首页 > 论文范文 > 医药卫生论文 > 骨科疾病论文 > 骨科手术论文 > 三维数字化测量辅助全膝关节置换术治疗重度膝骨关节炎

三维数字化测量辅助全膝关节置换术治疗重度膝骨关节炎

2025-02-14 61 上传者：管理员

摘要：目的探讨三维数字化测量重度膝骨关节炎患者下肢相关角度在全膝关节置换术(TKA)中的应用效果。方法将80例重度膝骨关节炎患者根据随机数字表法分为X线测量组(采用传统TKA治疗，40例)和三维数字化测量组(采用三维数字化测量辅助TKA治疗，40例)。比较两组术前测量的下肢相关角度的差异、手术情况、术后3个月HSS评分及膝关节活动度。结果两组均获得随访，时间3～6个月。髋膝踝角、股胫角、胫骨角X线测量组均大于三维数字化测量组(P<0.05),胫骨平台后倾角、股骨角、股骨外翻角两组比较差异均无统计学意义(P>0.05)。手术时间、术中出血量、术后引流量X线测量组均长(多)于三维数字化测量组(P<0.05)。HSS评分两组术后3个月均高于术前(P<0.05),术后3个月两组比较差异无统计学意义(P>0.05)。膝关节屈曲活动度两组术后3个月均大于术前(P<0.05),术后3个月三维数字化测量组大于X线测量组(P<0.05)。结论与X线测量相比，三维数字化测量重度膝骨关节炎患者的下肢相关角度更准确，辅助TKA治疗手术时间更短，术中出血量以及术后引流量更少，术后膝关节活动度更满意。

关键词：
下肢负重
全膝关节置换术
数字化技术
膝骨关节炎
轴线角
加入收藏

目前,全膝关节置换术(TKA)已经成为治疗终末期膝骨关节炎广泛､有效的方法,下肢力线和相关角度的精确测量对提高TKA的临床疗效､关节置换假体生存率有重要的意义[1-2]｡研究[3-4]表明,数字化技术测量膝骨关节炎患者的下肢力线在TKA手术计划中有较大的优势｡2019年1月~2022年1月,我科采用TKA治疗80例重度膝骨关节炎患者,其中40例采用三维数字化测量下肢相关角度辅助TKA治疗,40例采用X线测量行传统TKA治疗,本研究比较两种测量方法关于下肢相关角度和疗效的差异,报道如下｡

1、材料与方法

1.1病例选择纳入标准:①符合膝骨关节炎的诊断标准;②年龄>45岁;③愿意配合研究者;④K-L分级Ⅳ级｡排除标准:①并发症影响到关节导致畸形,如创伤后､痛风､风湿和类风湿等;②合并严重心脑血管疾病､恶性肿瘤及精神病｡

1.2病例资料本研究纳入80例,按照随机数字表法将患者分为两组,每组40例｡①X线测量组:采用传统TKA治疗｡男11例,女29例,年龄50~84(66.27±8.93)岁｡体重指数(BMI)21.8~34.8(28.58±3.81)kg/m2｡②三维数字化测量组:采用三维数字化测量辅助TKA治疗｡男10例,女30例,年龄51~82(66.17±8.02)岁｡BMI22.3~34.2(28.33±3.36)kg/m2｡两组术前一般资料比较差异无统计学意义(P>0.05)｡两组病程5~10年,手术均由同一组医师完成｡

1.3X线测量方法

1.3.1确定下肢轴线摄下肢负重位等比例全长X线片,确定下肢轴线｡①股骨机械轴:股骨头旋转中心与膝关节中心的连线,选择股骨髁间窝最高点为膝关节中心点｡②胫骨机械轴:可以认为其胫骨解剖轴均与机械轴重叠,并选为胫骨髁间嵴中点与踝关节中心的连线｡③股骨解剖轴:膝关节线上20cm水平处股骨髓腔的中心点与股骨髁间窝最高点的连线｡

