1. 引言
膝关节骨性关节炎(Knee Osteoarthritis, KOA)被认为是当今最常见的慢性关节疾病，其病因主要与年龄和体重相关[1] [2]，其患病率呈逐年上升趋势[3]。KOA患者会在关节处感受到疼痛、活动限制等症状，严重影响患者身心健康[4]。该病病理学基础为膝关节软骨不可逆性退行性变，继发软骨下骨硬化以及关节滑膜炎症性病变，从而引起相应症状[5] [6]。全膝关节置换术(Total Knee Arthroplasty, TKA)被视为KOA患者的一种有效的治疗手段[7]。但术后仍有20%左右的患者症状缓解不明显[8]-[10]。TKA截骨中股骨远端外翻截骨角(Valgus Cut Angle, VCA)与胫骨平台后倾角PTS (Posterior Tibial Slope Angle, PTS)对于恢复下肢力线至关重要[11]-[14]，但以何种角度截骨能获得最佳的下肢力线，国内外学者争论不一[15]-[19]。本次研究对于行不同截骨方案的KOA患者的临床疗效和影像学资料进行对比分析，得出结论，旨在为TKA找到一种更优的截骨方案。
2. 资料与方法
2.1. 一般资料
纳入标准：1) 手术由关节与运动医学科高年资主任、副主任医师完成。2) 无严重侧副韧带缺损，无严重骨缺损和关节畸形等，未应用植骨、延长杆等。3) 入组患者Kellgren-Lawrence骨关节X线上分级为Ⅲ~Ⅳ级诊断为膝关节重度骨性关节炎，为初次膝关节置换。4)有完整的影像学和临床资料可供评估。排除标准：1) 合并有踝关节、脊柱、髋关节或相关疾病。2) 强直性关节炎、类风湿性关节炎和其他类型的关节炎。3) 影像学资料或随访资料不全等，有严重骨缺损或关节畸形导致无法进行术前影像学测量。4) 既往有膝关节感染或行膝关节假体翻修手术的病人。5) 存在多器官功能不全及合并存在严重并发症，无法耐受手术打击的患者。
回顾性分析2021年9月至2023年5月济宁医学院附属医院关节与运动医学科收治并行初次TKA手术的330例KOA患者，经上述纳入和排除标准筛查，299例患者纳入本研究。其中男性94例，女性205例。根据患者所接受手术方式不同将患者分为常规组(n = 152)与观察(n = 147)。两组患者在性别(x2 = 0.482, P = 0.488)、术侧(x2 = 1.223, P = 0.269)、年龄(t = 0.110, P = 0.913)、身高(t = −0.490, P = 0.625)、体重(t = 0.459, P = 0.647)、BMI (t = 0.794, P = 0.428)等方面均无显著性差异(以P < 0.05为差异具有统计学意义)。详见表1。
本研究通过济宁医学院伦理委员会审批(JNMC-YX-2024-135)，并豁免患者知情同意。所有患者术前均已经签署手术知情同意书。
Table 1. Comparison of the general conditions between the personalized group and the conventional group
表1. 个性化组与常规组一般情况的结果对比
|
性别(男/女) |
术侧(左/右) |
年龄(岁) |
身高(cm) |
体重(Kg) |
BMI (Kg/m2) |
个性化组 |
49/98 |
67/80 |
65.65 ± 6.58 |
161.15 ± 8.38 |
69.55 ± 10.43 |
26.73 ± 3.45 |
常规组 |
45/107 |
79/73 |
65.57 ± 6.13 |
161.59 ± 6.97 |
68.99 ± 10.62 |
26.41 ± 3.68 |
t值/x2值 |
0.48 |
1.22 |
0.11 |
−0.49 |
0.46 |
0.80 |
P值 |
0.488 |
0.269 |
0.913 |
0.625 |
0.647 |
0.428 |
2.2. 方法
