【关节置换】全膝关节置换（TKA）的截骨方法
摘要
TKA是一种有效治疗膝关节终末期疾病的方法，术中截骨经典方法包括间隙平衡和测量截骨。这两种方法均为临床医师所推崇，但是各有其优缺点，未来的新技术应是二者的结合应用。浙江大学医学院附属第二医院骨科沈炜亮
关键词
TKA(Total knee arthroplasty )；间隙平衡；测量截骨；截骨
背 景
来自新泽西医学院的Sheldon S. Lin, MD等人总结了2015年7月至2016年8月足踝外科的相关进展，包含了已出版的《The Journal of Bone &Joint Surgery》和《Foot and Ankle International》杂志中的相关研究，同时也包含了2016年3月1-5日在佛罗里达州奥兰多举办的AAOS和2016年7月20-23日在加拿大多伦多举办的AOFAS中的相关文选。现编译如下：
前 言：
TKA(Total knee arthroplasty，TKA)是治疗终末期膝关节炎的有效方法，目的是增加稳定性、加大活动范围、改善功能与减轻疼痛。良好的假体对线和软组织平衡是影响疗效的两个主要因素，但是如何实现仍存在争论，缺乏一致公认可行的方法。
测量截骨和间隙平衡技术是目前TKA术中两种不同的方法，其区别在于对股骨假体的旋转定位。测量截骨方法使用金属或塑料工具参考股骨解剖标记进行精确截骨，力求恢复关节线解剖位置，保留股骨正常大小，维持股骨生理性旋转。间隙平衡技术则是利用膝关节周围韧带张力，结合垂直胫骨纵轴的平台截骨获得一致的屈伸矩形间隙。相当多的医师目前将两种截骨方法结合使用。
目前，尽管假体设计持续完善，手术技术愈加精细，膝关节生物力学的理解也更加明确，但是由于多种因素的影响，TKA术后仍然有20%的患者不满意。因此，除了良好的手术技术，还要更慎重的选择病例，全面、充分、细致的与患者沟通。
TKA的有关原则：
图1：下肢冠状面的对线。
A：通过股骨头和踝关节中心的下肢机械轴线，通过膝关节中心、胫骨嵴的内侧。该图通过膝关节中心。股骨解剖轴通过股骨干中部的中心，解剖轴相对于机械轴有约6°的外翻角。
B：垂直轴连接于S2椎体前缘到踝关节中心，代表重力中心，机械轴相对于垂直轴有3°的外翻。
C：关节线平行于地面垂直于垂直轴。相对于垂直轴股骨远端有9°的外翻(解剖轴外翻6°加上机械轴外翻3°)。在行走和双下肢并足站立时，股骨远端在9°外翻的情况下通过与地面平行的关节线传递压力通过膝关节。
➤原则一：机械对线
股骨和胫骨截骨决定了假体对线和下肢长度。正常股骨远端有9°外翻角，而胫骨近端有3°内翻角，大部分负荷通过内侧间室进行生理传导。Insall强调，如果TKA截骨严格按照其解剖轴进行将导致应力分布不均，并最终导致假体内翻而失败。因此，经典方法的对线目标要求内外侧间室应力分布一致，使用中立位胫骨近端截骨，结合股骨远端充分截骨，达到膝关节5°-7°的外翻角，应力负荷分布平衡。
解剖对线与传统对线相矛盾，解剖对线核心是保留膝关节的解剖形状。这种技术最初用于PCL保留型TKA，股骨远端截骨设置在外翻9度，而胫骨近端截骨设置在内翻3度，从而使整个下肢力线获得外翻6°，胫骨平台还要求保留9°的后倾。TKA力线观念的差异，影响着假体设计理念，出现了两种不同的截骨方法：测量截骨和间隙平衡技术。后交叉保留型假体建议进行测量截骨，后稳定型假体使用间隙平衡截骨，其实临床中尽管假体不同，两种方法均可使用。
