計算機輔助個體化導航模板在全膝關節置換術中的研究

羅春強，邱衛華，王紅艷，李 奇，林荔軍，莫捷華，梁桂泉，陳 霞 (.廣東省增城市新塘醫院骨科，廣東 廣州 5340;.南方醫科大學珠江醫院骨科，廣東 廣州 5080)

當前我國的骨關節炎患者已經有1 億之多，關節炎發病率隨年齡增長而增長，在60 歲以上的人群中患有此病的比例高達75%，這將會導致慢性致殘，可被稱為“不死的癌癥”［1］。全膝關節置換術(Total Knee Arthroplasty，TKA)近幾年發展迅速，是治療某些終末期膝關節疾病或畸形的有效手術，其在短時間內有效緩解患者疼痛，矯正關節畸形，但術后發生感染及疼痛往往給患者帶來生理及心理的負面體驗［2－3］。給患者身心造成很大的痛苦，同時導致經濟負擔，嚴重影響疾病治療以及預后［4］。隨著計算機導航TKA 技術的不斷發展，股骨假體的安裝位置更加精確化［5－6］，尤其是計算機導航TKA 的成熟，提供了膝關節假體旋轉力線的精確度［7］。2006 年4 月在新加坡召幵的亞太地區膝關節人工關節研討會上經過到會醫生調查顯示，有20%多的醫生經采用了導航技術做TKA。我國的計算機輔助導航系統在脊柱外科、關節外科、創傷骨科中的應用也見諸報道［8－10］。筆者設計了簡單有效的個體化導航模板進行膝關節置換的軸線定位，可以明顯改善術后下肢力線，更加精確的截骨，精準的假體位置植入，減少并發癥，從而提高術中截骨的準確性。

1 資料與方法

1.1 一般資料:選擇2009 年2 月～2014 年2 月期間在我院及珠江醫院骨科擬實施TKA 的膝關節骨性關節炎(OA)(術前均明確診斷)患者106 例。納入標準:①膝關節原發性骨關節炎;②無嚴重膝內、外翻畸形和屈曲、攣縮畸形;③既往無膝關節手術史;④髕骨無半脫位和脫位;⑤髕骨無明顯退變，關節活動無異常，家族中無免疫性關節炎或其他相關病史。排除標準:①畸形大于30°，有大量的骨丟失;②既往曾行骨切除手術和(或)幵放性膝關節手術;③過度肥胖，有頸動脈狹窄病史，有房顫病史，畸形、腫瘤等病變;④其他炎性反應性關節炎。其中男64例，女42 例，年齡61 ～82 歲，平均(68.3±7.8)歲;身高152.6 ～176.4 cm，平均(162.47±5.63)cm;體重49 ～82 kg，平均(64.71±7.85)kg;體重指數(Body MassIndex，BMI，BMI=體質量/身高平方)(23.26±2.43)kg/m2;所有患者均告知手術治療方案，并全部表示同意，并簽署知情同意書，經醫學倫理委員會同意并啟動緊急治療預案，避免意外事故發生。將所有患者按照數字表法隨機分為導航組與傳統組，每組53 例，兩組患者的年齡、性別、文化程度、體重、身高、BMI 等方面相比較差異均無統計學意義(P ＞0.05)，具有可比性。

1.2 方法

1.2.1 設備及儀器:所有患者均采用美國強生公司的PFC 后方穩定型人工膝關節假體(Press－FitCondylar－PS);美國史塞克公司導航系統(Navigation System II －Cart REF7700－100－000);美國強生公司(pfc sigmainstruments);美國史塞克公司Navigation System(Knee Instruments Tray)。

1.2.2 術前準備:所有入選患者入院后均行常規實驗室檢查及入院宣教，對合并高血壓、糖尿病或呼吸系統、心腦血管系統以及心肺功能較差的患者及時請相關科室以及麻醉科、ICU 進行全院會診，積極處理相關疾病，使其術前達到可以耐受手術及麻醉的要求。所有患者手術均采用全身吸入性麻醉。術前半小時常規靜脈滴注抗生素。手術由同一位有豐富經驗的醫師分別釆用導航模板法和傳統方法對兩組臨床患者進行TKA操作。術前常規消毒鋪巾，并用無菌記號筆標記膝正中切口，方便縫合對位。

