膝關節置換術后下肢力線和假體位置的測量方法及參考范圍

戴思思，李宗瀚，安帥，王沛則，馮明利

(首都醫科大學宣武醫院骨科，北京 100053)

全膝關節置換術(total knee arthroplasty，TKA)是治療退行性骨關節炎、緩解膝關節疼痛、恢復膝關節功能的有效方法。TKA術后下肢力線恢復不良和假體位置不佳是影響假體長期生存率和患者滿意度的重要因素。經典的TKA對線方法是由Insall等[1]提出的下肢機械軸對線法。長期隨訪發現，有約20%的TKA患者術后存在療效不滿意等問題[2-4]。近年來，隨著計算機導航技術和機器人輔助TKA技術的發展以及運動學對線理念的推廣[5-7]，對TKA術后假體位置的評估提出了更高要求。X線作為既往研究中常規的測量方法，受限于準確率低、難以評估旋轉力線等問題；二維CT(2-dimension CT，2D-CT)雖可實現解剖標志的精確定位以及假體旋轉力線的評估[8]，但其精確性卻受到掃描角度和層厚等條件的限制[9]。三維CT(3-dimension CT，3D-CT)較2D-CT具有更靈活的空間比較，已成為骨科醫師日常使用的一種新的測量方法[10]。但目前關于CT測量方法的參數定義和參考范圍仍存在爭議[11]。現就TKA術后下肢力線和假體位置的測量方法及參考范圍予以綜述。

1 TKA術后下肢力線和假體位置的冠狀面測量及參考范圍

1.1TKA術后下肢力線和假體位置的測量

1.1.1X線 股骨和脛骨假體的內外翻可通過下肢的解剖軸或機械軸進行測量評估[12-13]。如圖1A所示，以解剖軸作為參考，股骨假體力線被定義為股骨假體遠端切線和股骨解剖軸的內側角；脛骨假體力線被定義為脛骨假體近端切線和脛骨解剖軸的內側角[14]，TKA術后的脛股角是股骨解剖軸和脛骨解剖軸的夾角。如圖1B所示，以機械軸作為參考，下肢機械力線即髖膝踝角，是股骨機械軸和脛骨機械軸的夾角；股骨遠端外側角是股骨機械軸和股骨假體切線的外側角；脛骨近端內側角是脛骨機械軸和脛骨假體切線的內側角[15]。假體冠狀面的位移可通過假體突出來描述，而假體突出被定義為關節假體超出股骨遠端或脛骨平臺的部分。假體突出可導致軟組織刺激、關節間隙過窄以及活動范圍受限等[16]。造成假體突出的原因多與假體內外放置位置不佳和尺寸選擇不合適有關。而一旦出現下肢力線對線不良和假體突出，往往會導致TKA術后疼痛，甚至有可能形成持續的慢性疼痛[17-18]。X線是臨床術后測量和評估假體內、外翻和冠狀面下肢力線的常規手段。

1.1.2CT 3D-CT利用機械參考軸測量時，髖膝踝角、股骨遠端外側角和脛骨近端內側角均可參考X線中測量力線相關定義，但其對解剖標志的精準定位可獲得更準確的力線分析[19-20]，見圖1C。在位移方面，由于術中對假體基于導航和機器人手術內外側放置的可信度較高，加之術后存在偽影，故既往基于CT的研究很少涉及其術后假體冠狀面位移的測量。

1.2參考范圍 雖然不同研究使用的參考軸存在差異，但目前冠狀面整體下肢力線恢復至中立位仍是金標準，即髖膝踝角恢復至(0±3)°或脛股角外翻 3°～7.5°[15]。還有研究者建議，理想的股骨假體相對于解剖軸應外翻2°～7°，同時避免突出3 mm[14-15，18]，脛骨力線應為90°并盡可能覆蓋脛骨，減少突出[14-15，17]。目前對于冠狀面整體下肢力線恢復至中立位這個觀點仍存在爭議。在歐美約32%的男性患者和

約17%的女性患者存在先天內翻畸形，且亞洲人群比例更高，因此部分研究者認為對于術前存在膝內翻的人群可保留適當的內翻角度[21]。而Slevin等[20]發現，雖然中立位力線恢復只有在術前非內翻

