戴思思，李宗瀚，安帅，王沛则，冯明利

(首都医科大学宣武医院骨科，北京 100053)

全膝关节置换术(total knee arthroplasty，TKA)是治疗退行性骨关节炎、缓解膝关节疼痛、恢复膝关节功能的有效方法。TKA术后下肢力线恢复不良和假体位置不佳是影响假体长期生存率和患者满意度的重要因素。经典的TKA对线方法是由Insall等[1]提出的下肢机械轴对线法。长期随访发现，有约20%的TKA患者术后存在疗效不满意等问题[2-4]。近年来，随着计算机导航技术和机器人辅助TKA技术的发展以及运动学对线理念的推广[5-7]，对TKA术后假体位置的评估提出了更高要求。X线作为既往研究中常规的测量方法，受限于准确率低、难以评估旋转力线等问题；二维CT(2-dimension CT，2D-CT)虽可实现解剖标志的精确定位以及假体旋转力线的评估[8]，但其精确性却受到扫描角度和层厚等条件的限制[9]。三维CT(3-dimension CT，3D-CT)较2D-CT具有更灵活的空间比较，已成为骨科医师日常使用的一种新的测量方法[10]。但目前关于CT测量方法的参数定义和参考范围仍存在争议[11]。现就TKA术后下肢力线和假体位置的测量方法及参考范围予以综述。

1 TKA术后下肢力线和假体位置的冠状面测量及参考范围

1.1TKA术后下肢力线和假体位置的测量

1.1.1X线 股骨和胫骨假体的内外翻可通过下肢的解剖轴或机械轴进行测量评估[12-13]。如图1A所示，以解剖轴作为参考，股骨假体力线被定义为股骨假体远端切线和股骨解剖轴的内侧角；胫骨假体力线被定义为胫骨假体近端切线和胫骨解剖轴的内侧角[14]，TKA术后的胫股角是股骨解剖轴和胫骨解剖轴的夹角。如图1B所示，以机械轴作为参考，下肢机械力线即髋膝踝角，是股骨机械轴和胫骨机械轴的夹角；股骨远端外侧角是股骨机械轴和股骨假体切线的外侧角；胫骨近端内侧角是胫骨机械轴和胫骨假体切线的内侧角[15]。假体冠状面的位移可通过假体突出来描述，而假体突出被定义为关节假体超出股骨远端或胫骨平台的部分。假体突出可导致软组织刺激、关节间隙过窄以及活动范围受限等[16]。造成假体突出的原因多与假体内外放置位置不佳和尺寸选择不合适有关。而一旦出现下肢力线对线不良和假体突出，往往会导致TKA术后疼痛，甚至有可能形成持续的慢性疼痛[17-18]。X线是临床术后测量和评估假体内、外翻和冠状面下肢力线的常规手段。

1.1.2CT 3D-CT利用机械参考轴测量时，髋膝踝角、股骨远端外侧角和胫骨近端内侧角均可参考X线中测量力线相关定义，但其对解剖标志的精准定位可获得更准确的力线分析[19-20]，见图1C。在位移方面，由于术中对假体基于导航和机器人手术内外侧放置的可信度较高，加之术后存在伪影，故既往基于CT的研究很少涉及其术后假体冠状面位移的测量。

1.2参考范围 虽然不同研究使用的参考轴存在差异，但目前冠状面整体下肢力线恢复至中立位仍是金标准，即髋膝踝角恢复至(0±3)°或胫股角外翻 3°～7.5°[15]。还有研究者建议，理想的股骨假体相对于解剖轴应外翻2°～7°，同时避免突出3 mm[14-15，18]，胫骨力线应为90°并尽可能覆盖胫骨，减少突出[14-15，17]。目前对于冠状面整体下肢力线恢复至中立位这个观点仍存在争议。在欧美约32%的男性患者和

约17%的女性患者存在先天内翻畸形，且亚洲人群比例更高，因此部分研究者认为对于术前存在膝内翻的人群可保留适当的内翻角度[21]。而Slevin等[20]发现，虽然中立位力线恢复只有在术前非内翻

