假體柄長度與股骨遠端腫瘤術后假體無菌性松動的關系

徐剛,陳宇

(四川友誼醫院骨科,四川 成都 610000)

膝關節是發生惡性腫瘤的常見部位,股骨遠端及脛骨近端發生良性骨腫瘤、惡性骨腫瘤的發生率分別為28.40%和46.84%,對患者的生活質量和生命造成嚴重影響[1-2]。以往對膝關節骨腫瘤的治療多采用截肢術,但并未延長患者的生存期,且會導致患者終生殘疾。隨著患者對保肢需求的增加及瘤段切除腫瘤型假體置換術和新輔助化療手段的發展和應用,以膝關節假體置換術為代表的保肢術已成為治療四肢骨腫瘤的首選方法,且患者的生存期也明顯延長,無轉移瘤患者5年生存期達72%～93%[3-4]。但在臨床實際應用過程中發現,假體的使用壽命存在明顯的個體差異,部分患者因機械因素、生物因素容易出現假體無菌性松動的情況,需進行膝關節翻修手術,翻修率約為20%,給患者造成二次傷害[5]。近年來保肢術在臨床上的應用已相當成熟,但隨著臨床上腫瘤型人工膝關節假體置換率的升高,術后出現假體無菌性松動的病例也隨之增加[6]。如何預防腫瘤型膝關節假體置換術后假體無菌性松動是目前臨床研究重點和亟待解決的難題。假體柄和髓腔的填充度、貼合度是影響術后假體穩定性的關鍵,主要涉及到假體柄的長度、直徑和曲率[7]。已有研究表明[8],較高的假體總長度與柄長度的比值預示著假體無菌性松動風險較高。但目前關于假體柄長度與假體無菌性松動間的關系仍存在較大爭議,且缺乏大量的臨床數據證實。本研究進一步探討假體柄長度對股骨遠端腫瘤膝關節假體置換術后假體無菌性松動的影響,為臨床手術方案的制定及延長假體使用壽命提供參考。

1 資料與方法

1.1 納入和排除標準 納入標準:(1)經病理檢查證實為股骨遠端惡性腫瘤者;(2)具備良好的重建技術條件,于本院首次進行腫瘤切除、腫瘤型人工膝關節置換術治療的患者;(3)膝關節假體均為鈷鉻鉬合金或鈦合金材質的旋轉鉸鏈型假體;(4)臨床資料及隨訪資料完整。排除標準:(1)患者及其家屬要求截肢者;(2)存在腫瘤遠處轉移;(3)腫瘤彌漫性皮膚浸潤或腘動靜脈、腓總神經、脛神經受累;(4)術后腫瘤復發、轉移;(5)失訪者。

1.2 一般資料 選擇2015年6月至2021年6月四川友誼醫院行膝關節假體置換術的164例股骨遠端腫瘤患者作為研究對象,男95例,女69例;年齡25～70歲,平均(47.33±5.45)歲。腫瘤類型為骨巨細胞瘤25例,惡性纖維組織細胞瘤11例,骨肉瘤102例,軟骨肉瘤26例。

1.3 方法

1.3.1 臨床資料收集 (1)一般資料:性別、年齡、身體質量指數(body mass index,BMI)、文化程度、是否吸煙、腫瘤類型(骨巨細胞瘤、惡性纖維組織細胞瘤、骨肉瘤、軟骨肉瘤)、Enneking分期(Ⅰb～Ⅱb期)、術前是否化療。(2)手術相關指標:手術側別、手術時間、術中出血量,記錄患者的首次復查時間、二次復查時間及復查間隔時間。(3)影像學參數的測量:患者術后采用下肢全長正側位X線片及醫學影像存檔與通信系統測量假體柄長度和直徑、截取骨段、髓外假體長度、髓內假體長度、髓腔柄直徑、股骨直徑,計算髓外與髓內假體長度比值、髓腔柄與股骨直徑比值;測量患者術后下肢力線距膝關節中心距離、機械軸脛骨近端內側角(mechanical medial proximal tibial angle,mMPTA)、機械軸股骨遠端外側角(mechanical lateral distal femoral angle,mLDFA)、股骨假體力線偏移角、脛骨假體力線偏移角、髖-膝-踝角(hip knee ankle angle,HKAA)。

1.3.2 隨訪指標 通過門診的方式對患者進行術后隨訪,隨訪時間為2～8年,截止至2023年6月,記錄患者術后隨訪期間的假體無菌性松動的發生情況。術后假體無菌性松動定義為骨-骨水泥界面上透亮帶寬度進行性增寬或>2 mm,骨水泥套斷裂或假體柄位置改變,且通過關節液微生物試驗陰性結果及血清C反應蛋白水平在正常范圍內,確定無局部或全身感染[9]。記錄患者隨訪期間的假體使用壽命,假體使用壽命定義為行膝關節假體置換術日期到發生假體無菌性松動的時間[10]。

