莫华贵 黄远翘 邬黎平 罗焕 罗贞 陈家辉 罗裕强 原向伟

1广东医科大学，湛江 524023；2江门市中心医院，江门 529030；3广东医科大学江门临床医学院，江门 529020

骨性关节炎作为一种临床中常见和多发的关节疾病，患病率随年龄的增长而表现出快速上升趋势。据世界卫生组织（WHO）相关统计数据显示，骨性关节炎患病率在男性中居第8 位，而在女性中居第4 位［1］。以美国为例，年龄在50 岁以上的男性中是导致其失去工作能力的第2 大原因，仅次于缺血性心脏病，因该病所致的劳动力丧失比例可达53%。此外，骨性关节炎是人类疼痛致残的重要原因，尤其以老年人最为突出［2］。以我国为例，目前正面临较大的人口老龄化压力，时间截至2020 年，我国60 岁以上老年人口数量已达2.64 亿，有1.50 亿人存在骨性关节炎的X 线表现，有症状的人口数量超过1.00亿［3］。

骨性关节炎的手术治疗，目前临床中常见术式有关节镜清理术、关节融合术、胫骨高位截骨术以及人工关节置换术等。⑴关节镜清理术：在关节中存在的软骨碎片、半月板碎片以及骨赘等是关节发生机械性障碍的重要因素。关节镜清理术可将这些碎片和骨赘切除修整，手术过程中进行大剂量的关节灌洗，从而将诱发滑膜炎的炎性因子有效清除。关节镜清理术的主要效用在于使患者症状得到一定缓解，达到消除机械性障碍和炎症因素的目的，并不会引起骨性关节炎的病理和进展的改变。⑵尽管胫骨高位截骨术对于异常的生物力学轴线起到了纠正性作用，使得异常的胫骨平台负重面得到改变，关节负荷随之改变，起到减小骨内压效果，为新关节面形成提供有利条件，起到改善疼痛症状和缓解病程的目的，但该方法并不能从根本上解决问题，尤其对于处于晚期的关节炎老年患者，采用胫骨高位截骨方法进行治疗，不仅达不到治疗目的，还会为后期的人工关节置换术带来困难，患者在下次手术过程中更容易发生感染。⑶加压融合术是比较常用的膝关节融合技术之一，在临床实践应用中表现出诸多优点。既往研究表明，部分接受膝关节融合手术的患者出现了挛缩畸形，其畸形程度不一，如仅仅通过融合过程中增加截骨的方式来达到矫正畸形目的，势必会造成原本已经缩短的肢体进一步缩短，对于患者的肢体功能及身体平衡都是不利的。⑷人工关节置换术是基于人工关节技术的出现和发展而问世和应用。人工关节置换术具体是利用不同材质的人工关节，将已损害的关节面替换，患者得以重新恢复正常行走能力。人工关节作为人类上世纪矫形外科领域科技取得的重要进步之一，它的出现使改变了患者对拐杖的依赖性，为不得不需要进行截肢的患者带来了机会，使之获得了与正常人相同的行走能力，生活质量从根本上得到改善。现阶段，人工关节置换术已经成为国内外临床关节严重病变患者的一种主要治疗手段。对以上4 种手术类型进行综合对比，分析结果表明人工关节置换术对于严重性膝关节病变患者的治疗效果最佳，症状改善最为彻底，具备明显优势。最新统计资料显示，我国每年接受全膝关节置换术（total knee arthroplasty，TKA）患者数量超过90 万例，在美国大约有14 万例患者接受全膝关节置换术，可见人工关节置换术已经在我国已经比较普遍［4］。

在TKA过程中下肢生物力线是否准确及软组织平衡是否得到较好的调节，与关节假体使用寿命以及个体术后生活质量改善情况有重要影响。随着近年来手术器械的不断优化改进，手术操作流程日趋规范化，目前TKA的完成率已经处于较高水平。尤其是近20 年间，更多不同TKA 术中下肢生物力线对齐设备的开发应用，手术过程中大大提高了对股骨远端骨节面及胫骨近端骨节面切割准确性［5］。然而尽管所使用的假体性能良好，但目前软组织平衡问题仍未得到很好解决。软组织平衡性被证实为患者术后关节动力学是否良好的一个关键因素。膝关节软组织平衡问题主要涉及到两方面，即膝关节伸直和弯曲90°下，在膝关节周围的软组织所受到的张力是否一致，有失平衡。因软组织平衡在TKA 中十分重要，自TKA 手术被广泛开展以来，软组织平衡成为相关领域专家学者共同关注的问题，均试图通过相关研究发现解决该问题。