患者中可获得更好的预后，但目前固有内翻的概念尚未明确，因此不推荐将术前内翻人群以力线内翻作为手术目标。对于假体突出的问题，Nielsen等[17]通过独立研究胫骨假体各方向突出发现，胫骨内突与术后1年膝关节疼痛发生有关，但其对术后的影响可能涉及假体旋转等问题，因此仍需结合CT来分析。van de Groes等[22]于术中使用特殊工具测量得出假体滑车内置≥5 mm患者预后更好，这可能与TKA滑车凹槽设计是非生理性外置相关。而Steinbrück等[18]经体外研究发现，股骨假体内外置并不会影响髌骨后压力进而引起前膝疼痛。目前对于TKA术后的评估大多基于机械轴和解剖轴的测量，重在恢复患者术后髋膝踝角的中立位以及根据下肢机械轴或解剖轴特点放置假体。但也有研究认为，TKA术后不论是否恢复下肢力线中立位3°以内，患者临床预后的差异均无统计学意义[23]。在以机械轴对线作为TKA术中参考标准的全部膝关节术后假体安放位置良好的患者中，仍有部分患者因膝关节活动受限、疼痛等并发症而对疗效不满意[24]。因此，近年来运动学对线TKA的概念被提出，旨在重建决定正常膝关节屈曲旋转运动时的3个功能轴，即股骨主横向轴、胫骨旋转纵轴和髌骨横向轴[13，25]。Takahashi等[26]提出，与采用机械轴对线TKA的患者相比，采用运动学对线TKA的患者术后功能评分更高；虽然采用运动学对线TKA与机械轴对线TKA患者股骨假体和胫骨假体放置的角度差异有统计学意义，但两者术后并发症发生率差异无统计学意义。因此，运动学对线在其他方面的优越性仍有待进一步研究探索。

此外，虽然有研究显示术后冠状面对线不良与翻修率和预后无关联[15，27]，但冠状位对线不良，尤其是内翻，确实会提高翻修率。由于术后下肢力线对预后的影响与术前力线相关，因此实施TKA时将术前力线纳入考虑范围并根据膝关节形态进行个体化设计，有望提高患者术后满意度[28]。

2 TKA术后下肢力线和假体位置的矢状面测量及参考范围

2.1TKA术后下肢力线和假体位置的测量

2.1.1X线 假体在矢状面的屈伸可根据相应的解剖轴进行评估。股骨假体屈曲角定义为股骨远端解剖轴与股骨假体远端切线的夹角[29]或股骨前皮质切线与通过内髁中心矢状轴平行线的夹角[14]。胫骨后倾角是胫骨解剖轴与胫骨假体下表面的夹角，见图2A。假体的位移可通过股骨后髁偏距(posterior condylar offset，PCO)和胫骨假体前突进行评估。PCO定义为侧位X线中股骨干后皮质切线与股骨后髁最凸点的垂直距离，见图2A。股骨后髁偏距比则定义为PCO与股骨远端前后径的比值，其可减小膝关节尺寸的差异，因此较PCO更符合股骨远端的形态[30-31]。在使用X线研究PCO与负重位屈曲范围关系时，需考虑X线难以定量分析胫股旋转角度和股骨后滚等因素的影响[29]。胫骨前突是指胫骨平台超出胫骨的前部，目前尚无证据表明其与TKA术后效果相关。在X线中，胫骨后突受膝关节旋转的影响极大，因此通常不对其进行分析[17]。

2.1.2CT 2D-CT扫描中股骨假体屈曲角和胫骨后倾角的定义可参考X线，但3D-CT重建后的测量方法略有不同。3D-CT重建后的股骨远端解剖轴可以通过软件计算股骨远端圆柱体的中心线，股骨假体远端可以用横切面代替切线，这样股骨假体屈曲角就是股骨远端中心线与股骨假体横切面所成的角。而胫骨假体后倾角是胫骨假体平台面与胫骨近端髓腔圆柱体中心线所成的角，见图2B、图2C。经3D-CT重建，PCO定义同X线，可以旋转假体至内外髁重叠，经股骨后髁最凸点作股骨干后皮质切线的平行线，测量两条线之间的垂直距离[30]。

注：TKA为全膝关节置换术，PCO为股骨后髁偏距

2.2参考范围 目前关于TKA术后假体矢状面位置的研究较少。Murphy等[32]发现，在交叉韧带保留型TKA中，股骨假体屈曲4°相较中立位更好，但此结果尚缺乏与预后和患者满意度相关的证据支持。胫骨后倾角变异会引起相应的屈伸间隙的改变，如胫骨后倾角过大易造成矢状面不稳定，而前倾角则会使屈曲间隙紧张和屈曲范围减小。因此，为了提高生存率和屈曲功能预后，目前仍推荐在术中将股骨假体在矢状面上恢复至中立位作为目标，即理想股骨假体屈曲角为0°～3°，胫骨后倾角为0°～7°[14-15]。在评估位移时，PCO与TKA术后屈曲范围的关系仍然存在争议，其中有学者认为，对于后交叉韧带保留型TKA，PCO与TKA术后屈曲范围之间无相关性，但也有学者认为，重建PCO可获得更大的术后负重位主动屈曲范围[33]。对于后交叉韧带牺牲型和后稳定型TKA，部分研究发现，PCO可影响TKA术后屈曲范围，亦有研究者认为PCO与TKA术后屈曲范围之间无显著相关性，原因可能在于：其更符合生理的股骨后滚模式，弱化了后髁厚度对屈膝的影响[29-30]。还有研究者通过综合PCO和胫骨后倾角对术后屈曲范围的联合影响，建议重建内侧PCO且避免过度的胫骨后倾角[31，33]。Tsubosaka等[34]则认为，增大PCO可减小关节过伸间隙，但对屈曲间隙的影响尚不确定。此外，与西方人相比，中国人群PCO明显较小、股骨后髁偏距比明显较大，因此，在假体设计时应考虑PCO的民族差异性[30]。

