法国每年进行近80,000例全膝关节置换术(TKA)手术，手术例数的增长可以归因于肥胖的增加、更积极的生活方式以及预期寿命的延长。有多种因素影响患者对TKA术后结果满意度。为了提高患者TKA术后的满意度，本讲座旨在回答以下问题：1.什么是机械对线(MA)？为什么有些人对此持保留意见？2.还有其他可用的对线技术吗？3.运动对线是未来吗？P·弗里曼和Insall推广了MA，并使其成为TKA的黄金标准，每个患者的植入物都以相同的方式排列(如图1)。我们的目标是创造一条直线（下肢力线），这从生物力学的观点来看是最好的。这项技术包括使冠状面的截骨线垂直于股骨和胫骨的机械轴线，胫骨后倾角固定，潜在的韧带松解程序和股骨假体相对于后髁线的外旋(最初为3°)，以平衡伸直间隙和90°屈曲间隙。
图1（左图）这位病人站立时下肢存在内翻对线；（右图）机械对线理念(MA)，纠正关节线的对线不良和倾斜虽然人工全膝关节置换术假体生存率高，临床效果尚可，但是事实上，15%到20%的患者对术后的结果不满意，50%的患者有残留症状。当与全髋关节置换术的术后功能进行比较时，这些局限性变得更加明显。近年来，关节外科和矫形外科行业通过使用提供更多包含生理运动学的新假体设计、通过个性化股骨假体的轴向旋转来改进MA技术、通过改善间隙平衡以及通过提供工具来计划和实施该过程(导航、机器人、特定的器械)，试图通过多方面着力来解决这一问题。然而，这些进展似乎并没有达到预期的效果。这让人们对通过提高假体植入的准确性来改善临床结果的观点产生了怀疑。尤其是经常使用独立切开技术(≈40%)的MA TKA存在间隙不平衡，这种不平衡不能通过韧带松解程序来解决，因此它们的运动学是不正常的。这可能是因为膝关节的结构解剖和韧带松弛没有得到恢复。这使得骨科医生认识到了MA技术固有的和技术上无法解决的局限性，并对其提出了质疑，提出了新的、更具生理意义的假体对线技术。其他技术旨在更好地重现病人的解剖结构，主要有三种类型(图2)：系统性、运动性和功能性。
根据每个患者的个体差异重建其自身的解剖特征和软组织平衡和MA一样，他们的目标是在所有患者身上创造类似的植入物安装。不同之处在于，系统化技术寻求保留一定程度的胫股关节线倾斜(解剖学对线技术，即AA)或下肢的一些天然畸形(调整机械对线技术，即AMA)。由Hungerford和Krackow在20世纪80年代描述和推广，其目的是当下肢伸直时，使关节线其与股骨和胫骨的机械轴线成3°的夹角，以便站立时关节线与地面平行：胫骨部分为3°内翻，股骨部分为3°外翻。这项技术对膝关节解剖结构的改变比MA要小。然而，两项随机对照研究发现，AA和MA的这两种技术之间的临床差异可以忽略不计。由于在切口对线时有出错的风险，这将导致胫骨假体过度内翻，已开发出关节线倾斜的非对称植入物(例如Smith&Nephew的Journey™)。使用与MA技术的垂直截骨面，它们实现了与AA相同的对线理念，这可以称为“AA-like”技术。这是建立在Bellemans等学者描述的“天然内翻”概念的基础上的，因此适用于膝内侧骨性关节炎的内翻患者。目的是在手术肢体上留下2°~3°的残余内翻，但胫骨截骨面与轴线呈90°。为了达到这个目的，股骨远端的截骨面必须有轻微的内翻。这有助于减少伸直间隙的不对称性，并最大限度地减少软组织松解手术的次数。AMA的临床益处还没有得到证实，而且这项技术的应用似乎是有限的。