1.3.2测量指标①股骨外翻角:见图1A｡X线正位片上股骨机械轴与股骨解剖轴所形成的锐角｡②股胫角:见图1B｡X线正位片上股骨解剖轴与胫骨解剖轴的延长线相交所成的外侧夹角｡③髋膝踝角:见图1C｡X线正位片上股骨机械轴与胫骨机械轴两条连线的内侧成角｡④股骨角:见图1D｡X线正位片上股骨解剖轴与双侧股骨髁最远端连线所成的外侧夹角｡⑤胫骨平台后倾角:见图1E｡X线侧位片上沿胫骨的上关节面做切线,此切线与胫骨解剖轴垂线之间的夹角｡⑥胫骨角:见图1F｡X线正位片上胫骨解剖轴与胫骨平台关节面内外缘的切线所成的内侧夹角｡

1.4三维数字化测量方法

1.4.1测量方法CT扫描骨盆和双下肢骨性结构,采用Mimics17.1软件处理数据并建立三维模型,采用Imageware12.0软件进行点云分割､对齐,双下肢模型配准､对齐,选取双侧股骨头球心连接成一直线,将连线的中点平移至坐标原点(0,0,0)确立坐标系｡①股骨解剖轴:采用“定位视图到点云”使视图对齐于去除股骨头颈部后余留股骨干点云拟合为直线,将该直线两侧延伸100mm｡调整视图与该直线对齐,将直线近端修剪为与大转子尖平齐,下段股骨远端关节面线平齐,此即为股骨解剖轴｡②股骨力线轴:将股骨头球心与股骨解剖轴下方端点连成直线,即为股骨力线轴｡③胫骨解剖轴:将视图对齐胫骨干点云拟合直线,从胫骨拟合直线的近侧端点做胫骨干点云拟合直线延长线的垂线,采用曲线修剪曲线的方法,将该延长线近端多余部分修剪去除｡④股骨远端关节面切线:对齐视图于股骨解剖轴,将股骨远端关节面旋转至水平位,选择股骨远端内外髁最低点做一直线,将该直线两端延长建立股骨远端关节面切线｡⑤胫骨平台前后关节面线:采用特征线､锐边､曲率计算(50%),获得胫骨平台边缘线｡选择与胫骨平台相关的边缘线点云,从上方视图根据边缘线提取胫骨平台点云,转至前方视图提取,视图对准胫骨平台点云后圈选去除胫骨髁间隆突点云,从上视图进一步去除髁间隆突前后点云,圈选分离胫骨内侧与外侧平台点云,将内外侧平台点云拟合为平面｡采用从曲面提取曲线命令,建立内､外侧平台拟合平面的前后正中线与左右正中线,将前后正中线延伸50mm建立平台关节面的前后切线｡⑥胫骨平台左右关节面线:将内外侧平台拟合平面中点连成直线,两端延伸50cm建立胫骨平台关节面左右切线｡

1.4.2测量指标①股骨外翻角:见图2A｡股骨全长解剖轴和力线轴在股骨冠状面上投影线的夹角｡②股胫角:见图2B｡股骨干轴线和胫骨力线轴在股骨冠状面上投影线的外侧夹角｡③髋膝踝角:见图2C｡股骨力线轴和胫骨力线轴在股骨冠状面上投影线的内侧夹角｡④股骨角:见图2D｡股骨干轴线与股骨远端关节面切线在股骨冠状面上投影线的外侧夹角｡⑤胫骨平台后倾角:见图2E｡胫骨平台关节面前后切线与解剖轴线按照胫骨矢状面法投影形成的投影线的垂直夹角｡⑥胫骨角:见图2F｡将胫骨平台左右关节面线与解剖轴线投影在右胫骨冠状面上的夹角｡

图1X线测量指标(箭头所指处)

图2三维数字化测量指标(箭头所指处)

1.5治疗方式全身麻醉下手术｡患者仰卧位｡①X线测量组:膝关节正前方切开显露膝关节,清除周围骨赘,松解软组织,安装胫骨截骨模板并截骨,放置股骨远端截骨测量板并评估远端截骨及后侧截骨量｡放置股骨远端截骨板,测量关节间隙,放入假体试模,选择合适膝关节假体型号后去除试模,放入膝关节假体,冲洗切口,放置引流管2~3d｡②三维数字化测量组:采用数字化软件及技术选择合适的假体,模拟手术过程,选择假体型号｡计算机辅助确定截骨部位,数字化设计手术截骨模板,模拟置入假体,使用3D打印技术制作截骨模板｡常规入路显露膝关节,安装股骨远端截骨模板并截骨,再安装胫骨截骨模板,最后安装股骨前后截骨模板,使用假体试模再次确认膝关节活动度良好,置入假体,冲洗切口,放置引流管2~3d｡