TKA中软组织平衡测量技术

1.间隙平衡技术

间隙平衡技术是应用于TKA 的软组织平衡测量技术，其特点是首先于截骨前采取适度的松解操作，以对屈曲状下内外侧软组织张力进行校准，随后向其中插入专用平衡器械，同时将屈曲间隙撑开，在内侧与外侧术中张力处于平衡状态后，股骨后髁测量模板可进行自动旋转，同时可显示后髁截骨的角度，从而得到了同伸直间隙相同大小的矩形屈曲间隙。

近年来随着间隙平衡技术应用的不断增多，该技术可帮助患者下肢力线和功能恢复，并且发生功能性并发症的概率较低。国外某团队在其研究中对间隙平衡技术和参照传统测量截骨技术进行对比研究，结果观察到参照传统测量截骨技术在术后股骨假体安放位置同外科上髁轴存在的误差角度超过3°发生率更高，因而推测通过间隙平衡技术安放于关节假体时可获得更高的精确度［6］。另据国外报道，在TKA 术中将通髁轴、后髁轴、Whiteside 线和间隙平衡技术参照，对比股骨假体旋转，间隙平衡技术的稳定性相对良好［7］。另有学者提出，无论在手术过程中以哪种骨性结构作为参考进行定位，在手术结束后膝关节屈曲间隙的可靠性和准确性方面间隙平衡技术均优，提示测量截骨技术或已经不再适合当前需求［4］。但国内学者蒋超等［8］将TKA术中间隙平衡技术和测量截骨技术对手术前后关节线变化进行系统评价，结果提示间隙平衡技术组术后关节线明显提高。

2.传统测量截骨技术

近年来国内外诸多学者从事有关传统测量截骨技术的骨性标志相关研究，尽管个体间存在一定差异，多数学者认为该技术同样能够使患者TKA 术后功能及生活质量改善。股骨上髁轴概念最初是Berger 等提出，具体进一步分为外科上髁轴，即外上髁最凸点同内上髁沟间的连线（surgical epicondylar axis，SEA）；临床上髁轴，即外上髁最凸点同内上髁最凸点间的连线（clinical epicondylar axis，CEA）。相关学者指出：因外科上髁轴在识别中能够更加清楚，在用于确保假体合适旋转的骨性参照方面有更高的参考价值，即使手术相对复杂，同样可为其提供良好定位。国外某团体通过CT 三维（3D）成像技术对60 例膝骨关节炎患者股骨进行测量，发现股骨机械轴和外科上髁轴间存在的夹角大小均值为90.2°，因而认为该轴具备更大的解剖关系，在股骨假体的对位线上，表现出较高稳定性。此外，由于股骨上髁轴通常不会因后髁发育不良或者关节面磨损等因素所影响，因而目前在临床中得到了较为普遍的应用。但是这一参照存在的难点在于需要克服软组织覆盖所致的定位不准问题。国外报道中指出，以外科上髁轴作为TKA术中参考，术后通过CT 对其进行测量，结果提示股骨假体可安放至同真正外科上髁轴误差夹角不超3°的占比不足80%，提示在TKA 术中对于真正外科上髁轴的触摸定位的难度仍然较大［9］。

Whiteside线不仅为股骨滑车最低点同髁间窝中点的连线，还是AP 轴。这一概念是由Whiteside 等最先提出的，在其研究中发现在对外翻膝患者定位中以该轴作为参考时，同以后髁轴作为参考相比较，可有效减少或避免患者TKA术后髌骨脱位现象；同时指出，Whiteside线同上髁轴的方向呈垂直关系，在髌骨发生外翻后便可进行标记，同其他参照相比表现出诸多优势，如标记更加容易、所引起的创伤更小且可靠性良好，因而可作为传统手术、微创手术的参照［10］。另据研究发现，垂直于Whiteside 线进行假体安放可作为股骨后髁发育不良或骨质破坏的TKA 手术中的可选策略，在部分情况下体现出一定的定位优势［11］。但在其他研究中，部分学者指出垂直Whiteside 线方式间股骨假体安放并不完美，同样存在缺陷；其团队对入院治疗的关节炎患者术后情况进行检查分析，结果表明如患者患膝存在滑车磨损或发育不良的情况，在定位时以Whiteside 线作为参照时比较容易出现误差，比较严重的情况下可发生股骨假体过度内旋安放［12］。