由Howell和Hull提出的运动学对线技术，这是一种“生理学”植入技术，目的是恢复“关节炎前期”膝关节(磨损前)的解剖和韧带平衡。寻找下肢的原始对线，站立时是静态的，但在屈膝时也是动态的。当患者存在较严重的下肢畸形时，可以通过调整截骨量来纠正。Vendittoli等学者提出了“限制性KA”(rKA)技术，即胫骨和股骨远端的截骨面不能偏离胫骨和股骨的机械轴超过5°，所产生的髋膝踝角（HKA）不能偏离180°对线超过3°。通过应用rKA方案，51%的病例在运动学上是“纯粹”的无需调整的(KA-TKA)，32%的病例需要轻微的调整(平均<1°)才能将患者的解剖带回安全区，其余17%的病例需要更大的调整(rKA-TKA)。通过应用这些对线阈值，最终的对线总是位于科学证明是安全的范围内。在比较KA-TKA和MA-TKA的11项研究中，有7项研究报告KA-TKA的功能效果优于MA-TKA；此外，KA-TKA的生物力学性能似乎比MA-TKA更有利。这项技术最近随着导航和机器人手术的引入而出现。通过术前和/或术中的三维模拟的实时数据，如果韧带紧张，术者可以调整对线，直到假体位置和间隙平衡达到满意为止。一旦计划得到验证，就可以使用机械臂精确地执行它。如果需要调整截骨量来改善间隙平衡，可以一直进行，直到达到目标为止。因此，外科医生调整截骨量，以达到所需的屈曲和伸展间隙，并尽可能避免进行软组织松解手术。设计者只提供了一些关于他们的植入物对齐算法的细节，目标似乎是假体和下肢的中性对线(0°±3°)，股骨旋转和胫骨倾斜度根据导航系统提供的平衡数据进行调整。作者指出，应该少做或不做韧带松解。目前只发表了5项非常短期的随访研究，这些结果表明，FA-TKA优于MA-TKA，尤其是在术后功能方面。作者将这一优势归功于更好的术前规划和对邻近软组织的更好保护。FA-TKA功能的改善在很大程度上可能是因为减少了韧带的不平衡，最终的对线更接近患者原本自身的下肢对线，就像KA技术一样。应用运动学对线原则的人工全膝关节置换术是符合人体生理学的，其目的是恢复膝关节的解剖学、间隙平衡和运动生理学。应用关节假体重构关节表面，也就是说，无论关节假体的厚度是与截骨的厚度(未磨损的间隙)相同还是更大(磨损后的间隙)，假体植入后的高度都必须恢复至骨关节炎发生之前的骨和软骨厚度。关节假体要求在膝关节的三个轴上达到对线要求：股骨的屈曲轴(后髁同心圆轴或通髁线)，胫骨平台的旋转轴线，髌骨屈曲轴线（如图3）。
图3 KA技术的三个轴线：股骨后髁同心圆轴线（绿色），髌骨轴线（紫色），髌骨轴线（黄色）股骨假体对线在冠状面和横断面上与后髁同心圆轴线平行，使得股骨假体在矢状面上的后髁运动曲率符合股骨的生物力学。胫骨假体在冠状面和矢状面平面上平行于股骨的后髁同心圆轴线，在横断面平面上平行于胫骨前后轴线。首先，评估关节软骨磨损厚度后，再计划截骨厚度，术中使用滑动卡尺验证其准确性(如图4)。外科医生必须仔细“评估关节”以确定其关节炎前的状态，而不是看肢体的畸形、关节线的倾斜或股骨和胫骨的机械轴。外科医生只专注于评估已磨损(骨和软骨)的大小和位置。
图4 游标卡尺，KA技术中的重要工具，用于测量截骨块的厚度这是一种测量截骨技术(单纯的截骨技术)(如表1)。建议先从股骨截骨开始，因为这样更容易在随后的手术过程中暴露胫骨。在放置截骨导板时，应该将磨损的骨和软骨厚度考虑在内，并且可以用不同厚度的垫片(增量为1mm)进行填补。股骨髁和胫骨平台的软骨厚度约为2mm，用滑动卡尺对每一次截骨的精度进行检查和评估厚度。如有必要，还会进行一次额外的截骨来达到理想的截骨厚度。