3 TKA术后下肢力线和假体位置的轴面测量及参考范围

3.1TKA术后下肢力线和假体位置的测量

3.1.1X线 股骨假体旋转测量的经典参考轴是外科通髁轴(surgical transepicondylar axis，sTEA)[35]，而胫骨假体旋转测量则存在多种方法。由于X线存在平片校正、只适用于特定TKA等问题，且其受膝关节旋转和放大误差的影响较大，因此通常不用于旋转力线的测量，此外，其临床效用性和可重复性也较差[36]。

3.1.2CT 在评估股骨假体旋转时，2D-CT平扫常通过假体后髁轴或假体内钉来定义，即sTEA(a)与假体后髁轴(b)的夹角或sTEA与假体内钉连线(c)的夹角，见图3A、3B；3D-CT中也可通过sTEA(a)与假体后髁轴(b)来测量，见图3C[8，37]。在评估胫骨假体旋转时，可使用多种方法进行测量。胫骨假体旋转角是2D-CT测量中最常用的方法，形成该夹角的两条切线为：假体后切线，即通过对称性假体后缘的切线；几何中心和胫骨结节中点的连线，见图4A、4B。Bédard等[38]将胫骨假体旋转角改进后用于评估不对称胫骨假体旋转。Jazrawi等[39]使用胫骨假体后切线(a)与胫骨后髁关节下2 cm线(b)的夹角定义胫骨旋转，见图4D。由于假体实际旋转力线会受到胫骨负重运动时的影响，因此，Kim等[14]将其定义为胫骨平台后切线(a)与胫骨负重后切线(b)的夹角，见图4E。这种方法适用于胫骨假体负重运动时旋转力线的测量，但由于不涉及解剖学标志而受到局限且不够精准。在3D-CT中，胫骨旋转角定义为胫骨假体后切线与胫骨后髁轴的夹角，见图4C[37]。Roper等[40]则将胫骨旋转定义为胫骨平台中心与胫骨结节内中1/3处连线(d)与平分胫骨平台线(c)之间的夹角，见图4F。由于2D-CT胫骨测量方法众多，因此较难与3D-CT测量方法进行比较。

注：TKA为全膝关节置换术，sTEA为外科通髁轴

2D-CT虽然实现了TKA假体旋转的测量，但其精确性会受扫描角度和层厚等条件的限制，同时易受体位影响，且扫描范围只包含股骨远端和胫骨近段，因此难以对膝关节运动学进行完全评估。3D-CT具有更灵活的空间比较，不仅可根据患者体位调整精确定位股骨内外上髁等解剖学标志，还可进行整体下肢的重建，降低解剖学变异和股骨胫骨扭转等因素的影响，在测量假体3D的力线和位置时，有更高的观察者内信度和观察者间信度[19]，且3D-CT可更敏感地检出异常值[41]。因此，在测量所有力线等参数时，尤其是旋转力线，推荐使用3D-CT。

3.2参考范围 假体旋转力线对线不齐可导致假体高翻修率[42]，然而由于测量技术不准确以及理想的旋转力线测量方式尚未明确，旋转力线对假体生存率的具体影响目前尚不清楚。有研究表明，股骨假体内旋或胫骨假体过度内旋均可导致术后髌骨周围疼痛[36]，而过度外旋也可导致髌骨滑迹不良、活动受限和假体磨损等。因此，股骨假体相对于sTEA应外旋2°～5°，且应避免内旋，胫骨假体亦不可过度旋转(外旋2°～5°为宜)[14-15]。Bell等[43]研究发现，股骨假体与胫骨假体联合轻度外旋可使术后膝关节功能达到最佳状态，而股骨假体与胫骨假体联合内旋则可导致术后膝关节不适等一系列并发症。因此，应避免胫骨假体与股骨假体联合内旋，且尽可能达到联合轻度外旋的状态。

注：GC为几何中心；TCA为胫骨假体旋转角

4 小 结

目前关于TKA术后下肢力线和假体位置在冠状面、矢状面及轴面上的测量(尤其是轴面旋转的测量)仍存在争议，各参数尚无明确的参考范围。X线因受拍摄角度和空间重叠的影响存在一定局限；2D-CT测量的准确性较X线显著提高，3D-CT对于轴面旋转的测量具有独特的优势，但无论是2D-CT还是3D-CT，虽然在分析假体位置或松动、假体周围骨吸收、骨折、感染等方面的敏感性均较X线高，但却受限于金属伪影的干扰且存在增加额外辐射剂量等不足，而双能量CT等新技术以及小剂量原则的提出有望弥补CT的不足。相信随着计算机和机器人辅助技术的发展，CT会逐渐取代X线成为TKA术后最常用的测量方法。