股骨后髁轴是股骨后髁后侧连线，因在实际操作中比较容易识别和确认，因而在临床实践中应用较为广泛，其作为参考线的价值受到了广大医师学者的肯定。股骨后髁轴延伸出股骨后髁角和髁扭转角两个角度：股骨后髁角即后髁轴同外科上髁轴之间形成的夹角，髁扭转角为后髁轴同临床上髁轴形成的夹角。Griffin 等［13］对107 例膝关节进行术中后髁角测量，结果显示男性后髁角为（3.6±1.8）°，女性为（3.7±2.6）°，不同性别间差异无统计学意义；其研究结果解释了多数膝关节股骨假体设计是基于后髁轴进行外旋3°截骨作为参考的原因。值得引起注意的是，所有操作选择该截骨方法并不符合操作个体化要求，更容易因人群解剖方面存在的差异而出现较大偏差。部分学者建议在TKA实际过程中首先通过后髁轴进行股骨后髁截骨确认，再通过上髁轴校正，保证股骨假体可安放于较佳的外旋角度。定位时仅以后髁作为参照往往容易受发育不良或磨损所影响，从而影响定位的精确性。既往研究资料表明，参照Whiteside 线、SEA 及后髁轴的传统截骨技术对比分析，结果发现分别有91%、84%和72%的膝关节在术后达到误差3°以内对称屈曲间隙，在临床实践中建议参照，以获得最佳的屈曲间隙，同时结合影像学手段对SEA 进行定位，提高TKA术中假体安放的精确度［14-15］。

3.传感器测量

软组织平衡测量可帮助医师直接获得病患膝关节术中股骨与胫骨之间存在的实际压力分布，因而更好地对膝关节间压力分布状况进行有效测量，可更有效地反映软组织平衡状态以及完成对软组织的高效调节。尽管利用压力传感器进行软组织测量方法比较直观，但将其植入膝关节中以及进行相关压力测量的过程存在较大难度，在TKA 中进行膝关节骨面切割后，膝关节中存在20 mm 左右的间隙，左右侧大小为60～80 mm，前后距离40～50 mm，由于膝关节间存在约10 kg的张力，因而对于测量调节提出了比较可控的要求［16］。在测量过程中，需性能较高的压力传感器，对其量程及重复性提出较高要求。压力传感器的测量原理是将压力传感器装置带入股骨与胫骨间，传感器接触到两种关节面，感受到软组织作用于股骨和胫骨上张力。压力传感器将受压信息转变为电信号，电路完成相关信号采集处理，输出膝关节间真实压力分布及大小。用于软组织平衡测量的压力传感器，由最初的半导体橡胶至目前压电传感器方法。目前Tekscan 公司生产的K-Scan 分布式压电传感器比较常用，主要用于对人工膝关节垫片受人工股骨端面压力的测量。另FSR174 压力传感器主要用于股胫骨切割后的受力进行测量。

4.计算机辅助控制测量技术

计算机辅助的TKA过程软组织平衡测量可为手术医师在进行软组织平衡调节过程中提供比较形象的信息［17］，具体工作原理是结合计算机图像、图形处理技术，通过计算机对膝关节、股骨及胫骨的3D 结构成像，利用空间3D 定位软件系统对膝关节间隙进行测量，并结合传感器技术提供关节内压力数据，于计算机屏幕进行股骨和胫骨立体图形、膝关节软组织张力分布以及间隙大小进行显像。操作医师结合输出的数据信息进行组织平衡调节。该方法显示出了较大的应用价值潜力，是目前组织平衡测量的发展方向。

TKA中软组织平衡测量装置介绍

1.传统手术平衡机械装置

在使用传统手术的平衡机械装置过程中，手术医师需通过对器械施加压力以达到分离关节和对截骨后骨间隙大小的测量目的。这类机械设备缺点在于精确度不高，膝关节通常难以实现平衡，主要是由于医师手动施加压力不具有客观性，另外是由于仪器的视觉标记部分分辨率不高导致。既往资料显示，有超过一半的膝关节存在约3 mm 的屈伸间隙不匹配［18］。