1.2.3 計算機輔助導航手術:麻醉生效后，患者取仰臥位，患肢患膝常規消毒鋪巾，取膝關節正中入路，長約23 cm，依次切幵皮膚、皮下組織，髕旁內側入路進關節，切除增生的骨贅和半月板，充分暴露胚骨平臺，松解后內關節囊后，分別在股骨及腔骨安裝導航示蹤器，打開導航裝置后分別進行注冊:①患肢機械軸線的注冊:通過對髓關節旋轉中心、膝關節中心和躁關節中心點的確認可以確定下肢機械軸線。②導航手術中需要的解剖點注冊:其中包括股骨遠端前方皮質、股骨內上髁、股骨外上髁(在行股骨遠端截骨后可再次注冊)、股骨髁中點、股骨內外髁關節面、股骨滑車中軸線、股骨髁間脊中點、腔骨內外側平臺關節面、胚骨前后線。系統初始化調整，膝關節運動分析:在對所需解剖點進行注冊后，導航系統可以對膝關節初始運動特性進行評估。術者可以在進一步手術前對系統給出的參數進行確認。之后導航監測下依次進行腔骨平臺及股骨遠端截骨，完成股骨截骨后，植入和平臺試模及襯墊試模，復位，導航檢測膝關節完全伸直，伸直屈曲過程中，確定膝關節內翻度數，伸膝標出胚骨平臺旋轉中心，取出試模，完成余下操作。上止血帶，沖凈骨床，以進口抗生素骨水安裝平臺及假體，安裝襯墊，復位后，清除多余骨水泥，待骨水泥固化，松止血帶，徹底止血取下導航裝置，屈伸膝關節試髕骨軌跡，沖洗傷口后，留置引流管，屈膝位縫合傷口。

1.2.4 傳統手術:麻醉生效后，患者取仰臥位，患肢患膝常規消毒鋪巾，取膝前正中入路，長約12 cm，依次切開皮膚、皮下組織，髕旁內側入路進入關節，屈膝外翻髕骨，充分暴露腔骨平臺并做后內軟組織松解，切除前后交叉韌帶、半月板，切去骨贅，髓外定位行腔骨平臺截骨，3°后傾，無內外翻，截骨厚度10 mm，髓內定位行股骨遠端截骨，6°外翻，截骨厚度10 mm，選擇同型號切模完成股骨截骨，選擇相同型號和平臺試模、襯墊安裝，試關節活動度，可完全伸直，力線糾正，被動屈曲達135°左右。屈伸膝試髕骨軌跡，0°和90°位內外側韌帶平衡，對應型號器械完成余下操作，上止血帶，沖凈骨床，用進口抗生素骨水泥固定假體，伸直位加壓，待骨水泥固化，余下操作同導航手術。

1.2.5 術后處理:術后預防性使用抗生素3 ～5 d，常規口服利伐沙班預防血栓治療。抬高患肢，手術當天麻醉清醒后，即指導主動足碟關節屈伸活動及股四頭肌靜力性等長收縮、主動直腿抬高訓練，同時行足底粟治療，預防下肢深靜脈血栓(DVT)，以上訓練均由康復科醫師指導進行。術后48 h 拔除引流管，末端留送細菌培養;復查患肢正側位X 線片及雙下肢深靜脈血管超聲。術后第3 天在習步架輔助下進行負重行走康復訓練。術后根據情況，肌內注射特耐或口服西樂德鎮痛。必要時，給予肌內注射或靜脈推注阿片類鎮痛藥物。常規術后14 d 拆線、出院。出院標準:患膝關節主動屈曲達90°以上，伸直小于10°，扶拐或獨立行走30 min 以上，手術傷口干燥、體溫恢復正常。

1.3 療效評價標準:術后隨訪12 個月，采用美國(American knee society score，KSS)評分系統［11］進行膝關節評分:該標準包括膝關節評分和膝關節功能評分各100 分;疼痛30 分，功能22分，活動范圍18 分，肌力10 分，穩定性10 分，屈曲畸形10 分。采用Feller 等［12］評分標準進行髕骨評分，包括膝前痛分數15分、爬樓梯和從坐位站立10 分、股四頭肌肌力5 分。

1.4 統計學處理:采用SPSS17.0 軟件包進行數據處理計算分析，計量資料以均數±標準差表示，采用t 檢驗，計數資料采用χ2檢驗等進行統計分析，以P ＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組患者失血量與膝關節KSS 評分的比較:導航組的失血量明顯少于傳統組(P ＜0.05)，兩組術后膝關節KSS 評分均較術前改善(均P ＜0.05)，兩組手術前后KSS 評分差異均無統計學意義(均P ＞0.05)，見表1。

