紅外線計算機導航輔助下實施全膝關節置換術近期效果觀察

翟連文，周緒光，張波，曲衛東

紅外線計算機導航輔助下實施全膝關節置換術近期效果觀察

翟連文，周緒光，張波，曲衛東

山東大學第二醫院關節外科/運動醫學科，濟南 250012

觀察紅外線計算機導航輔助下實施全膝關節置換術（TKA）的近期效果。選擇因膝關節重度骨性關節炎初次行TKA患者140例，隨機分為導航組、常規組，每組70例。導航組在紅外線計算機導航輔助下實施TKA，常規組采用傳統器械實施TKA。比較兩組切口長度、手術時間和引流量。分別于術前、出院時及術后3、6個月，采用HSS評分評估膝關節功能，采用通用量角器測量膝關節活動度，采用VAS評分評估疼痛程度。術后第4～5天拍攝下肢全長正位X線片，通過RIS/PACS影像閱片系統測量髖－膝－踝角（HKA）、股骨假體外側角（LFPA）、脛骨假體內側角（MTPA）。導航組切口長度大于常規組、手術時間均長于常規組，而引流量少于常規組（均<0.05）。兩組出院時及術后3、6個月時HSS評分、膝關節活動度均高于術前，VAS評分均低于術前（均<0.05），而兩組出院時及術后3、6個月時HSS評分、膝關節活動度、VAS評分比較差異均無統計學意義（均>0.05）。導航組HKA、LFPA均低于常規組（均<0.05），而兩組MTPA比較>0.05。紅外線計算機導航輔助下實施TKA能夠提高膝關節假體放置準確性，精準矯正下肢力線，但同時加大了手術切口、延長了手術時間，增加了感染和骨折風險。

膝關節骨性關節炎；全膝關節置換術；紅外線計算機導航輔助；下肢力線

膝關節骨性關節炎是一種老年性退行性病變，其終末期治療首選全膝關節置換術（TKA）。TKA能夠解除患者日常疼痛、重塑下肢外觀、改善關節運動功能，從而提高患者生活質量［1］。TKA的要點在于術中準確放置假體，使下肢力線恢復為經典的機械力學對線，即重建二維平面上髖-膝-踝中心軸，通過股骨假體外旋、脛骨假體內旋，并垂直于機械力線截骨，從而創造出平行的伸直-屈曲間隙安放膝關節假體。若假體安放的位置關系不佳，下肢力線恢復不佳，會導致其早期磨損松動，從而影響正常生活和假體生存時間［2］。目前，傳統手術器械操作大多依賴術者的臨床經驗，這是影響假體安放位置和導致下肢力線出現偏差的主要原因。近年來，隨著人工智能輔助技術不斷發展，計算機導航輔助技術的臨床應用越來越廣泛。有研究報道，計算機導航輔助下實施TKA能夠通過實時定位指導精準截骨和準確安放假體，最大程度地避免人為誤差，使下肢力線恢復更加精準［3］。本研究比較了紅外線計算機導航輔助與傳統器械操作技術實施TKA的近期治療效果。現報告如下。

1 資料與方法

1.1臨床資料選擇2018年1月—2020年12月在山東大學第二醫院因膝關節重度骨性關節炎行TKA患者140例。膝關節重度骨性關節炎診斷標準：①近1個月內反復膝關節疼痛；②站立位或負重位X線片顯示膝關節間隙變窄、軟骨下骨硬化或囊性變、關節邊緣骨贅形成；③年齡>50歲；④晨起時關節僵硬<30 min；⑤關節活動時有骨摩擦音或骨摩擦感。納入標準：①符合膝關節重度骨性關節炎診斷標準；②初次接受TKA治療；③術前髕骨完整，無髕骨脫位或半脫位；④臨床資料完整。排除標準：①合并嚴重骨質疏松癥或類風濕性關節炎者；②既往有膝關節手術史或膝關節周圍骨折史者；③合并全身或局部感染者。按照隨機數字表法隨機分為導航組和常規組，每組70例。其中，導航組男32例、女38例，年齡（62.0 ± 5.5）歲，BMI（26.6 ± 2.1）kg/㎡；常規組男30例、女40例，年齡（62.6 ± 5.8）歲，BMI（26.7 ± 2.0）kg/㎡。兩組臨床資料具有可比性。本研究經山東大學第二醫院倫理委員會批準，所有研究對象或其家屬知情同意并簽署書面知情同意書。

1.2手術方法導航組在紅外線計算機導航輔助下實施TKA，常規組采用傳統器械實施TKA。兩組均采取神經阻滯聯合靜脈全身麻醉。手術入路為髕旁內側入路，截骨順序為股骨遠端-脛骨平臺，均未行髕骨置換，脈沖沖洗槍反復沖洗，待截骨面干燥后安裝假體。兩組麻醉和手術均由同一團隊完成。