入院后所有患者行术前常规检查。两组患者由两位固定的高年资副主任或主任医师担任主刀。所有假体均使用不保留后交叉韧带型。术中取膝关节前正中切口，内侧髌旁入路，两组分别采取不同的股骨、胫骨截骨方案。股骨侧截骨：1) 常规组：截骨导板按股骨外旋3˚、外翻6˚进行股骨侧远端截骨；2) 个性化组：按照术前测量的VCA值调整股骨外翻截骨角度，根据软组织间隙平衡法(Balanced Gap Techniques, BG)确定股骨外旋角度进行股骨截骨；股骨远端水平面截骨后，膝关节屈曲90˚，撑开平衡器，通过软组织(韧带)松解达到内外侧韧带张力平衡，此时可以确定两侧软组织平衡状态下的股骨外旋角度，然后选用大小合适的“4合1”截骨导板，调整参数后完成后续所有股骨远端截骨步骤。胫骨侧截骨：1) 常规组：通过标准的胫骨髓外定位法，准确放置胫骨截骨导向板，并调整导向板的角度，确保胫骨外侧定位杆与胫骨前表面平行。进行固定3˚的胫骨后倾截骨；2) 个性化组：根据手术前测定的PTS角，使用术前测定的胫骨髓腔外定位法安置胫骨切骨导板，并依据手术过程中的实际情况对导板角度进行调整，确保试尺与内侧关节平台表面平行，以进行胫骨后斜切骨。术后所有患者行常规抗凝治疗、康复锻炼等。
2.3. 观测指标
2.3.1. 髋–膝–踝角(Hip-Knee-Ankle, HKA)
连接膝关节中心和踝关节中心的直线为胫骨机械轴，膝关节中心和股骨头中心点连接线为股骨机械轴，两个机械轴内侧夹角即为髋–膝–踝角，HKA < 180˚为内翻，HKA > 180˚为外翻，HKA角的目标值为180˚；角度变化3˚以内为理想[20]。具体测量见图1(a)、图1(b)。
(a) 术前HKA；(b) 术后1月HKA；(c) 术前PTS；(d) 术后PTS；(e) 术后1月mLDFA、mMPTA；(f) 术后1月FPFA；(g) 术后1月LFCA；(h) 术后1月LTCA。
Figure 1. Imaging observation indicators before and after total knee arthroplasty
图1. TKA前后影像学观测指标
2.3.2. 胫骨平台后倾角(Posterior Tibial Slope Angle, PTS)
把胫骨前侧中上段骨的皮质延长线(Anterior Tibial Cortex, ATC)作为基本参考轴线，术前术后分别以胫骨平台内侧边缘、胫骨平台假体下边缘为参考标准，以参考标准与参考轴线垂线的夹角在膝关节矢状位片上测得患者胫骨平台后倾角度[21]。具体测量见图1(c)。
2.3.3. 股骨远端外侧角(Mechanical Lateral Distal Femur Angle, mLDFA)
股骨假体远端切线与股骨机械轴的外侧角。mLDFA目标值为90˚，mLDFA < 90˚为外翻，mLDFA > 90˚为内翻，mLDFA角度变化3˚以内定义为理想[22]。具体测量见图1(d)。
2.3.4. 胫骨近端内侧角(Mechanical Medial Proximal Tibia Angle, mMPTA)
胫骨假体切线和胫骨机械轴的内侧角。mMPTA < 90˚为内翻，mMPTA > 90˚为外翻，mMPTA目标值是90˚，胫骨假体位置偏移是mMPTA内外翻超过3˚，mMPTA角度变化3˚以内定义为理想[22]。具体测量见图1(e)。
2.3.5. 股骨假体屈曲角(Femoral Prosthesis Flexion Angle, FPFA)
股骨远端解剖轴与股骨假体远端垂线的夹角。术后测量目标状态是：股骨屈曲角0˚，且股骨屈曲角的变化在±5˚以内，角度变化5˚以内定义为理想[23]。具体测量见图1(f)。
2.3.6. 矢状位股骨角(Lateral Femoral Component Angle, LFCA)
矢状面股骨前髁截骨面切线与矢状面股骨前皮质所成的夹角。LFCA目标角度为0˚，角度变化3˚以内定义为理想[23]。具体测量见图1(g)。