患者中可獲得更好的預后，但目前固有內翻的概念尚未明確，因此不推薦將術前內翻人群以力線內翻作為手術目標。對于假體突出的問題，Nielsen等[17]通過獨立研究脛骨假體各方向突出發現，脛骨內突與術后1年膝關節疼痛發生有關，但其對術后的影響可能涉及假體旋轉等問題，因此仍需結合CT來分析。van de Groes等[22]于術中使用特殊工具測量得出假體滑車內置≥5 mm患者預后更好，這可能與TKA滑車凹槽設計是非生理性外置相關。而Steinbrück等[18]經體外研究發現，股骨假體內外置并不會影響髕骨后壓力進而引起前膝疼痛。目前對于TKA術后的評估大多基于機械軸和解剖軸的測量，重在恢復患者術后髖膝踝角的中立位以及根據下肢機械軸或解剖軸特點放置假體。但也有研究認為，TKA術后不論是否恢復下肢力線中立位3°以內，患者臨床預后的差異均無統計學意義[23]。在以機械軸對線作為TKA術中參考標準的全部膝關節術后假體安放位置良好的患者中，仍有部分患者因膝關節活動受限、疼痛等并發癥而對療效不滿意[24]。因此，近年來運動學對線TKA的概念被提出，旨在重建決定正常膝關節屈曲旋轉運動時的3個功能軸，即股骨主橫向軸、脛骨旋轉縱軸和髕骨橫向軸[13，25]。Takahashi等[26]提出，與采用機械軸對線TKA的患者相比，采用運動學對線TKA的患者術后功能評分更高；雖然采用運動學對線TKA與機械軸對線TKA患者股骨假體和脛骨假體放置的角度差異有統計學意義，但兩者術后并發癥發生率差異無統計學意義。因此，運動學對線在其他方面的優越性仍有待進一步研究探索。

此外，雖然有研究顯示術后冠狀面對線不良與翻修率和預后無關聯[15，27]，但冠狀位對線不良，尤其是內翻，確實會提高翻修率。由于術后下肢力線對預后的影響與術前力線相關，因此實施TKA時將術前力線納入考慮范圍并根據膝關節形態進行個體化設計，有望提高患者術后滿意度[28]。

2 TKA術后下肢力線和假體位置的矢狀面測量及參考范圍

2.1TKA術后下肢力線和假體位置的測量

2.1.1X線 假體在矢狀面的屈伸可根據相應的解剖軸進行評估。股骨假體屈曲角定義為股骨遠端解剖軸與股骨假體遠端切線的夾角[29]或股骨前皮質切線與通過內髁中心矢狀軸平行線的夾角[14]。脛骨后傾角是脛骨解剖軸與脛骨假體下表面的夾角，見圖2A。假體的位移可通過股骨后髁偏距(posterior condylar offset，PCO)和脛骨假體前突進行評估。PCO定義為側位X線中股骨干后皮質切線與股骨后髁最凸點的垂直距離，見圖2A。股骨后髁偏距比則定義為PCO與股骨遠端前后徑的比值，其可減小膝關節尺寸的差異，因此較PCO更符合股骨遠端的形態[30-31]。在使用X線研究PCO與負重位屈曲范圍關系時，需考慮X線難以定量分析脛股旋轉角度和股骨后滾等因素的影響[29]。脛骨前突是指脛骨平臺超出脛骨的前部，目前尚無證據表明其與TKA術后效果相關。在X線中，脛骨后突受膝關節旋轉的影響極大，因此通常不對其進行分析[17]。

2.1.2CT 2D-CT掃描中股骨假體屈曲角和脛骨后傾角的定義可參考X線，但3D-CT重建后的測量方法略有不同。3D-CT重建后的股骨遠端解剖軸可以通過軟件計算股骨遠端圓柱體的中心線，股骨假體遠端可以用橫切面代替切線，這樣股骨假體屈曲角就是股骨遠端中心線與股骨假體橫切面所成的角。而脛骨假體后傾角是脛骨假體平臺面與脛骨近端髓腔圓柱體中心線所成的角，見圖2B、圖2C。經3D-CT重建，PCO定義同X線，可以旋轉假體至內外髁重疊，經股骨后髁最凸點作股骨干后皮質切線的平行線，測量兩條線之間的垂直距離[30]。

注：TKA為全膝關節置換術，PCO為股骨后髁偏距

2.2參考范圍 目前關于TKA術后假體矢狀面位置的研究較少。Murphy等[32]發現，在交叉韌帶保留型TKA中，股骨假體屈曲4°相較中立位更好，但此結果尚缺乏與預后和患者滿意度相關的證據支持。脛骨后傾角變異會引起相應的屈伸間隙的改變，如脛骨后傾角過大易造成矢狀面不穩定，而前傾角則會使屈曲間隙緊張和屈曲范圍減小。因此，為了提高生存率和屈曲功能預后，目前仍推薦在術中將股骨假體在矢狀面上恢復至中立位作為目標，即理想股骨假體屈曲角為0°～3°，脛骨后傾角為0°～7°[14-15]。在評估位移時，PCO與TKA術后屈曲范圍的關系仍然存在爭議，其中有學者認為，對于后交叉韌帶保留型TKA，PCO與TKA術后屈曲范圍之間無相關性，但也有學者認為，重建PCO可獲得更大的術后負重位主動屈曲范圍[33]。對于后交叉韌帶犧牲型和后穩定型TKA，部分研究發現，PCO可影響TKA術后屈曲范圍，亦有研究者認為PCO與TKA術后屈曲范圍之間無顯著相關性，原因可能在于：其更符合生理的股骨后滾模式，弱化了后髁厚度對屈膝的影響[29-30]。還有研究者通過綜合PCO和脛骨后傾角對術后屈曲范圍的聯合影響，建議重建內側PCO且避免過度的脛骨后傾角[31，33]。Tsubosaka等[34]則認為，增大PCO可減小關節過伸間隙，但對屈曲間隙的影響尚不確定。此外，與西方人相比，中國人群PCO明顯較小、股骨后髁偏距比明顯較大，因此，在假體設計時應考慮PCO的民族差異性[30]。