➤原则二：膝关节周围韧带平衡
为了达到软组织和韧带平衡，需要获得一个平衡、对称、一致的截骨后屈伸间隙。如果软组织不平衡，在冠状面和矢状面容易引起假体不正常运动，加速聚乙烯磨损，关节间隙不对称，活动困难，反复关节肿胀、脱位，股骨髁偏移、不稳等。
Le教授等对253例翻修TKA进行分析后指出，软组织平衡不良是早期翻修的首要原因，后期翻修的次要原因，其占比例分别是26%和18%。在行走时股骨髁的合适位移保证了膝关节在冠状面稳定。
相对于胫骨基线，股骨内外侧髁位移是不一致的。如果出现不对称内外侧髁位移，会导致对侧间室负荷增加，最终导致该侧聚乙烯磨损加快。将股骨假体屈曲位平行于通髁线(the transepicondylar axis，TEA)放置，加上合适的伸直间隙，有利于减少股骨髁异常位移，降低偏心负荷，减少聚乙烯磨损。
➤原则三：假体大小和旋转
假体大小和旋转情况影响着髌骨运行轨迹。保持髌骨运动轨迹的技术核心是通过股骨和胫骨假体良好的旋转获得3°-9°Q角。
图2 Q角的形成，下肢机械轴和股骨解剖轴的夹角。
Q角增大，容易导致髌骨外翻、半脱位，引起膝前痛，行走困难，加速聚乙烯磨损和髌骨不稳等。保持合适Q角的措施：股骨假体适当外移和外侧旋转，胫骨假体适度外翻，髌骨假体适当内移。
股骨假体相对于胫骨假体的旋转是获得对称屈曲间隙与良好的髌骨运行轨迹的主要因素。决定股骨假体良好旋转需要确认、参照一些股骨解剖标记(TEA是最可靠的)进行测量截骨，随后的胫骨截骨和软组织平衡技术都需要其中的解剖标记。测量和间隙平衡截骨技术都可以获得股骨假体合适的旋转，并取得同样的临床效果。胫骨假体放置于胫骨结节内侧1/3可以改进股胫旋转对线。
股骨假体大小需要参考股骨髁前后缘。选择后参考时，需要对股骨前髁截骨进行调整，如果髁的大小恰好位于所提供假体尺寸之间，建议选择稍大号假体，这样有利于避免股骨前方出现大切迹，恢复屈曲间隙，在PCL保留型TKA中有利于平衡PCL，而在后稳定型TKA中有利于减少屈曲不稳；作前参考时，需要对后髁截骨进行调整，如果髁的大小恰好位于所提供假体尺寸之间，建议选择稍小号假体，这样可以防止髌股关节过紧，但是小号假体有可能使屈曲间隙加宽，出现屈曲不稳。
➤原则四：测量截骨技术
目前测量截骨技术有两个主要目标：利用匹配度良好的股骨假体进行准确截骨和参考股骨解剖标记决定股骨假体旋转。为了达到这些目标，需要将合适大小假体进行正确安放，保持生理关节线，恢复后髁位移，保持合适关节对线和良好的关节活动。测量截骨方法传统应用于PCL保留型假体，其实也适用于后稳定型假体。
在测量截骨技术中，股骨的一些解剖标记是控制股骨假体旋转的参照物，最终决定了髌骨运行轨迹。目前使用的主要有三个参照物：TEA，前后轴，后髁轴。
TEA是连接外侧髁最突出点与内侧髁沟的连线，对应于内外侧副韧带在股骨髁的附着点。这些解剖标记决定着股骨侧中立位旋转方向和膝关节屈伸轴线。如果将股骨假体平行TEA放置可望得到屈曲时的矩形间隙，从而改善髌股关节运动轨迹，改善股胫关节活动度和增加冠状面稳定性。