2.3.7. 矢状位胫骨角(Lateral Tibial Component Angle, LTCA)
胫骨截骨面与胫骨后侧骨皮质线在胫骨前方所成夹角。目标值是90˚，角度变化3˚以内定义为理想[23]。具体测量见图1(h)。
2.3.8. 血常规结果、手术时间、无拇指实验合格率、胫骨试模抬起阳性率及住院时间
记录术前以及术后第1天血红蛋白(单位：g/L)。手术时间：麻醉完成后手术开始时刻至缝合刀口结束的时间。在TKA中，无拇指实验是一种用于评估髌骨在手术后的正确轨迹上是否能自由滑动的方法。此实验的目的是确保安装假体后，髌骨能够在膝关节的屈伸运动中正确地在股骨滑车内滑动，而无需用手(如拇指)或其他工具强制将髌骨保持在特定位置。胫骨试模抬起阳性是指TKA假体试模安装完毕后，屈伸膝关节出现垫片前方滑出，胫骨试模抬高的现象。分别记录两组患者入院和出院日期，日期间隔时长为住院时间(单位：天)。
2.3.9. 美国特种外科医院膝关节评分(The Hospital for Special Surgery, HSS)
美国HSS膝关节功能评分是由美国特种外科医院在1976年所提出的用于膝关节的评分系统。HSS主要包含了患者肌力、活动度、关节功能、疼痛程度、屈伸挛缩畸形、稳定性等。将HSS作为术后评价指标可以综合全面反应患者膝关节感觉和功能的恢复情况。通过随访获取患者术前HSS评分、术后6周以及术后3个月的HSS评分。
2.4. 统计学分析
应用统计软件SPSS27.0进行统计学分析，所有计量资料均符合正态分布；计量资料以均数 ± 标准差(
)表示；组内两组患者手术前后数据分别采用配对样本t检验；组间比较采用两独立样本的t检验；关于相关性分析采用Pearson’s Chi-Squared Correlation Analysis；以P < 0.05为差异具有统计学意义。
3. 结果
3.1. 髋–膝–踝角
两组患者组间术前HKA差异无统计学意义(P = 0.222)；个性化组与常规组术后HKA两组间无明显差异(P = 0.406)；两组术后HKA均较术前明显提高，组内比较两组数据(P < 0.05)，组内差异有统计学意义。两组间HKA理想率个性化组明显高于常规组组，两组间差异有统计学意义(P < 0.01)。详见表2。
Table 2. Comparison of HKA between the personalized group and the conventional group
表2. 个性化组与常规组髋–膝–踝角的结果对比
|
术前(˚) |
术后1月(˚) |
理想率(%) |
个性化组 |
171.81 ± 6.16 |
178.53 ± 2.08 |
90.5 |
常规组 |
170.99 ± 5.42 |
178.33 ± 2.23 |
72.4 |
t值/x2值 |
1.22 |
0.83 |
16.10 |
P值 |
0.222 |
0.406 |
<0.001 |
3.2. 胫骨平台后倾角
两组患者的PTS角在手术前比较，差异没有统计学意义(P = 0.752)；术前术后常规组的PTS差值变化明显，个性化组术后PTS较术前变化不明显，两组术后PTS差异明显(P < 0.01)。详见表3。
Table 3. Comparison of PTS between the personalized group and the conventional group
表3. 个性化组与常规组胫骨平台后倾角的结果对比
|
术前(˚) |
术后1月(˚) |
个性化组 |
7.75 ± 3.50 |
7.52 ± 3.11 |
常规组 |
7.61 ± 3.87 |
3.80 ± 3.26 |
t值 |
0.32 |
5.20 |
P值 |
0.752 |
<0.001 |
3.3. 其他影像学资料
