術前膝關節周圍角度對脛骨高位截骨術下肢力線準確性矯正的研究進展

劉宇哲,阿里木江·玉素甫,覃祺,冉建

(新疆醫科大學第六附屬醫院創傷骨科一科,新疆 烏魯木齊 830000)

膝關節骨關節炎(knee osteoarthritis,KOA)導致的疼痛影響著患者的生活質量,并且疼痛也是KOA致殘的重要原因[1-2]。KOA的主要手術治療方式是脛骨高位截骨術(high tibial osteotomy,HTO)、單髁膝關節置換術(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)和全膝關節置換術(total knee arthroplasty,TKA)[3],其中HTO與其他術式相比能夠實現更好的運動需求[4],而且在正確的適應證下,HTO和UKA均可產生持久和可預測的結局,并沒有明顯的差異[5]。現在隨著“保膝”理念的深入人心,在單純內側間室KOA中此術式受到廣大醫生及患者的認同。

HTO的臨床效果和下肢力線的準確矯正息息相關,準確的矯正從準確的術前計劃開始,雖然有不同的術前計劃,但有證據顯示術后的下肢力線矯正并不理想[6],矯正不足會導致內側間室KOA復發,而過度矯正會導致外側間室KOA進展。大量研究已經表明,準確的術前計劃和術中矯正內翻畸形是HTO成功的最重要因素[7]。本文綜述了術前膝關節周圍角度對HTO術前計劃的影響,以供臨床醫師進行個體化治療選擇及進一步研究。

1 髖膝踝(hip knee ankle,HKA)角和下肢負重線(weight-bearing line,WBL)百分比

HTO的目標就是矯正下肢力線,目前臨床上常用評估下肢力線的指標是髖膝踝HKA和WBL百分比(見圖1)。HKA是股骨機械軸和脛骨機械軸之間的角度。下肢WBL百分比為連接股骨頭中心和踝關節中心、通過脛骨平臺的點與脛骨平臺內側邊緣之間的距離除以脛骨平臺的寬度。臨床上通常把下肢WBL百分比為62.5%作為藤澤點,Kuriyama等[8]通過生物力學研究證實了脛骨高位截骨術下肢力線通過藤澤點下肢力線的有效性并且提出中度KOA患者的下肢WBL百分比應定為60%,重度KOA患者的下肢WBL百分比應定為62.5%。Jiang等[9]通過研究脛骨外側髁間隆起(lateral tibial intercondylar eminence,LTIE)橫向斜率(見圖2)與整體下肢力線參數之間的關系發現,在LTIE斜率的上1/3點和中點是術中對線評估的可靠解剖學標志,若要求HKA術后角度在183 °～186 °之間,LTIE中點較好,若要求下肢WBL百分比在62%～66%之間,則選擇LTIE上1/3點作為目標點。但是目前關于術前使用HKA還是下肢WBL百分比作為評估下肢力線的指標,目前尚未定論,Jiang等[10]通過比較選擇HKA還是選擇下肢WBL百分比作為術前計劃的力線指標,認為選擇下肢WBL百分比更佳,因為即便在術中有稍微誤差,仍然可以保證在安全范圍內。但這只是理論研究,并未考慮軟組織、負重的影響,若應用于臨床還需更多的前瞻性研究。Kawasaki等[11]研究脛骨關節面(tibial articular surface,TAS)內翻偏移對HKA的影響,認為在內翻畸形的膝關節中HKA無法正確表達內翻對齊。由于測量的便利性,目前在臨床上常用的是HKA,所以關于術前計劃使用哪一種指標評估下肢力線,仍需要高等級的證據,以實現最佳力線。

圖1 HKA、MPTA、JLCA、 mLDFA、FFA、FPFA、KJLO、KAJA模式圖

圖2 LTIE模式圖

2 脛骨近端內側角(medial proximal tibial angle,MPTA)

