股骨远端旋转力线定位方法及其临床意义

股骨远端旋转力线定位方法及其临床意义

膝盖是人类最重要的关节之一，结构最复杂、最容易被疾病破坏的关节之一。人工膝关节置换术(totalkneearthroplasty,TKA)已成为治疗各种晚期膝关节疾患最有效的治疗手段并取得了巨大的成功,随着手术量的日益增加,其术后并发症也不容忽视,而股骨远端旋转力线的定位在TKA中有着至关重要的意义,旋转不良会直接影响手术效果,带来诸多并发症。本文回顾近年来国内外文献,就股骨远端旋转力线定位方法及其临床意义做系统概述,并探讨存在的问题。1tka的并发症膝关节置换术始于20世纪60年代,自Maclntosh行半髁关节置换术以来,随着膝关节假体设计、材料、膝关节运动功能的认识加深及手术技术的不断成熟,其疗效已被肯定,成为治疗膝关节严重疾患、解除膝关节疼痛、重建膝关节功能的常规手术。假体使用寿命逐渐延长、术后并发症逐渐减少,手术优良率已达90%,翻修率不到3%~4%。如今,随着TKA的完善与普及以及社会经济的发展,全球TKA的手术量正逐年增加,据估计全世界每年施行该术超过100万例。面对如此巨大的手术量,虽然手术优良率和翻修率较为满意,但并发症发生的绝对数量也相当巨大,逐渐成为骨科医师棘手的问题之一。TKA的术后膝关节功能取决于下肢力线的保留与重建、假体对线情况、关节线高度恢复及软组织平衡等。股骨假体旋转不良会导致术后髌股关节并发症、胫骨旋转对线不良和屈膝不稳定等问题的出现,引起膝前区疼痛、髌骨半脱位、髌骨全脱位和髌股关节面非正常磨损等,显著影响膝关节功能及假体的寿命,Skolnick等在1976年首次报道在TKA中假体旋转不良与临床效果之间存在关联,Worland、Akagi等相继报道TKA术后髌股关节并发症的发生率为1.5%~12%,占翻修原因的50%。股骨假体的旋转对线是决定髌股关节运动轨迹和膝关节屈曲稳定性的关键所在,为了减少术后并发症及降低翻修率,提高术后膝关节功能及患者生活质量,对股骨假体进行精确地旋转定位尤为重要。2膝关节屈曲轴的变化股骨远端解剖结构较复杂,附着诸多韧带和肌腱。内、外侧髁之间以髁间窝相隔,两髁关节面向前逐渐变平,并于前方联合,形成一矢状位浅凹,即髌面。当小腿伸直时,可容纳髌骨。股骨内、外髁关节面在矢状和冠状面上均呈凸形,股胫关节面矢状面曲线半径向后逐渐减小,在后侧它们呈圆形并相互平行。股骨内、外侧髁前后长轴互不平行而向后分开,内侧轴较外侧倾斜更明显,与关节面横轴呈120°交角。内侧髁长度及曲率半径比外侧髁大,致使膝关节伸直过程中,内侧髁有较大的滑动而产生股骨内旋运动。外侧髁髌面大而突起,起阻止髌骨外脱位的作用。股骨两髁侧面粗糙不平,高出部分分别称股骨内上髁和外上髁。股骨外上髁较小,关节面近侧有一浅沟,称腘肌沟,腘肌腱由此经过。内上髁上方有收肌结节。正常膝关节的生理状态屈伸轴应为内侧髁屈曲面球心与外侧髁屈曲面球心的连线。在外侧,它刚好穿过外上髁;但在内侧,则位于内上髁后上方约13mm处。因此,这与早先认为的内外上髁连线(transepicondylaraxis,TEA)是膝关节的屈曲轴有所不同。但是,将TEA看成是主动功能段和终末伸展段的膝关节屈曲轴仍是一种有道理的折中,TEA是行TKA的重要参考轴线。对于正常膝关节,在欧美国家,以股骨后髁线(posteriorcondylarline,PCL)为标准,男性内外上髁轴线平均外旋3.5°,女性内外上髁轴线平均外旋1°。但对于合并骨性关节炎和膝关节外翻的病人来说,股骨内外上髁轴线外旋可达10°以上。