股骨前后轴，也就是Whiteside线，是测量截骨时的另一参照线。这条线是滑车沟前方的中点与髁间窝后方中点的连线，大多数患者中，这条线垂直于TEA。
第三个参照物是后髁轴线，是连接股骨内外髁最后面的连线。由于股骨后髁容易识别，大多数股骨截骨工具依其决定股骨假体的旋转和大小。正常发育的股骨后髁如果向外侧旋转3°后髁轴则会与TEA平行，因此后髁轴也用作达到股骨中立位旋转对线的参照。
图3 膝关节伸直位时机械轴和解剖轴的关系。A：膝关节伸直位时股骨参照标记线。B：相对于机械轴，膝关节线或者是胫骨近端有3°的内翻且垂直于垂直轴。❶ 膝关节伸直位时前面观机械轴和解剖轴的关系。虽然此处未显示，机械轴相对于垂直轴有3°的外翻。关节线相对于机械轴3°的内翻且平行于地面。❷ 膝关节屈曲时显示3条股骨解剖标记线。通髁线，前后轴，后髁线。胫骨近端3°的内翻适应股骨远端和后方的外翻，维持膝关节屈曲时平行地面。
➤原则五：测量方法的缺陷
图4 测量技术截骨时膝关节侧位像，红线代表股骨和胫骨截骨线。从股骨髁远端和后方、胫骨近端计划截骨约10mm。
图5膝关节股骨解剖标记线，在测量技术截骨中，这些标记线决定了股骨假体的旋转和矩形屈曲间隙。B：在术中的这些标记线。PCA：后髁线。TEA：通髁线。
测量截骨方法的不足在于其必须依赖于正常发育的关节，而且每个参照物都有其固有的优缺点，需要尽可能多的利用这些标记以减少股骨假体放置误差。由于个体股骨形态的不同，导致了股骨假体需要不同的旋转，增加假体安装难度。
对于测量截骨方法的质疑之一是认为后髁轴不恒定，无法作为股骨假体放置的参照线。例如，在伴有外侧髁发育不良的外翻膝中，TEA相对于后髁轴旋转5°-7°，但是，大多数医生采用3°的旋转。
第二个容易导致股骨旋转对线不良的因素是这些标记可重复性差。TEA在测量截骨中认为是最可靠的标记线，除了复杂的翻修手术，TEA是最容易辨识的，但是临床中许多医生特别是在显露不佳时，较难辨认内侧髁的内侧沟。前后轴较TEA容易辨认，但是对于滑车发育不良和其它股骨远端畸形其变异较大。Yan教授等认为，相较于使用TEA、后髁轴或前后轴决定股骨假体的旋转，间隙平衡方法是变化最少的，外科医师偏差最少的方法(中立位偏查>5°，20%)。
第三个测量截骨的缺陷是很难客观的进行软组织松解以平衡屈伸间隙。根据骨性参照物完成的屈曲间隙之后，如果再进行软组织松解有可能改变间隙平衡。Christensen教授等对1500例TKA进行研究，将平衡伸直间隙需要松解的软组织情况与平衡屈曲间隙需要股骨假体旋转角度进行了分析，得出结论：如果在伸直位松解更多的内侧软组织就会减少屈曲间隙平衡时股骨旋转度，这些发现提示，在伸直位软组织松解程度影响了屈曲时股骨假体旋转，但是对软组织松解的程度往往无法预测。例如，在伸直位松解过紧的内侧软组织会产生屈曲时关节松弛和间隙不对称。在屈伸间隙不一致的情况下，需要反复进行软组织松解以平衡屈伸间隙。
测量截骨反对意见中认为如果这项技术应用不当会加剧冠状面不稳定。Dennis教授等一项生物力学研究中发现，在屈膝0°、30°、60°、90°时，测量较间隙平衡截骨股骨髁偏移的发生率和程度都有增加。Babazadeh教授等的一项随机对照研究发现，测量较平衡间隙截骨有轻度的内外侧关节间隙不对称，但是中期随访发现并不影响功能和生活质量。
➤原则六：间隙平衡截骨原则