MPTA定義為下肢力線機械軸與脛骨近端關節線之間的內側角(見圖1),常用來描述脛骨近端畸形。Kubota等[12]通過對71個接受HTO的膝關節研究術前和術后矯正誤差的影響因素,認為MPTA是HTO術后對線誤差唯一的術前預測因素。但是MPTA在術中由于無法獲得全長下肢力線,所以在術中無法評估術前所計劃的MPTA,Tseng等[13]研究提出術前和術后腓骨近端中心角(focal proximal fibular angle,FPFA)和MPTA之和的差異在3 °以內,由于腓骨不受矯正量和內翻畸形嚴重程度的影響,因此通過在術前計算所需要的術后MPTA后,再近似計算所需的FPFA,在術中使用FPFA以代替MPTA,FPFA為近端腓骨軸與近端脛骨關節面之間的角度(見圖1),并且可在膝關節局部圖像中進行評估。Quintens等[14]也提出KOA內翻畸形患者脛骨或許有較大的解剖變異,Mullaji等[15]認為股骨遠端和脛骨近端解剖結構會因為內翻KOA變異,通過研究從股骨和脛骨的冠狀形態中發現了4個表型。這要求對于內翻畸形KOA患者行HTO時不采取統一的方法,應該考慮每個患者的個體化。然而MPTA通常和脛骨平臺后傾角(posterior tibial slope,PTS)用于描述脛骨近端的幾何形狀,而且認為是HTO力線的重要考慮因素。Foos等[16]通過對大量尸體標本探索脛骨平臺后傾角和脛骨冠狀面畸形之間的關系中發現MPTA與PTS均顯著相關。這強調了在行HTO時,不能忽視矢狀面的重要性,所以建議將MPTA作為提高矯正精度的指標,以提供更好的臨床結果。

3 機械股骨遠端外側角(mechanical lateral distal femoral angle,mLDFA)

mLDFA為股骨遠端關節線與股骨機械軸之間的外側夾角(見圖1),常用來描述股骨遠端畸形,在HTO術中,Ishimatsu等[17]經過一些多元回歸分析證明雖然術后MPTA很重要,但是忽略術前 mLDFA可能會存在有較高的矯正不良風險,認為術前 mLDFA>89.5 °往往會導致術后下肢力線矯正不足。Nakamura等[18]報道了1例行HTO術后因矯正不足(mLDFA為91 °)導致股骨畸形,最終行股骨遠端截骨(distal femoral osteotomy,DFO)。因此忽略術前股骨形態會導致HTO術后下肢發生力線矯正不良。

4 股骨腓骨角(femurofibular angle,FFA)

FFA為股骨遠端關節面與腓骨軸線的夾角(見圖1),隨著近年來對HTO研究的深入,FFA作為一個可以以局部角度預測術后冠狀位下肢力線的角度,在術前計劃中也得到了一定的重視。

Wang等[19]通過術前使用Adobe Photoshop進行FFA的規劃,并用術前規劃的FFA指導手術可獲得滿意的下肢力線矯正。但是此項研究未考慮體重因素對下肢力線的影響。毛彥杰等[20]同樣使用術前模擬的FFA評價預測術后下肢冠狀位力線的有效性,并進行了BMI分層分析,認為患者BMI≤25.81 kg/m2時,預測更為準確。目前對于FFA在軟組織因素影響下是否會影響它的預測價值,未來還需要更加深入的研究來分析FFA預測術后整體下肢力線的可靠性。

5 膝關節線傾斜角(knee joint line obliquity,KJLO)

KJLO是脛骨近端關節面與平行于地面的水平線之間的夾角(見圖1)。HTO的目標是通過矯正力線使內側間室壓力向外側間室壓力轉移,當脛骨有較大的矯正時,關節線傾斜角不可避免也會變大。Song等[21]已經證實了術后KJLO≥4 °時臨床結局變差。并且Nakayam等[22]通過有限元應力分析認為在KJLO≥5 °時大約對應MPTA為95 °,此時內側間室最大剪切應力急劇上升,并且與KJLO呈正相關。Akamatsu等[23]研究得出術后2年MPTA>95 °的患者KJLO高于術后MPTA≤95 °的患者。所以MPTA也是術后異常KJLO的預測指標。