2 結 果

2.1 兩組患者臨床資料的比較 松動組患者的BMI、吸煙比例、下肢力線距膝關節中心距離、脛骨假體力線偏移角明顯大于未松動組,假體柄長度、髓腔柄與股骨直徑比值、mLDFA、術后HKAA明顯小于未松動組,差異均具有統計學意義(P<0.05,見表1)。

表1 兩組患者臨床資料的比較

2.2 Kaplan-Meier法分析假體柄長度與假體使用壽命的關系 通過Log-Rank檢驗獲得假體柄長度預測患者術后假體無菌性松動的最佳截斷值為150 mm,將患者分為假體柄長度≥150 mm組和假體柄長度<150 mm組。采用Kaplan-Meier法繪制生存曲線,分析不同假體柄長度與假體使用壽命的關系,結果如圖1所示,假體柄長度<150 mm患者的假體生存率明顯低于假體柄長度≥150 mm患者,差異有統計學意義(Log-Rankχ2=66.751,P<0.001),提示假體柄長度與假體使用壽命有關。

圖1 Kaplan-Meier法分析假體柄長度與假體使用壽命關系的生存曲線

2.3 隨機森林算法篩選變量

2.3.1 變量重要性排序 采用隨機森林算法對影響患者術后假體無菌性松動的變量進行重要性評價,重要性由高到低的變量依次為mLDFA、下肢力線距膝關節中心距離、假體柄長度、髓腔柄與股骨直徑比值、術后HKAA、吸煙等(見圖2)。

圖2 隨機森林算法分析影響患者術后假體無菌性松動變量的重要性排序

2.3.2 降維 從重要性評分最高的mLDFA變量開始進行逐步隨機森林分析,當變量數目為6時,袋外數據錯誤率最低,因此,將篩選出的重要性排序為前6的mLDFA、下肢力線距膝關節中心距離、假體柄長度、髓腔柄與股骨直徑比值、術后HKAA、吸煙納入多因素Logistic回歸分析中(見圖3)。

圖3 袋外數據分類錯誤圖

2.4 多因素Logistic回歸分析影響患者術后假體無菌性松動的因素 多因素Logistic回歸分析結果顯示,下肢力線距膝關節中心距離增加是患者術后假體無菌性松動的危險因素(P<0.05),假體柄長度、髓腔柄與股骨直徑比值、mLDFA、術后HKAA增加是患者術后假體無菌性松動的保護因素(P<0.05,見表2)。

表2 多因素Logistic回歸分析影響患者術后假體無菌性松動的因素

2.6 假體柄長度與患者術后假體無菌性松動的劑量-效應關系 限制性立方樣條圖分析結果顯示,在男性或女性股骨遠端腫瘤患者中,假體柄長度與術后假體無菌性松動的關聯強度均不存在非線性劑量-反應關系(P>0.05,見圖4)。

圖4 限制性立方樣條圖分析假體柄長度與患者術后假體柄無菌性松動的劑量-效應關系

2.7 基于多因素Logistic回歸分析建立術后假體無菌性松動的預測模型 將多因素Logistic回歸分析結果納入回歸方程y=1-1/(1+e-z),得到預測患者術后假體無菌性松動概率的公式:P=1-1/(1+e-z),其中-z=4.372-0.962×假體柄長度-0.872×髓腔柄與股骨直徑比值+1.189×下肢力線距膝關節中心距離-1.197×mLDFA-0.823×術后HKAA。預測模型中e為指數函數,P為術后假體無菌性松動的發生概率。

2.8 模型的預測效能評價 當模型預測患者術后假體無菌性松動的概率為0.80時,約登指數最高(77.77),預測效果最好,準確度為92.24%,敏感度為85.63%,特異度為92.14%(見表3)。預測模型的ROC曲線下面積為0.825(95%CI:0.766～0.884,P<0.001),模型區分度較高(見圖5)。

圖5 ROC曲線評價預測模型的區分度

表3 不同概率下模型對術后假體無菌性松動的預測效果

3 討 論

隨著設計和材料等方面的改進,腫瘤型人工假體的使用壽命明顯延長,但與常規膝關節置換術相比,腫瘤型人工膝關節假體置換術后假體無菌性松動等并發癥的發生率較高,是前者的5～10倍[11-13]。其具體原因可能是:(1)骨腫瘤手術切除的骨和軟組織較常規假體置換術更多,手術創傷較大,手術時間較長,且骨腫瘤患者多存在免疫抑制情況;(2)骨腫瘤患者的年齡較小,伴隨著新輔助化療等綜合治療手段的應用,患者的生存期明顯延長,遠超出假體的使用壽命,許多患者可能需進行多次膝關節假體翻修術;(3)鉸鏈結構和不合適的假體柄長度可能導致假體的受力環境較為復雜,大大增加了術后假體無菌性松動的風險。假體無菌性松動屬于機械性并發癥,是腫瘤型膝關節假體置換術中遠期失敗的關鍵原因[14]。對于假體無菌性松動的治療,目前主要采用膝關節假體翻修術,價格昂貴,手術風險較高,且翻修效果并不理想[15]。因此,明確股骨遠端腫瘤患者膝關節假體置換術后假體無菌性松動的影響因素,制定個性化干預措施,對于預防患者術后假體無菌性松動有重要意義。