间隙平衡目标是屈伸间隙对称一致。间隙平衡依赖于伸直时韧带对称的张力和放置股骨旋转假体后对称的屈曲间隙。此技术需要在截骨前松解软组织，使屈伸间隙对称。如果无骨赘影响，无韧带挛缩、萎缩，配合合适大小假体，间隙平衡方法有望恢复股骨解剖学旋转、膝关节屈伸间隙平衡。有报道称，膝关节本体感觉会伴随着膝关节平衡功能的改善而逐渐恢复。间隙平衡截骨保证屈伸间隙平衡是首要的，决定了TKA效果。
➤原则七：间隙平衡方法技术缺点
间隙平衡方法的缺陷在于有时候为了对称屈伸间隙平衡需要提高关节线和牺牲股骨解剖学旋转。主要缺点：关节线上移，中屈位关节不稳，非解剖位股骨旋转活动，在后稳定性假体切除PCL出现过宽的屈曲间隙。
在间隙平衡方法截骨中最容易发生关节线提高。上移原因有许多，根本原因是关节间隙一致性优先于关节对线。例如，不匹配关节间隙的纠正需要股骨侧截除更多骨量，加大股骨假体，胫骨侧加厚垫片等，最终导致关节线上移。
关节线上移会导致中屈位关节不稳和髌股关节并发症。Martin和Whiteside教授等对尸体模型研究中发现，当股骨假体每向近端移位5mm和前移位5mm时，在中屈位时，膝关节松弛度明显增加。这种情况下放置假体时，当膝关节伸直0°和屈曲90°时可以利用间隙平衡技术获得对称的韧带张力和稳定关节，但是在中等屈曲位时会发生关节不稳。Tigani等报道，尽管在膝关节伸直0°和屈曲90°时达到了平衡对称的屈伸间隙，仍然有约36%的膝关节会发生中等屈曲位关节不稳。
关节线提高增加了髌骨和/或者髌韧带与胫骨假体的撞击而影响了髌股关节活动。膝关节线每提高1cm，髌股关节接触应力增加60%。非解剖位股骨旋转，特别是内侧旋转，可能影响髌骨轨迹，容易出现髌骨骨折等并发症。如果侧副韧带张力不正常，关节就会因为股骨非解剖位旋转而危险。
侧副韧带张力不正常可能由于在前后方向截骨前膝关节骨赘没有足够切除，挛缩和退化的韧带没有进行合适松解平衡而发生。伸直位间隙平衡后并不意味着屈曲时就平衡。例如，在伸直位松解髂胫束会张开外侧间室，但是在屈曲位时则不会出现。在屈曲位时，松解腘肌腱较髂胫束更易增加屈曲间隙。
总之，较测量截骨法，间隙平衡方法改善了屈曲间隙，如果大的不对称股骨髁后方有骨赘存在，并且在股骨后髁截骨前没有足够清除，而是在截骨后清除，以前达到的屈伸间隙平衡将被破坏。在间隙平衡截骨中，如果增加了股骨髁远端和后方的截骨量可能导致近端关节线上移，中屈位关节不稳，后髁位移不足，伴随着膝关节屈曲度减少而撞击等。基于以上考虑，测量截骨技术被认为是整个膝关节活动中达到间隙平衡最好技术，而不仅仅是屈曲90°和充分伸直位时。
侧副韧带在极度内外翻畸形中可能萎缩，内侧副韧带浅层萎缩时，紧张屈曲间隙可能导致内侧间隙不对称、加宽，最终导致股骨假体内翻。当使用后稳定型TKA假体时，切除PCL后的间隙平衡会引起屈膝间隙增大。Dirr和Boiardo等报道，切除PCL与保留PCL相比增加了3mm-4mm屈膝间隙，可能增加间隙平衡的难度。但是Baldini教授等指出，对于大多数膝关节OA患者采用后稳定型TKA假体，切除PCL，重建后隐窝时并不一定需要增加间隙平衡操作，因为上述步骤轻度对称的增加了屈伸间隙。尽管不同的屈伸间隙存在，得益于后稳定型假体的设计，如增加屈曲负荷可以代偿轻度的屈伸间隙不平衡。
➤原则八：测量截骨的外科技术