導航組：采用OrthoPilot紅外線計算機輔助導航系統。將導航儀置于術膝對側，位于頭側與軀干呈45°，離手術床約1.5 m。麻醉滿意后分別于股骨內髁上方和脛骨中段內側定位、鉆孔并安裝導航示蹤器，每個示蹤器固定在直徑3.5 mm的皮質骨螺紋釘上。按照導航儀屏幕提示的順序，使用接收器手柄依次完成髖關節旋轉中心-膝關節中心-踝關節中心登記，自動導入系統程序并記錄相關數據——截骨前伸直位下肢力線角度、膝關節屈曲角度，實時監測截骨平面的角度和厚度，手動微調放置截骨導向器后實施股骨、脛骨截骨，安裝假體和墊片試模，監測并分析下肢力線和內外側軟組織平衡情況。計算機導航輔助TKA系統引導過程見圖1。

注：A為解剖標志注冊完成后的下肢力線；B為導航截骨計劃及股骨假體型號；C為股骨截骨；D為脛骨截骨；E為截骨完成后安裝試模的下肢力線。

常規組：以術前雙膝站立位X線片和下肢全長力線片為參考，使用傳統膝關節置換器械的定位器和截骨導向器。股骨側髓內定位，保持外翻5°～7°行股骨遠端截骨，外旋3°行股骨后髁截骨，脛骨側髓外定位，以脛骨結節中內1/3-踝穴中點-第二跖骨為脛骨力線，脛骨平臺垂直力線后傾3°截骨。置入假體試模，根據術者經驗，對軟組織進行平衡調整。股骨髓腔用截下的松質骨塊修整后填入股骨髓腔內。

兩組術后常規使用低分子肝素或利伐沙班片抗凝、氟比洛芬酯鎮痛、抗菌藥物預防感染。

1.3觀察指標

1.3.1切口長度、手術時間和引流量測量切口長度，統計手術時間，術后24～48 h或引流量小于100 mL/24 h拔除引流管并記錄引流量。

1.3.2膝關節功能、膝關節活動度、疼痛程度分別于術前、出院時及術后3、6個月，采用HSS評分評估膝關節功能，采用通用量角器測量膝關節活動度，采用VAS評分評估疼痛程度。

1.3.3髖-膝-踝角（HKA）、股骨假體外側角（LFPA）、脛骨假體內側角（MTPA）術后第4～5天拍攝下肢全長正位X線片，通過RIS/PACS影像閱片系統測量HKA、LFPA、MTPA。HKA為股骨頭中心-股骨假體中心-踝關節中心的夾角，目標值為180°；LFPA為股骨假體冠狀面內外髁切線與股骨解剖軸的夾角（外側），目標值為84°；MTPA為脛骨假體平臺面切線與脛骨解剖軸的夾角（內側），目標值為90°。HKA、LFPA、MTPA取測量數值與目標值之差的絕對值。通過HKA評價下肢力線，通過LFPA評價股骨假體的位置和對線，通過MTPA評價脛骨假體的位置和對線。HKA、LFPA、MTPA測量示意圖見圖2。

注：A為HKA，B為LFPA、MTPA。

2 結果

2.1兩組切口長度、手術時間和引流量比較見表1。

表1　兩組切口長度、手術時間和引流量比較（ ± s）

注：與常規組比較，*<0.05。

2.2兩組治療前后HSS評分、膝關節活動度、VAS評分比較見表2。

表2　兩組治療前后HSS評分、膝關節活動度、VAS評分比較（ ± s）

注：與同組術前比較，*<0.05。

2.3兩組HKA、LFPA、MTPA比較見表3。

表3　兩組HKA、LFPA、MTPA比較（ ± s）

注：與常規組比較，*<0.05。

3 討論

膝關節骨性關節炎是一種老年性退行性病變，而TKA是目前治療終末期膝關節骨關節炎最有效的方法。傳統手術器械實施TKA術中下肢力線的確定主要依賴術者的臨床經驗、術前X線或CT影像檢查以及術中骨性標志等，很容易出現定位偏差，導致下肢力線異常改變，從而影響手術效果甚至導致手術失敗［4］。下肢冠狀位力線發生偏移可造成關節兩側應力和張力不平衡，會使患者在負重時出現膝周疼痛、活動度下降、假體磨損等，從而影響長期治療效果［5］。BEREND等［6］研究報道，術后膝關節內翻>3°時脛骨側發生早期失效的概率增加17.2倍，若內翻>3°且BMI>33.7 kg/m2時脛骨假體的失敗概率增加168倍，而力線偏移<3°則BMI與假體的失敗概率無關［7］。因此，為了能夠獲得滿意的臨床效果，對手術指征、假體選擇、手術技巧等均有較高的要求。