3大腿骨远端旋转力线定位方法3.1股骨关节的旋转定位股骨外侧髁前后部比中央大,其最突出点是外上髁,外侧副韧带附着于此。内侧髁有一个凸起的内侧,很容易触及,收肌结节、大收肌止于此,股骨内上髁位于收肌结节的前远方,中央凹陷呈浅沟状,内侧副韧带即起于此沟。股骨内外上髁轴线分为外科上髁轴线(surgicaltransepicondylaraxis,STEA,股骨外上髁突起和内上髁最凹处的连线)和临床上髁轴线(clinicaltransepicondylaraxis,CTEA,股骨内外上髁最突出点的连线)2条。可通过CT扫描或普通X线摄片测量TEA,目前对于哪条轴线更接近于膝关节生理状态屈曲伸直轴没有定论,所以对于股骨假体在置入时应以STEA还是以CTEA为基线尚不明确。但Berge等研究指出,置入股骨假体时以STEA为基线相较于CTEA不但可以获得更好的胫股关节功能恢复,更重要的是可以更大的减少髌股关节的远期并发症。因股骨内上髁凹陷处在临床上不易识别,据既往研究,实际应用中习惯于将临床轴内旋3°作为外科轴。Olcott等研究认为,采用TEA轴线为股骨假体旋转定位参考轴,90%的膝关节可获得偏差3°以内的对称的屈曲间隙,而采用股骨髁间轴线和股骨后髁轴线为参照的膝关节,分别只有83%和70%的比例获得了对称的屈曲间隙,因此采用TEA是获得屈曲间隙对称最好最稳定的股骨假体旋转定位方法。Churchill等通过对大量尸体标本的解剖和影像学研究证实,因为内、外侧副韧带起点即为膝关节生理状态的旋转轴,其又附着于股骨内外上髁,所以TEA是最为精准的参考轴线,且其准确性不受膝内翻、膝外翻的影响,可最大限度的获得膝关节的生理屈伸。虽然TEA的准确性好、可靠性高,且STEA相比于CTEA更可靠,变异性更小。但由于术中不可直视且内外上髁被各种软组织遮蔽,精确的触摸并定位股骨外上髁最突出点和股骨内上髁凹槽最低点的连线相当困难,定位股骨外上髁最突出点和股骨内上髁最突出点也很困难,需要术者分离覆盖其上的软组织来精确定位,该操作将降低术后膝关节功能的恢复程度,且有研究指出,术中定位CTEA的误差范围较大。3.2旋转力线与膝关节股骨后髁线是股骨内外髁后方最突出点的切线,在术中可直视定位。虽然最近股骨内外上髁轴线作为股骨假体的对线标志得到了广泛的认可,但对于膝关节畸形不严重的患者来说,临床中应用最广泛的仍是股骨后髁线,如果直接用该线作为股骨截骨的标志,容易导致股骨假体内旋,很多骨科医师采用在该线基础上外旋3°截骨。PCL的概念是由Hungerford等在1985年提出的,目前很多术中定位器械均以该线为参照轴,其优点在于可直视定位,确保手术的可操作性和可重复性。但对于股骨后髁有严重磨损和退化的膝骨性关节炎患者来说,后髁常被严重侵蚀,若同样采用PCL外旋3°截骨的话将造成股骨假体的内旋,因此PCL外旋3°并不适用于膝关节畸形患者。有文献报道,PCL与TEA的关系不稳定,变异性较大,以PCL外旋3°作为股骨假体旋转截骨的标志可靠性差。罗吉伟等对75侧正常成年国人股骨标本进行实物拍照测量后指出,PCL与TEA的夹角有较大的变异性,术中仅通过测量PCL进行旋转力线的定位可能导致截骨不准确,通过PCL、APL进行双重定位可以提高手术操作精度。Boisgard等建议,PCL只应在膝关节畸形不严重的患者中使用,并需在术前行膝关节CT扫描评估其股骨后髁角且术中使用可调整的截骨模块。膝关节置换中很少需要以PCL内旋来获得屈曲间隙的对称,仅有两种情况需作这样的处理。