使用手动器械，股骨截骨通常容易和可靠，几乎不需要任何额外的辅助。胫骨截骨要求更为严格，控制截骨线避免出现内翻或外翻。有时需要使用专门为KA设计的截骨导向器来进行额外的补充截骨(如图5)。KA技术的主要原理是，在确认前一步的准确执行之前，不会进入下一步手术步骤。这可能是已报道的KA理念的假体精确安装和良好术后功能的原因。
图5 用于细化胫骨截骨的内翻/外翻导向器（图中显示外科医生想要在胫骨截骨的基础上再加2°内翻）临床上有多种类型的工具可用于KA：手动工具、个性化截骨导板、机器人/导航工。就假体安装的精确度而言，手动工具辅助下假体安装的精确度很高，与辅助工具安装(导航、机器人)效果相仿。能够达到如此高的精确性是因为KA技术只使用关节周围容易识别的解剖标志，而且每次截骨的精确度都由卡尺多次测量保证，额外的补充截骨也更容易操作(如图5和图6)。
图6 股骨远端截骨导向器，右图显示2毫米厚的间隔片用来弥补磨损的股骨髁(“磨损的”一侧)上软骨的高度专门为KA技术开发的工具(个性化的手术器械、导航、机器人)可以在术中给外科医生，更加全面地提供患者的解剖信息(膝关节、下肢)，尽管它们会增加患者的治疗费用和额外的放射暴露(手术计划中使用的额外放射学成像)。导航/机器人工具还提供有关膝关节周围软组织平衡（紧张度）的信息，这有助于减少胫骨补充截骨的需要。KA对线技术几乎适用于所有患者，即便在极端的膝关节/下肢解剖畸形的患者中，保留KA的理念，同时调整假体的对线，以减少并使残余畸形可接受。到目前为止，还没有科学的证据可以用来定义下肢(HKA角)、膝关节(关节线倾斜角)和假体(股骨远端外侧角和胫骨近端内侧角)的可接受界限。有学者对4000多名连续的KA-TKA进行的12年随访研究中报告，术后10年的无菌性并发症的发生率为1.6%。这些并发症不是由于病人的解剖畸形造成的，而是外科医生的技术错误造成的。KA-TKA术后罕见的髌骨不稳定并发症与股骨假体过度屈曲相关，一部分对照研究证实了KA-TKA在短期内(≤2年随访)的安全性，尽管这些研究通常排除了较严重的下肢畸形、对线不良的患者。临床上的研究表明KA-TKA的生物力学性能是可以接受的，与MA-TKA相似，有的研究甚至报道比MA-TKA更好。原因之一可能是膝关节置换术后的膝关节内收力矩降低，这可能会使得KA-TKA术后患者的行走更自然，膝关节负重时发生关节内翻、股骨髁抬起和衬垫边缘负荷的频率较低，而下肢的动态对线(屈膝时的HKA)可能会更加优良。然而，这些观察不能否懂这样一个事实，即某些形态类型极端异常，甚至从生物力学的角度来看是有害的，对这种情况下使用KA技术会带来不良的结果。这种情况常见于：四肢/膝关节形态异常导致髌骨不稳，使用KA技术可能难以避免髌骨不稳的复发；佝偻病或布朗特氏病（Blount’s disease）后下肢严重的畸形(大于20°)的患者。在这些极端情况下，通常需要采取特殊措施。波尔多（Bordeaux classification）分类(表2)定义了KA技术进行TKA面临挑战的五种膝关节类型，并为最佳KA技术的实现提供了技术建议。