近年來，隨著人工智能輔助技術不斷發展，計算機導航輔助技術的臨床應用越來越廣泛。有研究報道，計算機導航輔助下實施TKA能夠通過實時定位指導精準截骨和準確安放假體，最大程度地避免人為誤差，使下肢力線恢復更加精準［8］。隨著這一技術不斷改進和完善，短短幾年計算機導航輔助TKA治療膝關節骨性關節炎就取得了滿意的臨床效果，獲得了傳統手術難以達到的預期效果。

本研究結果發現，導航組切口長度大于常規組，這是因為股骨端球桿置于膝關節線以上10 cm處，絕大多數可在切口內固定，而脛骨端球桿需在脛骨結節內側約2 cm處皮膚切口插入；導航組手術時間長于常規組，這是因為計算機導航輔助手術過程中需安裝紅外線反射球；導航組引流量少于常規組，這是因為計算機導航輔助手術中股骨側采取髓外定位，可減少傳統髓內定位導致的出血和髓腔內潛在的創傷，同時還能減輕對股骨干髓腔造成的傷害并降低脂肪栓塞的發生風險［9］。近年來，隨著關節外科逐步推行“加速康復外科”理念，包括氨甲環酸術中靜滴及術后沖洗、氣壓止血帶使用、術中低血壓控制等圍手術期管理理念優化［10］，使計算機導航輔助手術引流量明顯降低。有研究報道，計算機導航輔助下實施TKA較傳統器械下實施TKA的出血量和輸血率明顯降低，并加快患者術后康復速度［11］。

本研究結果發現，兩組出院時及術后3、6個月時HSS評分、膝關節活動度均高于術前，VAS評分均低于術前，而兩組出院時及術后3、6個月時HSS評分、膝關節活動度、VAS評分比較差異均無統計學意義。結果表明，兩種手術方式均能顯著改善膝關節功能、膝關節活動度、疼痛程度，但兩種手術方式的臨床效果差別不大。

本研究結果發現，導航組術后HKA恢復優于常規組，提示計算機導航輔助下實施TKA在下肢力線恢復的準確度上效果更好。本研究結果還發現，導航組術后LFPA顯著低于常規組，而MTPA與常規組比較差異無統計學意義。究其原因，股骨側需開髓后使用髓腔桿髓內定位，髓腔開口位置、股骨遠端邊緣增生的骨贅、術前X線拍攝偏差以及髓腔桿是否位于股骨中心等因素都會對假體安放的角度產生影響，故股骨側截骨角度偏差較大；而脛骨側為髓外定位，膝關節中心-脛骨嵴線-踝關節中心易于定位，常規器械對脛骨的定位比較準確，故截骨角度偏差較??；與傳統器械下實施TKA相比，計算機導航輔助下實施TKA無需使用髓內外定位桿反復測量力線，無需反復觀察和用卡尺測量股骨遠端、前后髁截骨和脛骨平臺后傾角與截骨量，也無需反復使用假體試模測試其匹配度。

但計算機導航輔助下實施TKA亦存在一定局限和不足。如在整個手術過程中股骨和脛骨反射球固定非常重要，一旦出現固定桿松動、反射球脫落甚至反射球多次使用老化和被血液或其他體液污染均無法正常接收紅外線信號，導致計算機錯誤注冊，則必須重新開始步驟再次注冊，會增加手術時間和假體感染的發生率［12-13］；術中需在股骨和脛骨安裝定位桿，若固定釘鉆孔方向偏差或定位桿松動，增加了手術相關性骨折的發生風險，尤其對于嚴重骨質疏松癥患者［14］；患者術中髖關節不能移動，定位后兩個定位桿也不能移動，如果上述三個位置中有任意一個發生變化，則需要在操作過程中重新定位，這會增加操作難度和學習曲線［15］。這就要求外科醫生必須具備豐富的理論基礎與實操經驗，當使用計算機導航無法解決時，應立即停止導航操作，及時做出調整，憑借個人臨床經驗和傳統方式來驗證力線，甚至放棄導航輔助采用傳統器械手術。

綜上所述，紅外線計算機導航輔助下實施TKA能夠提高膝關節假體放置準確性，精準矯正下肢力線，但同時加大了手術切口、延長了手術時間，增加了感染和骨折風險，在臨床治療選擇時需綜合考慮。

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（2022-06-13）

10.3969/j.issn.1002-266X.2022.28.017

R684.3

A

1002-266X（2022）28-0072-04