關于KJLO在術前的預測,Park等[24]通過研究術前解剖參數對術后KJLO的影響,設計了一個可以預測術后KJLO的方程,同時在外部驗證中也證實了這個方程具有良好的可預測性,同時Park等[25]也提出了一個設想,認為可以利用下肢內收角預測術后KJLO,肢體內收角定義為術前站立位下肢全長X線WBL百分比與計劃WBL百分比之間的角度,術后KJLO可被預測為術前KJLO和肢體內收角度之和。

KJLO的代償性變化,Goshima等[26]提出了KJLO與髖關節和踝關節的代償性變化相關性,認為HTO術后一定程度的過度矯正(MPTA≥95 °)不會影響HTO術后的臨床結果。但是踝關節的代償性是有限度的,KAJA為脛骨近端關節面與脛骨遠端關節面之間的夾角(見圖1),Tseng等[27]發現膝踝關節線角度(knee-ankle joint line angle,KAJA)與KJLO之間顯著相關,證明KAJA超過9.6 °這個限度時,KJLO將無法得到很好的代償。因此應該將9.6 °的KAJA作為一個臨界值放在術前計劃期間及手術期間,但是術后KAJA如何通過術前進行預測,并且隨著時間的增加,KJLO是否會改變,目前并沒有有效的證據。

6 關節切線夾角(joint line convergence angle,JLCA)

JLCA定義為股骨遠端關節面與脛骨近端關節面之間的夾角(見圖1)。HTO術中除了骨性矯正外,軟組織矯正的影響也不可忽視,許多研究報告了由于軟組織松弛的影響,術前規劃和術后實現的矯正存在差異,而軟組織松弛在截骨術前并未被考慮在內[28-30]。Oh等[31]在一項研究中稱術前JLCA是HTO術后KJLO異常的重要因素。同時Park等[32]在預測HTO術后的過度矯正方面上,證實了JLCA≥4 °和外翻應力角≥1.5 °是軟組織因素導致過度矯正的唯一顯著風險因素。關于術前較大的JLCA變化是否真的會導致HTO術后冠狀面對線過度矯正,Na等[33]通過研究術前術后JLCA變化的因素證實術前仰臥位和站立位JLCA的差異越大,特別是術前JLCA≥4 °或者術前站立位和仰臥位JLCA的差值≥1.7 °的患者容易導致過度矯正。Kumagai等[28]認為即便在術中得到了矯正,JLCA變化也會導致矯正早期消失。所以術前計劃中JLCA是HTO成功的一個關鍵因素,在術前計劃中如何充分考慮JLCA至關重要。

為了預防這種由于術前JLCA導致的過度矯正,Lee等[6]對86個接受HTO的的膝關節進行前瞻性研究,通過使用內翻-外翻應力位X線片評估術前內外側韌帶失衡情況,得到術前JLCA與機械軸(mechanical axis,MA)(r=0.358)和WBL比值的差異呈正相關,認為膝關節軟組織松弛程度與對線矯正程度相關,與矯正誤差無關。為了量化膝關節的不穩定性,Takagawa等[34]和Tsuji等[30]通過內翻應力和外翻應力X線片之間的JLCA差異來評估JLCA的變化。Kim等[35]研究證實在術前使用Miniaci法規劃好截骨開口高度后再減去內翻應力X線片下股骨與脛骨外側關節線之間的距離與外翻應力X線片下股骨與脛骨內側關節線之間距離的絕對差,可獲得較好的矯正準確性。So等[29]則提出了一種簡單的方法,建議從計劃的矯正角度中減去仰臥位和站立位之間的JLCA差異,以防止過度矯正。Behrendt等[36]通過術前使用Miniaci計劃與Micicoi提出的方程式(JLCA-2)/2計劃進行分組,證實了這個方程在提高內翻截骨術的準確性上有一定的優勢。潛在軟組織松弛度定義為從負重位置延伸到外翻或內翻的軟組織量,又分為潛在內側松弛度和潛在外側松弛度,Lee等[37]發現了術后JLCA變化,如果潛在的內側松弛每增加1 °,JLCA將增加0.6 °,脛骨的矯正角度每增加1 °,JLCA將增加0.2 °。因此截骨術可能會導致JLCA發生額外的變化。Ryu等[38]提出了一個在術前計劃中考慮潛在內側松弛的方程式,證實了這個方程式有利于實現最佳矯正。目前臨床中在很多時候并未在術前考慮JLCA的影響,然而JLCA的差異影響著脛骨高位術的術后下肢力線結局,因此在進行術前計劃時應考慮相關因素,以便提高臨床療效。