3.5.1．胫股设计类型（tibiofemoral design）虽然市场上的膝关节假体都是为MA开发的，但它们中的大多数也是适用于KA技术下进行TKA。KA-TKA相关假体的研究主要以股骨假体对称的股骨髁、固定胫骨平台、保留后交叉韧带或以膝关节内侧为轴等设计为主。保留前、后十字韧带对于优化膝关节置换术的运动学是可取的。然而，它的技术要求高，而且经常伴随着并发症的发生。切除十字韧带和内侧半月板，通过稳定膝关节的内侧间隙(内侧枢轴假体设计)来完成功能替代，是KA技术为理念的假体设计上一个可靠的选择。事实上，这些假体设计(1)替代了部分十字韧带的功能，(2)提供了更多的生理膝关节运动(在内旋中锁定胫骨)，因为内侧间隙比外侧间隙更一致和稳定，(3)有助于恢复生理解剖上重要的胫骨后倾，(4)减少聚乙烯磨损和边缘负荷的风险，因为它们在矢状面和冠状面上的膝关节内侧有很好的契合性(球窝设计)。相反，股骨假体具有不对称的股骨髁的假体设计似乎不太适合应用KA技术，因为假体植入技术更为复杂。使用了限制膝关节运动学的假体设计不适用于KA技术(如后稳定型假体，衬垫抬高型假体)，因为KA技术下使用的关节假体必须是非约束性的，只能以软组织和关节面的几何形状为导向和保护机制，尽可能自然地活动。此外，当应用KA技术恢复了胫骨平台天然的高后倾时，后稳定型假体的凸轮与胫骨柱间碰撞的风险会增高。因此，后稳定型假体不适用于KA技术。3.5.2髌股设计类型（patellofemoral design）目前的股骨假体，都注重于恢复胫股关节对位关系而忽视了患者的滑车解剖结构(股骨假体滑车沟槽外翻过多，导致膝关节前方填充不足。虽然KA技术下的髌骨并发症很少见，但解剖学上恢复滑车沟很可能是有益的，因为它进一步降低了髌骨并发症的风险，并优化了股四头肌功能。无论采用哪种对线技术，滑车填充不足都很常见。这会减少股四头肌的力臂，从而导致股四头肌过度使用和对髌骨施加更大的力量。专门为KA技术设计的关节假体应该很快就会上市。有明确的科学证据表明，KA技术可缩短恢复时间，改善术后功能结果。11项研究比较了MA和KA的术后功能，所有这些研究都报告了KA患者较好的功能结果，尽管其中4项研究没有统计学上的显著差异。研究显示KA减少了TKA术后残留症状的发生率，还提高了患者满意度和实现“遗忘膝（forgotten knee）”的可能性。解剖学上的微小变化、软组织紧张度和运动学上的改善可能解释了这些良好的结果。已有研究表明，现代全膝关节置换术中应用KA技术在短期随访结果中是安全的。MA和KA在TKA术后2年的髌骨并发症、再手术率和翻修率相似。仍然缺乏长期长期随访研究，只有Howell、Shelton和Hull等学者对191例连续病例进行了为期10年的随访，生存率为98.8%，仅1例发生胫骨侧假体松动。步态分析研究证实了令人满意的KA-TKA生物力学，尽管胫骨假体经常处于内翻(生理)状态。行走时的负荷分布可能比MA-TKA后更好，正如我们在上面提及的(KA-TKA术后膝关节内收力矩减少，边缘负荷风险降低)。事实上，单腿站立或双腿站立时，KA-TKA的关节线方向总体上比MA-TKA的关节线更平行于地面。从而减少施加在关节假体上的剪切力，这可能是一个额外的生物力学优势。改善全膝关节置换术的临床结果将涉及到更加个性化和更加符合生理学的假体安装过程，以保留每个患者个体化差异的解剖学特征。KA技术可以以低成本、可靠地完成，并且似乎可以重现理想的膝关节生物力学。虽然KA-TKA的短期临床结果令人鼓舞，但还需要更多的研究，必须确定可接受的生理性畸形的最大限度。
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