一种是在严重内翻膝中股骨后内侧髁存在磨损,另一种是膝关节截骨术后,胫骨关节线存在过度外翻。3.3数据的特殊意义Whiteside等在1995年提出了股骨髁间前后轴线(anteroposteriorline,APL)的概念,即股骨滑车沟最低点到髁间窝顶部中央的连线,因此该轴线又称为Whiteside线。如果股骨关节未发生破坏或即使因关节炎等异常情况发生了破坏,股骨后髁相对保持完整,其后髁线仍可作为一个可靠的旋转对线标志。但如果后髁关节面伴随股骨远端关节面发生了显著破坏,有时也会因为发育不良(更常见于膝外翻畸形)、翻修等原因而不能作为一个可靠的旋转定位标志,甚至有时还由于骨缺损、解剖标志模糊等原因导致内外上髁轴线也不能作为一个可靠的屈曲和伸直位内外翻标志。这种情况下,Whiteside线可作为可靠地旋转定位轴线,依照股骨髁间轴线垂线截骨可以保证髌骨沟位于正常的位置,使其在屈曲时获得正常的压力分布。Whiteside等在研究中发现,依靠股骨髁间轴线处理膝外翻畸形的患者可显著减少髌股关节的并发症,改善髌骨运动轨迹,获得更好的远期效果。Akag等通过对66名骨关节炎患者(111膝)行术前CT扫描,证实Whiteside线与CTEA垂直,即术中参照Whiteside线垂线截骨的效果与CTEA相当。Katz等通过对8具新鲜冰冻正常尸体膝关节行3种不同参照轴的TKA分析,发现Whiteside线的垂线与膝关节的生理屈伸轴接近。一般情况下,因Whiteside线在术中可直视,所以相对于有经验的骨科医师来说,通过仔细的触摸股骨滑车沟可较好定位该线。但在严重的滑车发育不良和髌股关节炎时,股骨滑车沟的最低点难以辨认。MiddletonER等通过对50例白种人的健康股骨研究发现,大部分膝关节Whiteside线与TEA垂直(=91°),但是变化范围达80°~102°(=4.7°),因此单独使用Whiteside线的可靠性较差。且行翻修手术时因解剖标志的缺失而无法使用Whiteside线。3.4间隙平衡技术Insall等在1976年提出了经典的间隙平衡(balancedgaps,BG)技术,就是利用屈曲时的间隙联合韧带松解平衡。以手术前的肢体畸形为基础,利用这种技术,首先把胫骨切除,然后是适当的韧带松解术。这样膝盖弯曲到90°,再用紧张器或者间隔物把这个屈曲间隙分开。股骨切除区域平行于胫骨切除面,这样就制造了一个矩形屈曲间隙,这种技术常规造成了股骨假体相对于股骨髁后部轴线的外旋,可以获得很好的膝关节稳定性和膝关节活动度。Katz等通过对8具新鲜冰冻正常膝关节分别行以TEA、Whiteside线及间隙平衡技术为截骨参照方法分析,发现间隙平衡技术因不受骨性标志的影响而可靠性高、一致性好。间隙平衡技术对于保证TKA术后膝关节的屈伸稳定和足够的屈伸活动度有重要意义。Lim等对46名利用间隙平衡技术行TKA的股骨远端畸形患者进行分析,认为间隙平衡技术相较应用骨性标志定位股骨假体旋转力线可获得更好的临床效果。但是,Matziolis等在2011年对69例关节炎患者(69膝)行TKA的前瞻性研究中,发现相对于STEA来说,使用间隙平衡技术导致股骨假体旋转偏差了(2.4±1.8)°,变化范围达0.2°~7.4°。即使屈曲间隙获得了极好的平衡,仍不能获得与平行于STEA的旋转对线。不过,屈曲间隙是否平衡必须在内侧和外侧软组织结构处于相等的张力且胫骨截骨精确地情况下进行判断,且测量方法较为主观,对手术医师经验要求高,可重复性、一致性较差。如果间隙平衡技术辅以计算机导航将会获得更好的手术效果。