术后1月个性化组mLDFA (90.89 ± 1.76)˚小于常规组(91.41 ± 2.34)，更接近90˚目标值，两组间差异有统计学意义(P < 0.05)；术后1月mLDFA理想率个性化组优于常规组，差异有统计学意义(P < 0.05)；术后1月个性化组mMPTA (90.22 ± 1.75)小于常规组(90.89 ± 1.92)˚，更接近目标值，两组间差异有统计学意义(P < 0.01)；术后1月mMPTA理想率个性化组(94.6)%高于常规组(87.5)%，两组间差异有统计学意义(P < 0.05)；术后1月FPFA两组间差异无统计学意义(P = 0.169)，FPFA角理想率组间差异无统计学意义(P = 0.694)；术后1月LFCA个性化组和常规组的差异无统计学意义(P = 0.157)，LFCA理想率两组患者无差异(P = 0.057)；术后1月LTCA个性化组和常规组的差异无统计学意义(P = 0.305)，而LTCA理想率常规组高于个性化组；术后1月两组患者的LFCA理想恢复率之间存在统计上的显著差异(P < 0.01)。详见表4。
3.4. 临床指标
术前，两组患者的HSS评分无显著性差异(P = 0.946),术后HSS评分均有明显提升。至术后6周时，两组的膝关节功能评分差异不显著(P = 0.074)，但是在术后第3个月时两组HSS膝关节功能评分个性化组HSS评分(84.61 ± 4.02)高于常规组(83.56 ± 3.89)，两组间膝关节功能评分差异有统计学意义(P < 0.05)；个性化组和常规组术前血红蛋白无明显统计学差异(P = 0.213)，术后两组血红蛋白均明显下降，术后个性化组血红蛋白(118.37 ± 15.02) g/L明显高于常规组血红蛋白(112.87 ± 13.22) g/L，两组间术后血红蛋白差异有统计学意义(P < 0.01)；个性化组手术时间为(63.40 ± 7.21) min，常规组(64.96 ± 10.06) min，两组间手术时间无统计学差异(P = 0.127)；个性化组住院时间和常规组住院时间差异无统计学意义(P = 0.723)；无拇指实验合格例数：个性化组为134，常规组为124，个性化组无拇指实验合格率(91.2%)明显优于常规组(81.6%)，差异有统计学意义(P < 0.05)；胫骨试模抬起阳性例数：个性化组为7，常规组为23，胫骨试模抬起阳性率常规组(15.1%)高于个性化组(4.8%)，两组的胫骨试模抬起阳性率存在统计上的显著差异(P < 0.05)。详见表5。
Table 4. Comparison of other imaging data between the personalized group and the conventional group
表4. 个性化组与常规组其他影像学资料的结果对比
|
mLDFA (˚) |
mLDFA 理想率(%) |
mMPTA (˚) |
mMPTA 理想率(%) |
FPFA (˚) |
FPFA 理想率(%) |
LFCA (˚) |
LFCA 理想率(%) |
LTCA (˚) |
LTCA 理想率(%) |
个性化组 |
90.89 ± 1.76 |
89.1 |
90.22 ± 1.75 |
94.6 |
4.91 ± 3.06 |
66.0 |
6.61 ± 3.27 |
15.0 |
93.68 ± 3.27 |
41.5 |
常规组 |
91.41 ± 2.34 |
82.0 |
90.89 ± 1.92 |
87.5 |
5.54 ± 4.63 |
63.8 |
7.27 ± 4.48 |
23.7 |
93.31 ± 2.98 |
59.9 |
t值/x2值 |
−2.18 |
3.93 |
−3.32 |
4.53 |
−1.38 |
0.16 |
−1.46 |
3.63 |
1.03 |
10.09 |
P值 |
0.030 |
0.048 |
0.002 |
0.033 |
0.169 |
0.694 |
0.157 |
0.057 |