3 TKA術后下肢力線和假體位置的軸面測量及參考范圍

3.1TKA術后下肢力線和假體位置的測量

3.1.1X線 股骨假體旋轉測量的經典參考軸是外科通髁軸(surgical transepicondylar axis，sTEA)[35]，而脛骨假體旋轉測量則存在多種方法。由于X線存在平片校正、只適用于特定TKA等問題，且其受膝關節旋轉和放大誤差的影響較大，因此通常不用于旋轉力線的測量，此外，其臨床效用性和可重復性也較差[36]。

3.1.2CT 在評估股骨假體旋轉時，2D-CT平掃常通過假體后髁軸或假體內釘來定義，即sTEA(a)與假體后髁軸(b)的夾角或sTEA與假體內釘連線(c)的夾角，見圖3A、3B；3D-CT中也可通過sTEA(a)與假體后髁軸(b)來測量，見圖3C[8，37]。在評估脛骨假體旋轉時，可使用多種方法進行測量。脛骨假體旋轉角是2D-CT測量中最常用的方法，形成該夾角的兩條切線為：假體后切線，即通過對稱性假體后緣的切線；幾何中心和脛骨結節中點的連線，見圖4A、4B。Bédard等[38]將脛骨假體旋轉角改進后用于評估不對稱脛骨假體旋轉。Jazrawi等[39]使用脛骨假體后切線(a)與脛骨后髁關節下2 cm線(b)的夾角定義脛骨旋轉，見圖4D。由于假體實際旋轉力線會受到脛骨負重運動時的影響，因此，Kim等[14]將其定義為脛骨平臺后切線(a)與脛骨負重后切線(b)的夾角，見圖4E。這種方法適用于脛骨假體負重運動時旋轉力線的測量，但由于不涉及解剖學標志而受到局限且不夠精準。在3D-CT中，脛骨旋轉角定義為脛骨假體后切線與脛骨后髁軸的夾角，見圖4C[37]。Roper等[40]則將脛骨旋轉定義為脛骨平臺中心與脛骨結節內中1/3處連線(d)與平分脛骨平臺線(c)之間的夾角，見圖4F。由于2D-CT脛骨測量方法眾多，因此較難與3D-CT測量方法進行比較。

注：TKA為全膝關節置換術，sTEA為外科通髁軸

2D-CT雖然實現了TKA假體旋轉的測量，但其精確性會受掃描角度和層厚等條件的限制，同時易受體位影響，且掃描范圍只包含股骨遠端和脛骨近段，因此難以對膝關節運動學進行完全評估。3D-CT具有更靈活的空間比較，不僅可根據患者體位調整精確定位股骨內外上髁等解剖學標志，還可進行整體下肢的重建，降低解剖學變異和股骨脛骨扭轉等因素的影響，在測量假體3D的力線和位置時，有更高的觀察者內信度和觀察者間信度[19]，且3D-CT可更敏感地檢出異常值[41]。因此，在測量所有力線等參數時，尤其是旋轉力線，推薦使用3D-CT。

3.2參考范圍 假體旋轉力線對線不齊可導致假體高翻修率[42]，然而由于測量技術不準確以及理想的旋轉力線測量方式尚未明確，旋轉力線對假體生存率的具體影響目前尚不清楚。有研究表明，股骨假體內旋或脛骨假體過度內旋均可導致術后髕骨周圍疼痛[36]，而過度外旋也可導致髕骨滑跡不良、活動受限和假體磨損等。因此，股骨假體相對于sTEA應外旋2°～5°，且應避免內旋，脛骨假體亦不可過度旋轉(外旋2°～5°為宜)[14-15]。Bell等[43]研究發現，股骨假體與脛骨假體聯合輕度外旋可使術后膝關節功能達到最佳狀態，而股骨假體與脛骨假體聯合內旋則可導致術后膝關節不適等一系列并發癥。因此，應避免脛骨假體與股骨假體聯合內旋，且盡可能達到聯合輕度外旋的狀態。

注：GC為幾何中心；TCA為脛骨假體旋轉角

4 小 結

目前關于TKA術后下肢力線和假體位置在冠狀面、矢狀面及軸面上的測量(尤其是軸面旋轉的測量)仍存在爭議，各參數尚無明確的參考范圍。X線因受拍攝角度和空間重疊的影響存在一定局限；2D-CT測量的準確性較X線顯著提高，3D-CT對于軸面旋轉的測量具有獨特的優勢，但無論是2D-CT還是3D-CT，雖然在分析假體位置或松動、假體周圍骨吸收、骨折、感染等方面的敏感性均較X線高，但卻受限于金屬偽影的干擾且存在增加額外輻射劑量等不足，而雙能量CT等新技術以及小劑量原則的提出有望彌補CT的不足。相信隨著計算機和機器人輔助技術的發展，CT會逐漸取代X線成為TKA術后最常用的測量方法。