表1 兩組患者失血量與膝關節KSS 評分的比較

2.2 兩組患者膝關節功能評分的比較:兩組膝關節功能評分均較術前提高(均P ＜0.05)，術后1 年兩組膝關節功能評分差異無統計學意義(均P ＞0.05)，見表2。

表2 兩組患者膝關節功能評分的比較分)

表2 兩組患者膝關節功能評分的比較分)

注:術后與同組術前比較，①P ＜0.05

組別 例數 術前 術后導航組 53 43.67±9.36 85.36±8.78①傳統組 53 42.73±8.82 86.89±9.63①

2.3 兩組患者Feller 髕骨評分的比較:兩組術后1 年Feller 髕骨評分均較術前改善(均P ＜0.05)，術后兩組Feller 髕骨評分差異無統計學意義(P ＞0.05)，見表3。

2.4 兩組術后并發癥的比較:本組隨訪所有患者中未發現術后髕骨骨折、髕骨彈響、假體松動、假體周圍骨折等。導航組下肢深靜脈血栓11 例，占20.75%(11/53)、手術切口皮下脂肪液化1 例，占1.89%(1/53);傳統組感染1 例，占1.89%(1/53)、下肢深靜脈血栓19 例，占35.85%(19/53)、假體周圍骨折1例，占1.89%(1/53)、由于閉合性外傷致髕骨脫位1 例，占1.89%(1/53)。兩組術后并發癥相比較，差異有統計學意義(P＜0.05)。

表3 兩組患者Feller 髕骨評分的比較，分)

表3 兩組患者Feller 髕骨評分的比較，分)

注:術后與同組術前比較，①P ＜0.05

組別 例數 術前 術后導航組 53 17.57±4.54 24.81±5.38①②傳統組 53 17.55±4.68 23.79±4.76①

3 討論

隨著社會老齡化的進展，OA 己經成為人類常見的骨關節疾病，特別是膝關節OA 病變己經越來越受到人們的重視。TKA 能夠恢復膝關節生理力線、解除膝關節疼痛、恢復膝關節正常的功能，是治療終末期膝關節OA 的有效方法［13－14］。傳統的骨科手術時，術前X 線、CT、MRI 等影像資料是以固定膠片的形式在遠離術者的觀片燈表面顯示，手術工具與組織解剖結構的關系需要醫生通過想象實現。上世紀90 年代初，人們即意識到，可以利用自動化控制系統在外科操作中使用數字化醫學影像資料。數字化的信息具有高度的準確性和良好的安全性［15］。1992 年，Dr.Kevin Foley(University of Tennessee)幵始了導航系統在脊柱外科和骨科的應用。醫生通過導航顯示屏，從三維各個角度觀察病灶和周圍組織，判斷當前的手術路徑，在最短的時間內準確切除病灶，大大減少患者的失血量與手術創傷。近年來，已逐步形成計算機輔助矯形外科(computerassisted orthopedics surgery，CAOS)，使骨科手術朝著微創、迅速、安全、準確的方向邁進。此技術亦稱計算機手術導航，有對手術精確化、標準化控制的優勢。計算機輔助人工膝關節置換手術系統旨在以其特有的精確度，解決手術醫生困惑已久的難題，達到理想的手術效果［16－19］。

個體化導航模板，如同傻瓜相機，只要術者術中進行緊密貼合骨豁解剖，就能準確定位相關軸線和截骨厚度，克服了年輕醫生在定位下肢機械軸和外旋軸時茫然不適，縮短了年輕醫生的進行膝關節置換的學習時間，這也大大縮短了手術的操作時間，這在一定程度上也減少了因手術時間長造成術中失血量增加風險。而計算機導航輔助人工全膝關節置換系統的出現，突破了傳統術式，可以明顯改善術后下肢力線，更加精確的截骨，精準的假體位置植入，減少關節并發癥，這是以往傳統手術所無法比擬的［20］。導航手術還能明顯降低術后并發癥的發生，血栓形成率明顯降低，中遠期效果更好。

總之，計算機輔助導航與傳統TKA 手術相比較，假體植入更準確，下肢力線更佳，能明顯減輕患者術后疼痛和改善功能，早期療效滿意。計算機輔助導航能夠為TKA 股骨頭假體精確定位、定向提供一種新的方法和有效的輔助手段。

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