3.5膝关节tka的定位和旋转对线三维立体空间上的准确截骨、韧带等软组织的平衡及稳定、假体安放的位置和角度是影响TKA术后效果的主要因素。传统手术通过术者的肉眼、手感和经验来判断术中的各种处理流程是否到位,许多主观因素直接影响手术的精准性,尤其是对于有严重畸形、解剖标志异常的TKA,术中判断极其困难。最近几年来,由医学影像技术、计算机技术和空间示踪技术相结合发展而来的计算机导航技术(computer-assistedorthopaedicsurgery,CAOS)极大地提高了TKA的准确性和可重复性。与髋关节的手术不同,全膝关节置换术是能在手术时辨认和记录解剖标志的。外科医师可以使用与放射阵列相连的指示笔把下肢其他的骨性标志记录下来。假体组件的对线就能通过在手术时建立的股骨与胫骨机械力学轴线来决定,组件的形状与规格也能通过术中记录的股骨远端和胫骨近端的表面解剖来决定。Olcott等研究了100例初次TKA的患者,发现采用TEA定位股骨假体旋转仍有10%的患者达不到屈伸膝关节时的间隙平衡,说明单靠解剖标志在术中有时仍难以定位。而通过计算机导航技术可以做到股骨假体的准确旋转对线,术中实时的显示出股骨假体和胫骨假体的旋转对位的角度和膝关节屈伸位时间隙的变化情况,并视患者情况予以随时调整,实现人机互动。不过,Lutzner等随机对80名患者行CAOS或传统TKA手术,术后5到7天行下肢全长CT扫描,发现两组患者之间的膝关节股骨假体和胫骨假体没有明显的旋转角度差异,但是CAOS组的变异范围较小。ZhangGQ等设计了一项纳入32名需行双膝置换病人的随机临床试验。每位患者一膝施以CAOS的TKA,另一膝施以传统的TKA。结果显示CAOS组在冠状面和矢状面可提供相对于机械力学轴偏差小于3°的截骨与假体安装,而传统TKA的偏离系数是CAOS的3倍,但是两组在假体旋转对线上并没有统计学差异。虽然计算机辅助外科手术有增加对线和定位精确性的潜力,但是它仍然需要依靠外科医师在手术中输入准确的数据。4远端旋转定位技术确定股骨假体的旋转最根本的考虑是获得对称的屈曲间隙。TKA术中股骨假体旋转不良,无论是过度外旋还是过度内旋,均会出现股骨假体与胫骨假体聚乙烯垫之间的接触压异常,从而导致聚乙烯垫磨损过快和继发接触应力异常;股骨假体过度内旋较外旋更容易导致髌股关节运动轨迹异常及髌骨外脱位。Barrack等研究指出,股骨和胫骨假体联合内旋患者的术后膝前痛发生率是联合外旋患者的5倍。股骨内旋超过4°即可产生髌股关节运动轨迹外移,致膝前痛、髌骨半脱位乃至全脱位。目前,还没有出现一种在TKA术中可靠性、可重复性和可操作性等各方面都具有绝对优势的股骨远端旋转定位的技术方法。TEA(尤其是STEA)已被认为最接近于膝关节生理屈曲轴,其准确性、变异性都很好,而且该骨性标志是翻修手术中唯一可用的,但其被韧带等软组织遮蔽,术中难以触摸并精确定位。PCL在术中可直视定位,利用在其基础上外旋3°截骨以确定股骨假体旋转可操作性强,目前常用的手术机械定位器械都以该线为基准,但这也只能在膝关节尤其是股骨后髁无明显磨损和退化的患者中才具有较好的准确性,如在外翻膝中,由于软骨面的磨损,PCL与TEA的角度明显增大,如果此时仍按股骨后髁线外旋3°截骨,那么股骨假体又产生过度内旋的倾向。Whiteside线在术中也可直视下触摸定位,但对手术医师的经验要求更高,因为滑车沟的最低点难以确认,众多文献指出Whiteside线垂线与膝关节生理屈曲轴接近,与TEA基本平行,但变异范围较大,因此可靠性较差。从股骨旋转的最终目的来看,间隙平衡技术是最可靠、最精确的