人工膝關節置換術的研究進展

蘇福錦 黃國福 李偉光

（北流市人民醫院，廣西 玉林 537400）

膝關節作為人體最大的典型負重關節，承擔著人體大部分重量，且具有相當復雜的結構和功能，因而極易受到損害[1,2]。早在兩百多年前的臨床研究就發現肌肉和脂肪組織插入到膝關節內，能夠對膝關節病變起到一定的治療作用，從此開啟了膝關節病變手術治療的進程[3]。1960年骨水泥用于固定人工關節的方法被正式提出，并在隨后的臨床試驗中獲得認證，有效推動了生物型固定法的開發應用[4,5]。1973年Total-condylar型人工關節出現，為嚴重膝關節損傷患者提供了一種全新的手術治療方案，并大大提高患者術后的生活質量[6]。

目前，由于我國老齡人口的不斷增加、以及環境的改變等多種原因，膝關節退行性病變逐步發展成為一種常見病，尤其多見于五十歲以后的中老年患者[6]。膝關節退行性病變發展至晚期時，將變成不可逆性膝關節損傷，嚴重影響患者的生活質量[7]。而膝關節置換術能夠較好的改善關節功能，緩解關節疼痛，是目前臨床治療嚴重膝關節疾病的常用治療手段[8]。

1 膝關節單髁置換術

膝關節單髁置換術是指當患者僅有一側間室出現嚴重疾病及創傷時，用人工單髁膝關節代替病變的關節軟骨和半月板，保留功能正常的關節韌帶。我國老年膝關節骨關節炎在早期往往表現為內側間室病變，而外側間室往往沒有明顯的病變，這種情況下只對內側的間室關節病變進行單髁置換即可[9]。

膝關節單髁置換術與全膝關節置換術相比創傷更小、患者康復快，極大減輕患者的痛苦。此外，膝關節單髁置換術既可以較好地治療病變部位，又可以保留本身正常的其他關節部位。同時，該手術方法能夠較好的節省治療時間、技術材料等，且可以延長患者自身關節的使用壽命[10]。另外，這種微創手術方式能夠節省治療的手術費用、材料費用以及住院費用等，大大節省患者的治療費用，減輕患者的經濟負擔。然而，單髁置換術通常只適用于年齡低于六十五歲、病變局限且以內側間室病變為主、以及急需盡快恢復膝關節運動功能的骨關節炎患者。但事實上對于年齡較大的患者，這種創傷小、恢復快并且并發癥少的治療方式同樣具有十分理想的應用優勢[11]。總體而言，相對于全膝關節置換術，膝關節單髁置換術具有相當大的優勢。

2 全膝關節置換術

全膝關節置換術是指關節疾病或創傷嚴重，機體已無法自行修復損傷的關節面，從而將其切除并利用人工關節替代，以促進膝關節結構及功能的恢復并緩解關節疼痛[12]。目前，臨床上尚未有十分明確的全膝關節置換術的手術指征，一般認為關節明顯受損并伴隨較重關節疼痛、60歲以下、體重不超過80 kg的患者均可進行人工關節置換[13]。絕大多數嚴重膝關節病變患者，接受全膝關節置換術治療后，膝關節功能可獲得明顯改善，且生活質量得到明顯的提高。然而，全膝關節置換術過程中極易發生多種并發癥，如術后感染、傷口愈合不良、深靜脈血栓、假體周圍骨折等等，并以術后感染最為常見，可發生于任意時間，因而需要格外引起重視。同時，上述并發癥是術后患者需要進行翻修手術的主要原因[14]。另外，該手術會給患者造成較大的創傷，從而康復時間較長，且治療費用高昂。全膝關節置換術對臨床操作人員的操作技術及實踐經驗有著極高的要求，這給全膝關節置換術的廣泛開展帶來較多的難度和挑戰。

3 計算機輔助膝關節置換術系統

通常認為影響人工膝關節置換術遠期療效的因素主要有兩種，一是對于截骨與假體植入的準確定位，二是伸屈膝關節等距間隙及韌帶等軟組織平衡和穩定[15]。傳統的手術往往通過醫生的肉眼及手感輔助定位，這就可能會導致手術的精準度受到人為因素的影響，即使是十分有經驗的醫生也不能保證各項操作的精準，據此，計算機輔助膝關節置換術系統應運而生。目前計算機輔助膝關節置換術系統主要有三種類型：主動型、半主動型和被動型。主動型就是完全依靠手術機器人的自我規劃使其自主進行并完成手術。半主動型就是由手術機器人和醫師共同完成手術，兩者互相規范和限制。被動型就是醫師操控手術機器人的行為，機器人不直接進行任何操作，所有行為均在醫師的控制下進行[16]。

