性別、身體質量指數、糖尿病等）以例數描述，兩組間比較采用χ2檢驗。logistic回歸分析影響TKA后膝關節功能康復不理想的危險因素，應用R3.6.3軟件構建預測TKA后膝關節功能康復不理想的列線圖模型。繪制校準曲線評估預測TKA后膝關節功能康復不理想列線圖模型的一致性。繪制受試者操作特征（ROC）曲線評估列線圖模型區分度，曲線下面積（AUC）比較采用Z檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 建模組與驗證組臨床資料比較 建模組與驗證組臨床資料比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。見表1。

2.2 建模組TKA后膝關節功能康復不理想單因素分析 康復不理想組、康復理想組年齡、糖尿病、軟組織平衡術、術后脛骨平臺后傾角、術前HSS評分、術后VAS評分比較，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表2。

表2 膝關節功能康復個體化列線圖預測模型建模組全膝關節置換術后膝關節功能康復不理想單因素分析

2.3 建模組TKA后膝關節功能康復不理想的多因素logistic回歸分析 將TKA后膝關節功能康復是否理想作為因變量（理想=0，不理想=1），將單因素分析中有統計學意義的變量（年齡、糖尿病、軟組織平衡術、術后脛骨平臺后傾角、術前HSS評分、術后VAS評分）作為自變量進行分析，變量賦值方式見表3。logistic回歸分析顯示，年齡≥65歲、未有軟組織平衡術、術后脛骨平臺后傾角≥5°、術前HSS評分＜45分、術后VAS評分≥6分是TKA后膝關節功能康復不理想的危險因素（P＜0.05），見表4。

表3 全膝關節置換術后膝關節功能康復個體化列線圖預測模型變量賦值

表4 TKA后膝關節功能康復不理想多因素logistic回歸分析

2.4 預測TKA后膝關節功能康復不理想的列線圖模型建立 將上述確定的危險因素：年齡、軟組織平衡術、術后脛骨平臺后傾角、術前HSS評分、術后VAS評分引入R軟件，建立預測TKA后膝關節功能康復不理想的列線圖模型。結果顯示，年齡≥65歲，評分增加72分；未有軟組織平衡術，評分增加88.5分；術后脛骨平臺后傾角≥5°，評分增加90.5分；術前HSS評分＜45分，評分增加75分；術后VAS評分≥6分，評分增加100分。見圖1。假如1名病人年齡≥65歲（72分）；有軟組織平衡術（0分），術后脛骨平臺后傾角≥5°（90.5分），術前HSS評分＜45分（75分），術后VAS評分≥6分（100分），即病人總分為337.5分，于總分值坐標337.5分處做垂線，對應的預測概率約為78%，則該病人TKA后膝關節功能康復不理想預測值為78%。

圖1 預測全膝關節置換術后膝關節功能康復不理想的列線圖模型

2.5 預測TKA后膝關節功能康復不理想的列線圖模型的驗證 繪制ROC曲線評估預測TKA后膝關節功能康復不理想列線圖模型的區分度，結果顯示，建模組AUC及其95%CI為0.88（0.82，0.93）（圖2A）；驗證組AUC及其95%CI為0.89（0.82，0.95），與建模組AUC相比，差異無統計學意義（Z=0.24，P=0.406）（圖2C）。列線圖模型的校準曲線預測值與實際值基本一致，Hosmer-Lemeshow擬合優度檢驗顯示，建模組χ2=7.36，P=0.499（圖2B）；驗證組χ2=7.13，P=0.415（圖2D）。

3 討論

膝關節骨關節炎是一種膝關節軟骨退行性骨關節病變疾病，部分病人發生膝關節畸形、功能障礙［11-12］。TAK是治療膝關節骨關節炎的主要治療方法，可有效矯正關節畸形，促進膝關節功能一定程度重建［13-14］。目前，TKA術后膝關節功能康復情況備受重視，也是臨床療效的評價關鍵。

本研究采用HSS評分評價術后膝關節功能，分析了TKA后膝關節功能康復不理想的危險因素。本研究多因素logistic分析顯示年齡≥65歲、未有軟組織平衡術、術后脛骨平臺后傾角≥5°、術前HSS評分＜45分、術后VAS評分≥6分是TKA后膝關節功能康復不理想危險因素。首先，年齡越大的病人，免疫功能較低，各臟器生理功能處于衰退狀態，易發生術后感染，影響術后關節功能的恢復，與既往的研究結論相一致［15］。第二，本研究提示未采用軟組織平衡術的病人，其術后膝關節功能恢復相對較差，分析其原因可能是，膝關節的韌帶及肌肉對穩定功能起到重要作用，而手術矯形的關鍵措施取決于韌帶的正確松解，以及軟組織的平衡；此外，軟組織平衡術改善病人膝關節周圍韌帶、肌肉穩定性，降低術中脛骨平臺內側骨贅增生的影響，減輕疼痛，改善活動能力，促進恢復膝關節功能［16-17］。第三，術后脛骨平臺后傾角＞5°對膝關節功能康復的影響可能原因是，術后脛骨平臺后傾角過大，可能造成膝關節前后軸位置不穩定、關節應力點改變、脛骨側假體向前半脫位，甚至引起假體的松動；術后脛骨平臺后傾角＞8°造成脛骨側假體向前半脫位的風險較大［18］。第四，HSS評分＜45分，術后VAS評分≥6分對膝關節功能康復的影響可能原因是，HSS評分是臨床評價膝關節術后功能恢復情況的常用方法，可反映病人膝關節功能恢復狀態；術后VAS評分≥6分表明術后病人膝關節疼痛感受較強，術后疼痛影響病人的治療信心，降低治療依從性，病人術后康復鍛煉的活動量會降低，影響了膝關節功能的恢復［9］。本研究未有軟組織平衡術、術前HSS評分＜45分、術后VAS評分≥6分是TKA后膝關節功能康復不理想危險因素，與付婷等［15］、陳秀民等［9］研究結果一致。

本研究基于年齡、軟組織平衡術、術后脛骨平臺后傾角、術前HSS評分、術后VAS評分等危險因素，構建預測TKA后膝關節功能康復不理想風險的列線圖模型。列線圖是優化預測個體不良事件發生風險的可視化預測模型［19］。目前，已有研究建立基于HSS膝關節評分預測老年髕骨骨折病人術后功能預后不良的列線圖［20］。表明該列線圖可用于輔助臨床決策。另外，為避免過度擬合，本研究對模型進行內外部驗證，顯示，列線圖模型預測準確性良好，另外建模組的AUC為0.88，驗證組的AUC為0.89，表明預測模型區分度良好。因此，建議臨床醫生在對老年病人行TKA后預防術后感染，同時實施軟組織平衡術，改善病人力學軸線和伸屈間隙，進而提高術后效果，并在術后做好疼痛干預。

綜上所述，本研究基于年齡、軟組織平衡術、術后脛骨平臺后傾角、術前HSS評分、術后VAS評分，5項危險因素建立預測TKA后膝關節功能康復不理想的列線圖模型，經驗證該模型具有良好的預測準確性，有助于臨床篩查TKA后膝關節功能康復不理想高風險病人。后續需要納入外部中心病人驗證列線圖模型臨床實用價值。