0.305 |
<0.001 |
Table 5. Comparison of clinical index between the personalized group and the conventional group
表5. 个性化组与常规组的临床指标的结果对比
|
术前HSS |
术后6周HSS |
术后3月HSS |
术前Hb(g/L) |
术后Hb(g/L) |
手术时间(min) |
住院时间(day) |
无拇指实验合格率(%) |
胫骨试模抬起阳性率(%) |
个性化组 |
49.87 ± 8.73 |
81.03 ± 5.25 |
84.61 ± 4.02 |
137.03 ± 14.59 |
118.37 ± 15.02 |
63.40 ± 7.21 |
8.69 ± 2.97 |
91.2 |
4.8 |
常规组 |
49.81 ± 6.80 |
79.97 ± 4.90 |
83.56 ± 3.89 |
135.08 ± 12.36 |
112.87 ± 13.22 |
64.96 ± 10.06 |
8.80 ± 2.66 |
81.6 |
15.1 |
t值/x2值 |
0.07 |
1.80 |
2.29 |
1.25 |
3.37 |
−1.54 |
−0.35 |
5.79 |
8.90 |
P值 |
0.946 |
0.074 |
0.023 |
0.213 |
<0.001 |
0.127 |
0.723 |
0.016 |
0.003 |
4. 讨论
随着社会的发展与进步，我国老龄化与肥胖率显著提升，膝关节骨性关节炎的发病率也逐年提升，全膝关节置换术是目前治疗晚期膝关节骨性关节炎的最有效方法[24] [25]，该术式能有效改善患者临床症状，重建患者下肢力线，恢复膝关节功能，极大程度上提高患者生活质量，值得我们使用和研究[26] [27]。
传统全膝关节置换术大多采用固定角度截骨，由于股骨和胫骨在人群中解剖上存在不同程度变异[28] [29]，忽视个体间的解剖学差异有可能是导致少数患者不满意的原因，因此更符合个体解剖的手术治疗也越来越多地应用于TKA [30]。
TKA成功的关键在于合适的假体位置、精准地重建下肢力线以及恢复正常的膝关节生物力学结构，如果假体位置和下肢力线不合适，患者术后将出现假体不稳定、关节疼痛、假体磨损加速等并发症，极大降低患者生活质量。而截骨是TKA中保证假体位置合适、下肢力线精准以及手术成功与否的关键步骤。传统TKA时常采用固定股骨外旋3˚、外翻6˚进行股骨侧远端截骨，固定3˚的胫骨后倾进行胫骨近端截骨，通过本研究所纳入的患者影像学资料我们可以发现，不同病人术前的各项解剖角度是不尽相同的。既往研究显示，股骨远端截骨1˚的偏差近似1 mm的截骨厚度，如果VCA误差1˚~2˚将会导致股骨远端1~2 mm的间隙变化，为了获得平衡的伸直间隙需要进行额外的韧带及软组织松解，最终导致医源性力线不良，降低了患者的满意度[31]。系统评价和荟萃分析表明，个性化VCA组的冠状位排列比常规组更接近中性，个体化VCA可以提高术后肢体对齐和股骨组件在冠状平面对齐的准确性。根据有关力学研究显示，如果胫骨不存在后倾角，或者后倾角比较小，术后膝关节在前后活动的时候就不会顺利，可能受到一定影响，在进行屈曲动作时，股骨侧假体挤压人工关节胫骨平台假体，就会产生不平衡应力，导致胫骨假体松动，膝关节假体寿命减短[32]。因此，个性化TKA是值得深入探讨的。
本研究的不足之处：① 作为回顾性研究，可能存在选择偏移、信息偏移，难以控制和调整影响结果的混杂因素；② 随访时间偏短，无法反应出个体化截骨组的长期疗效，术后HSS功能评分的远期治疗效果有待进一步观察随访；③ 本研究中的手术是由两位关节外科医生进行主刀，可能会受到术者对TKA手术操作习惯和主观经验差异的影响。
利益冲突
所有作者均声明不存在利益冲突，该病例报道已获得病人的知情同意。
NOTES
*共同第一作者。
#通讯作者。