計算機輔助膝關節置換術系統的應用大大提高了手術精確度，相應的也提高了手術成功率，據相關研究報道，傳統手術方法中假體與患者股骨的實際吻合度只有20%，而計算機輔助膝關節置換術系統的應用能夠將吻合度提高到98%，而吻合度的提高同時還可以提高手術成功率，降低術后并發癥的發生，促進患者的治療和預后[17]。事實上，手術機器人的應用只能極大地提高手術的精準度，并不能完全保證誤差不會產生，但近年來隨著多項研究致力于對手術機器人的開發，使得手術機器人的結構和功能不斷得到優化，已經較好的限制了誤差的產生，使其具有更高的有效性和安全性[18]。

同時，手術機器人的應用也存在著不足，首先整套設備的昂貴程度并不是所有醫療機構都能承擔的，另外，其是否真正安全可靠，還需要更多的臨床實踐進行證實。

4 計算機輔助導航系統

假體通常根據下肢力線進行安放，全膝關節置換術是否能夠徹底成功與下肢力線的恢復具有密切相關性，假體對線異常則后期極有可能會產生各種問題，如假體松動、關節不穩、骨折等[19]。傳統的手術方式一般應用機械進行測定、目視進行輔助來確定下肢力線以及假體安裝的位置，這很容易出現偏差。另外，這種測量工具是以人體正常骨骼為標準設定的，但往往存在許多骨骼變性患者，這就會造成較大的假體位置判斷失誤[20]。較小的誤差就會對手術效果造成明顯影響，稍大誤差就可能會對患者造成毀滅性打擊，而計算機輔助導航系統的應用則能較好的減小誤差，以幫助下肢力線的恢復更加準確有效。計算機輔助導航系統在術前可將所獲得的病變部位多模數據轉變為可視圖像，用于手術計劃的制定當中，術中還可將手術工具、人工假體及患者的骨骼以直觀的方式顯現出來，幫助術者更加精準的進行手術[21]，以免造成不必要的傷害。此外，計算機輔助導航系統的應用能夠幫助術者在手術過程中更加直觀的觀察到手術器械的位置，避免觸碰到重要的解剖結構引起出血，這會減少術中出血量[22]。然而，利用計算機輔助導航系統會延長手術時間，增加出現各種不良并發癥的風險，但隨著術者對計算機輔助導航系統的熟練應用，延長的時間將會慢慢縮短，且目前該項技術已經逐步在臨床上被廣泛使用。

5 3D打印技術在膝關節置換中的應用

3D打印技術是一種新興技術，近年來通過不斷的發展和完善，此項技術已漸趨成熟。它主要經CT技術整合患者的關節數據，通過計算機處理建立起三維模型，根據分析患者的實際情況打造出獨特的個體化截骨模具，術者無需在患者關節處反復定位，利用截骨模具即可制造出合適的人工假體[23]，能夠大大提高手術精確度，縮短手術時間，減小創傷。因此，3D打印技術適用于所有需要進行膝關節置換術的患者。

3D打印技術最大的優點在于其個性化水平，在傳統的手術方式中多采取統一的機械引導裝置和截骨工具，而因個體差異傳統手術方式的精準度大打折扣，而3D打印技術則能夠較好地解決這個問題，利于為患者提供更精準、吻合度更高的人工假體[24]。盡管此種手術方法較為簡單易操作，但是仍需要經驗較豐富的醫生進行操作，且個體化的3D打印價格較為高昂，其尚難以普及應用。

6 總結

當下人工膝關節置換術的手術方法呈現多樣性，各種手術方法都具有其獨特的優勢，應根據幾種手術方法的禁忌癥和適應證，結合患者各方面的實際情況，選擇最佳的治療方案，最大限度上提高治療效果，減輕患者痛苦。此外，經過臨床治療技術不斷的改進和完善，膝關節病變及創傷治療已不再是棘手的問題，且隨著這些技術的不斷發展和完善，將來一定會出現更多更加優秀的治療技術。