现代测量截骨技术是对Aungerford传统方法的改进。除了执着追求解剖对线的医生外，测量截骨技术一直在改变，如中立位或者90°位胫骨截骨，在大多数患者，外侧截骨量较内侧多，是否先进行胫骨截骨并无影响。如果先进行胫骨截骨，截骨线垂直于胫骨解剖和力学轴。远端股骨截骨达到中立位机械轴，5°-7°解剖学外翻角。通过适当的股骨测量，进行前后和斜面股骨截骨，截骨是平行于TEA或者垂直于前后轴以达到合适的股骨假体旋转。许多医生在使用前后位截骨导板时，选择后参照，保证了截骨后的后髁与假体一致。如果旋转轴不能与TEA或者是后髁轴匹配，则需要另外的内翻截骨。为了达到屈膝时的矩形间隙，相对于TEA的股骨假体常常需要外翻。远端内侧和后内侧的截骨量往往较外侧和后外侧多。这些截骨量的差距常常引起股骨网状假体外翻，并且引起股骨解剖外翻角减少，垂直于胫骨轴截骨后的胫骨内翻角消失。截骨完成后，股骨胫骨骨赘需要清除，放置试模，通过活动膝关节检查其稳定性。传统的测量截骨术恢复解剖位置要优先于屈伸间隙的平衡，如果需要，随后再进行软组织松解以达到屈伸间隙平衡。
➤原则九：间隙平衡截骨外科技术
图6 屈曲间隙术中所见，在混合技术截骨时，股骨截骨模板固定在位，板状扩展器提示膝关节屈曲时的矩形间隙，计划股骨后髁截骨线平行胫骨截骨线，这个装置允许术者评估、调整好对称的屈曲间隙。红线示通髁线(TEA)，蓝线示内外侧一致的屈曲间隙，黄线示平行于后髁截骨线的胫骨轴。
间隙平衡技术依赖于截骨前的软组织松解，这些松解在股骨旋转假体放置前纠正了固定畸形和恢复了肢体正确对线。在间隙平衡操作时，多数情况下先进行伸直位操作，与测量截骨一样，间隙平衡截骨的第一步既可以是胫骨纵轴90°上的胫骨平台截骨，也可以是依据股骨中立位机械轴的股骨远端截骨，这些都可以利用合适的导针进行，无特别的顺序。但是，在软组织松解前，膝关节周围的骨赘要求足够清除，否则可以引起股骨假体旋转不良，截骨后屈伸间隙不对称等后果。如果胫骨侧截骨首先进行，可以利用板状撑开器牵开屈膝间隙方便清除后方骨赘。在后髁截骨前，股骨髁后内、后外侧的骨赘清除往往有困难。
周围骨赘清除后，紧张侧的韧带在伸直位进行松解，以达到中立位良好对线和对称的伸直间隙，然后再进行股骨远端截骨。为了使屈伸间隙相匹配，首先在膝关节处于90°屈膝时，让侧副韧带保持张力，应用特制假体撑开器或者是扩张板撑开关节间隙，医生确认矩形的屈伸间隙相同后，进行股骨后髁截骨。按照以上步骤操作，能够确保屈伸间隙平衡，也不需要再进行过多的骨赘清除或者软组织松解。然后进行股骨前方和斜面截骨，确认假体大小。
➤原则十：混合截骨外科技术
由于测量和间隙平衡截骨方法的各自缺陷，许多医生使用混合截骨技术以控制股骨假体旋转，这些混合技术结合两者的长处：测量截骨中的冠状面、矢状面、轴位上的良好假体位置和对线，间隙平衡截骨方法中的关节一致性等。同时减少了各自缺陷，如在间隙平衡截骨中的关节线上移和在测量截骨中不太准确的屈膝间隙等。混合技术同时利用股骨骨性标记和软组织平衡技术获得良好对线和软组织平衡。