影響假體穩定性的因素中,假體柄與髓腔的填充度和貼合度至關重要。Li等[16]的研究結果顯示,假體柄長度、直徑與股骨遠端腫瘤膝關節假體置換術后假體無菌性松動有關,使用較長和直徑較大的假體柄能夠有效減少術后假體無菌性松動情況的發生。本研究結果顯示,假體柄長度增加是股骨遠端腫瘤膝關節假體置換術后假體無菌性松動的保護因素。分析其具體原因可能是,一方面,假體柄通過與股骨骨髓腔相連使宿主股骨與假體牢固連接,假體柄越長,其與髓腔的填充度和貼合度越高,提高假體的穩定性;另一方面,較短的假體柄與股骨骨髓腔連接后不能完全填充髓腔,需充盈更多的骨水泥,而骨水泥不可降解,抗扭能力差,且骨水泥無骨誘導能力,其磨損碎屑還能夠刺激假體的巨噬細胞和T細胞,使破骨細胞被激活導致骨溶解的生物學級聯反應,造成假體無菌性松動的發生。臨床上可通過3D打印技術制作個性化截骨模板,精確截骨量,提供適宜長度和直徑假體柄的個性化假體以完全填充髓腔,提高假體的穩定性,有利于患者術后康復及延長假體的使用壽命,從而提高患者中遠期預后水平。

股骨遠端腫瘤膝關節假體置換術后假體無菌性松動的原因較為復雜,可能是多種因素共同作用的結果。宗雅琪等[17]的研究結果顯示,BMI與膝關節置換術后假體無菌性松動發生率增加相關。本研究結果顯示,術后發生假體無菌性松動患者的BMI明顯高于未松動患者,但并未證實BMI是患者術后假體無菌性松動的影響因素,其原因可能與本研究的樣本量不足有關,仍需擴大樣本量進一步探討。李子明[18]證實,腫瘤性膝關節假體無菌性松動患者的mLDFA明顯低于未松動組。Li等[16]的研究結果顯示,股骨遠端腫瘤膝關節假體置換術后發生假體無菌性松動患者的HKAA較未松動組明顯減小。本研究與李子明[18]及Li等[16]的研究結果相似。此外,本研究還發現,下肢力線距膝關節中心距離增加是患者術后假體無菌性松動的危險因素,mLDFA、HKAA增加是患者術后假體無菌性松動的保護因素。下肢力線的重建是影響手術治療效果、患者術后膝關節功能恢復及遠期預后的重要因素,HKAA<177 °提示患者表現為膝內翻,力線偏倚及膝內翻容易導致負荷傳導紊亂,加重股骨骨皮質與假體髓腔柄末端的磨損情況,向正常運作的假體施加側向扭轉力,促進術后假體無菌性松動的發生。有研究認為,膝外翻也是導致膝關節置換術后假體無菌性松動的危險因素[19]。本研究中未發現術后假體無菌性松動患者出現膝外翻的情況,無法進一步驗證這一結論,還需擴大樣本量進行深入探討。本研究發現,髓腔柄與股骨直徑比值減小與患者術后假體無菌性松動具有明顯相關性,直徑小的髓腔柄機械強度較低,且不能完全填充髓腔,間隙需使用骨水泥進行填充,增加術后假體無菌性松動的風險。

本研究仍存在一定的局限性。首先,本研究為回顧性研究,且樣本量較少,可能存在回憶和選擇偏倚;其次,缺乏足夠的樣本量明確膝外翻對患者術后假體無菌性松動的影響;對建立的預測模型未進行外部驗證。在后續的研究中還需收集更多樣本量進行多中心、前瞻性研究,進一步驗證預測模型的廣泛適用性,并對預測模型進行補充和完善。

綜上所述,下肢力線距膝關節中心距離增加是患者術后假體無菌性松動的危險因素,假體柄長度、髓腔柄與股骨直徑比值、mLDFA、術后HKAA增加是患者術后假體無菌性松動的保護因素。臨床上應對股骨遠端腫瘤患者膝關節假體置換術后定期行雙下肢正側位X線片檢查,觀察下肢力線距膝關節中心距離變化,及時采取干預措施,重建下肢力線對于減少假體無菌性松動具有重要意義;此外,外科醫生應選擇較長的假體柄以完全填充髓腔,增加髓腔與假體柄的貼合度和填充度,提高假體的穩定性;選用貼合股骨直徑和髓腔直徑的假體髓腔柄,使其遠離股骨前弓,減少假體微動,同時能夠減少骨水泥的用量,降低術后假體無菌性松動風險。