7 脛骨平臺后傾角(posterior tibial slope,PTS)

PTS即脛骨解剖軸與脛骨平臺前后緣最高點連線形成的夾角(見圖3),PTS在膝關節生物力學中有著重要意義,但是開放楔形脛骨高位截骨術(open-wedge high tibialosteotomy,OWHTO)有一個潛在缺點,即會導致PTS增加,Nha等[39]通過一項META分析表明OWHTO術后PTS增加約2 °,閉合楔形脛骨高位截骨術(closed-wedge high tibialosteotomy,CWHTO)術后PTS減少約2.3 °。Bernhardson等[40]研究發現PTS哪怕只發生2 °的變化都會對膝關節產生不利的影響。所以在術前應該充分考慮如何對矢狀位力線進行控制。

圖3 矢狀位膝關節PTS模式圖

Erquicia等[41]通過尸體標本研究認為截骨起點不同影響著PTS的變化,盡可能靠近脛骨近端進行截骨可以減輕OWHTO術后對PTS的影響。Kaya等[42]研究發現從后內側到前外側的方向上進行OWHTO可以顯著降低PTS。Song等[43]通過研究OWHTO術后PTS增加的原因,認為骨性合頁處骨折和矯正角度較大是PTS增加的危險因素,而Jo等[44]提出外側骨性合頁的位置也已經被確定為OWHTO改變PTS的重要因素。從上述得知,無論是改變截骨起點還是改變截骨方向,都與外側骨性合頁的位置有關,因此在術前確定骨性合頁的位置至關重要。Eliasberg等[45]通過研究骨性合頁位置對HTO術后PTS的影響,發現骨性合頁的外旋、內旋與由此產生的 PTS 變化之間存在很強的線性相關性。總體而言,截骨時將骨性合頁放在前外側則PTS會減小,而將骨性合頁放在后外側則PTS增加。此外截骨開口平面的大小,也影響著PTS的變化,這可能是由于脛骨近端的前內側皮質與后內側皮質成一定角度,而外側皮質幾乎垂直,所以截骨開口平面前后間隙相等的OWHTO將增加PTS。Hanada等[46]在術前用3D軟件進行模擬截骨,通過在模擬截骨后膝關節矢狀位視圖上3個點來定義截骨開口平面的前后間隙及最大間隙,并在術中作為參考,可能有利于避免PTS增加。在以往的認知中,截骨開口平面前后間隙的比例早有定式,但是每個人由于脛骨近端結構的不同,所以應該考慮個體差異。

目前HTO,雖然有不同的術前計劃,但是術后效果卻不盡人意。臨床上目前在術中常采用的還是電線、金屬桿等方法,在不考慮準確性的前提下,這些方法所造成輻射暴露次數的增加也是一個問題。通過綜述術前周圍角度對矯正下肢力線的影響,本研究發現在術前規劃好一些局部角度,在術中代替上述方法,不僅可以降低暴露次數,而且能夠保證較好準確性。合理的患者選擇、精確地術前計劃和精湛的手術技術是手術成功的關鍵,目前雖然對HTO如何實現下肢力線準確性矯正研究取得了一定的進展,計算機輔助導航、個體化截骨導向器(patient-specific instrumentation,PSI)的準確性已被證實,但這些技術在目前并不具備普遍性,希望未來醫療領域有更多新保膝技術興起以及保膝方案優化,同時期待將來能夠出臺專家共識以指導臨床,減少KOA患者的痛苦及負擔,造福更多患者。