混合技术的主要操作步骤是：首先对胫骨近端进行测量截骨以获得对线良好的胫骨平台，然后利用股骨侧髓内导杆和/或者髓外垂直于股骨机械轴导杆进的行股骨远端测量截骨，完成以上步骤后有望获得适当位置关节线，清除骨赘，对比屈伸间隙根据医生经验既可以先进行测量截骨也可以先进行间隙平衡截骨，然后利用相应的技术评估股骨旋转。如果先进行测量截骨，利用导针确认TEA，控制好股骨假体旋转，利用张力器/扩张板确认膝关节张力情况，获得矩形屈膝间隙，必要时再适当调整。如果后内侧残留大骨赘清除困难时，则利用测量截骨获得假体旋转。但是，在滑车发育不良时，其前后轴和TEA较难识别，则利用间隙平衡方法建立股骨旋转，此时测量截骨往往不可靠，难以获得对称的屈膝间隙。
图7 股骨滑车发育不良患者使用测量截骨技术产生不对称的屈曲间隙。
A：由于前后轴不能准确定位(红色箭头)，改用后髁线作为解剖标记线截骨导致股骨相对于平衡间隙内翻，产生了内外侧不一致的梯形屈曲间隙(蓝色箭头)。后髁截骨线没有平行于胫骨轴(黄线)。该患者无后方骨赘，韧带无病理学变化。B：放置2°的外翻导针改善假体旋转，白色箭头提示旋转方向，股骨截骨模板导孔需要调整到合适的外翻位。
C：通过前后模板的调整，外翻截骨量增加，获得平衡的屈曲间隙(合适的矩形，绿色箭头)以及平行于后髁和胫骨轴的截骨。
➤原则十一：建议
手术医生必须基于每个病人可能的并发症和缺陷选择最佳截骨技术。在股骨解剖标记清晰，膝关节后方有大的骨赘折，关节不能复位，固定冠状面畸形(韧带挛缩或者萎缩)的病人，测量截骨技术有其优势；如果术前冠状面(内外翻)对线得到大部恢复，两种截骨方法均可使用；如果对线不良是固定的、不可复位的，需要进行软组织优先足够松解；如果存在韧带缺失或者严重萎缩，间隙平衡方法往往较难获得对称一致的伸屈间隙；在晚期髌股关节炎患者，滑车发育不良导致前后轴或者股骨其它骨性标记难辨认者，还存留无病理变化的侧副韧带者间隙平衡技术有其优势。在这些患者中，股骨截骨前需要尽可能地清除骨赘。
➤原则十二：总结
绝大多数医生赞同的TKA目标为：良好对线、良好平衡与关节稳定。只有达到这些目标才能够改善病人功能、提高满意度及延长使用寿命。两种截骨方法难以确认优劣，因此，手术医生必须基于病人具体情况和自己的优势技术进行选择，以便达到最佳效果。许多医生倡议结合两种方法进行截骨和软组织平衡。使用混合技术医生必须对两种方法都要熟悉。一直使用测量截骨的医生会对股骨解剖标记比较清楚。在翻修TKA时，确认TEA非常关键，因为其它的标记已经无法辨认或已消失。使用间隙平衡技术时强调良好屈膝间隙的重要性，在轻度畸形和少量骨赘的情况下，良好屈膝间隙方便确认股骨解剖标记。混合技术能够达到保持关节线解剖位置和相等屈伸间隙，改善股骨旋转等。慎重选择病人结合精细外科技术有望进一步改进已经有良好临床效果的TKA。
二次整理者： 阮登峰/沈炜亮
浙江大学医学院附属第二医院·骨科；
浙江大学骨科研究所；
浙江大学李达三·叶耀珍再生医学发展基金；
浙江省组织工程与再生医学技术重点实验室；
中国医师协会骨科医师分会再生医学工作组；
本人专业诊治范围：
1，肌腱病&肌腱/韧带损伤：肘-网球肘；肩-肩周炎，肩袖损伤；膝-弹跳膝，跑步者膝，前交叉韧带损伤；踝-跟腱炎，跟腱断裂；手腕部-腱鞘炎；筋膜炎
2，再生医学技术治疗运动系统疑难杂症，包括：软骨/半月板/肌腱/韧带的修复、重建和再生；
门诊类型：肌腱病专科门诊！关节外科/运动医学专家门诊；
致谢：感谢中国医师协会骨科分会 彭程 易诚青的分享！