韧带平衡装置主要包括间隙平衡器、间隔块以及关节撑开装置。以间隔块为例，在使用过程中医师首先要确定其大小是否合适，对膝关节完全伸直状态及呈90°弯曲时的松弛情况进行人工检查。关节撑开装置的使用，具体是操作医师用手操作撑开器时关节分开，对骨间距离大小进行测量［19-20］。在一项针对传统手术平衡装置的研究中，对比分析间隙平衡器、间隔块以及撑开器的实际使用情况发现，手术器械存在较大的主观性特点，而间隔块在对相等间隙的评估中，与撑开器的评估结果存在大约20%的分歧，即便是在韧带松解适当且术中垫片保持平衡，但在进行的透视运动分析结果中，仍有接近24%的患者术后胫骨旋转存在异常［21］。

2.计算机辅助装置

计算机导航辅助的TKA 技术，其具体工作原理是将红外线反射球安装于股骨和胫骨，利用红外技术将信息传输至计算机，利用计算机对截骨信息进行调整，操作医师在其帮助下实现精确截骨［22］。该辅助装置的优势在于减少了对医师判断的主观性，减少失误，提高假体植入的准确性，屈伸间隙平衡性更佳，下肢力线准确度更高。导航辅助间隙平衡出现异常值的概率降低，同传统测量技术的矩形间隙相比较，股骨-胫骨间隙更少。计算机导航技术中同样存在不足，在实际应用中多以骨骼标志物作为参照，从而将软组织对膝关节的重要性忽视［19］。在一项随机试验中，经过14年的随访发现计算机导航手术能够对下肢假体定位起到积极的改善作用，但是计算机导航在软组织平衡时所发挥的实际作用仍有待明确，TKA 的计算机导航在疼痛、功能或生存率方面没有明显益处［23］。在一项回顾性评估研究中，研究者发现计算机导航TKA 患者由于术中采用的微创拉钩、高速电锯以及定位钉等器械往往会对患者的皮肤、韧带及相关神经造成误伤，认为该技术尽管能够实现精确截骨和假体定位，在减轻膝关节软组织损伤方面仍有较大优化改善空间［24］。

3.电子平衡装置

电子平衡装置较传统手术机械装置在精确度方面更有保证，具体是通过对膝关节内、外间室屈伸间隙应力进行调节的方式，帮助软组织平衡，可实现对内侧、外侧室间和股骨接触部位的测量和显示［25］。在进行截骨操作后，通过电子平衡装置可帮助操作医师完成膝关节屈曲、伸展时、内外侧间室之间的应力相等。eLIBRA 为一种电子平衡装置［26］，胫骨近端及股骨远端截骨后伸直膝关节，取合适的间隔器与eLIBRA 张力测试系统的感受器连接，插入伸直间隙，通过内外侧间室数据判断是否平衡，否则通过松解软组织以达到压力理想范围；伸直间隙平衡后屈曲90°，同理适用股骨部件及eLIBRA 张力测试系统的感受器，松解至屈曲间隙平衡，由此决定股骨假体大小、外旋及四合一截骨，优势在于可避免软组织过度松解。国外学者将传统间隙平衡技术同传感器技术间对比研究中期临床结果，显示没有发现差异，另外由于传感器的使用显著增加了膝关节平衡干预的次数，是否会改善假体的存活率和关节生物力学，仍有待确定［27］。

总结

基于上述相关研究，可知膝关节骨性关节病在世界范围内有较高的患病率，是中老年人群健康和生活质量的重要威胁。TKA 是目前此类患者恢复行走能力的有效手段，而术中关节软组织平衡的适度调整，改善关节应力状态是手术高质量完成的关键，同时也是膝关节置换后延长假体寿命的重要保障。近年来随着科技水平的不断发展，相关测量技术不断优化改良，测量机械及步骤趋向于简化，数据显示方式更为丰富充实，同时也减少了对手术医师的主观判断依赖，完成质量逐步提高。然而目前针对TKA 中膝关节间隙平衡的测量，可供选择的机械测量手段较多，目前传感技术已经得到发展应用，未来在膝关节间隙测量方面，可直接用传感器完成相应的间隙测量，已达到个性化治疗方案。