1.6统计学处理采用SPSS21.0软件进行统计学分析｡计量资料以x±s表示,比较采用独立样本t检验;计数资料比较采用χ2检验｡

2、结果

两组均获得随访,时间3~6个月｡

2.1两组下肢相关角度比较见表1｡髋膝踝角､股胫角､胫骨角X线测量组均大于三维数字化测量组,差异均有统计学意义(P<0.05)｡胫骨平台后倾角､股骨角､股骨外翻角两组比较差异均无统计学意义(P>0.05)｡

表1两组下肢相关角度比较

2.2两组手术情况比较见表2｡手术时间､术中出血量､术后引流量X线测量组均长(多)于三维数字化测量组,差异均有统计学意义(P<0.05)｡

表2两组手术情况比较

2.3两组HSS评分､膝关节屈曲活动度比较见表3｡HSS评分两组术后3个月均高于术前,差异均有统计学意义(P<0.05);术后3个月两组比较差异无统计学意义(P>0.05)｡膝关节屈曲活动度两组术后3个月均大于术前,差异均有统计学意义(P<0.05);术后3个月三维数字化测量组大于X线测量组,差异有统计学意义(P<0.05)｡

2.4两组典型病例见图3､4

表3两组HSS评分､膝关节屈曲活动度比较

图3三维数字化测量组患者,女,65岁,右膝重度骨关节炎,K-L分级Ⅳ级,采用传统TKA治疗

图4X线测量组患者,女,69岁,双膝重度骨关节炎,右膝较重,K-L分级Ⅳ级,右膝采用三维数字化测量辅助TKA治疗

3、讨论

3.1重度膝骨关节炎患者的下肢相关角度分析下肢力线是膝关节负荷分布的主要决定因素,正确评估下肢力线可以帮助术者更好地选择膝关节截骨矫形术或置换术｡既往研究[5]认为,下肢负重位全长X线片可在TKA手术前后提供可靠的依据｡随着计算机技术和医学影像技术的发展,尤其是三维可视化系统和医学图像交互系统的大量出现,为下肢力线的测量提供了更为形象､直观､全面的三维视野｡越来越多的研究[6-8]表明,下肢力线三维数字化测量优于X线测量,但文献关于两者的下肢相关测量角度比较的报道不多｡①髋膝踝角被认为是TKA治疗中重要的评估角度,但是因为涉及到股骨与胫骨二者的机械轴不在一个平面,所以在下肢全长X线片上测量的结果不同｡Krackowetal(1990年)通过数学模型观察到膝关节的屈曲和旋转畸形会引起下肢力线的改变,三维数字化测量正好克服了两者解剖轴不在一个平面的缺点,利用空间成像原理,直接生成空间角度｡②股胫角是膝关节内､外翻畸形矫正的重要参考指标,股胫角越大,膝内翻程度越严重,膝关节内侧关节面变窄越明显｡但在X线测量中,由于膝关节中心点的移动,导致股胫角的测量误差较大,而三维数字化可直接采用软件测量,避免了人为测量误差｡③胫骨角是胫骨长轴与胫骨上端关节面所产生的内侧角,角度的增大或减小提示胫骨平台骨折或膝内翻或膝外翻｡膝骨关节炎患者胫骨角<90°时,胫骨关节面发生内翻畸形,角度越小,内翻越严重｡由于内翻严重,其膝关节的中点移动变化较大,在下肢全长X线片上测量的角度误差就大,但使用三维数字化测量可避免这样的误差｡有研究[9-10]也证实了下肢力线三维数字化测量能够减少膝关节屈曲和旋转因素带来的测量误差,提高下肢力线测量的精准度｡④胫骨平台后倾角､股骨角､股骨外翻角3个角度的共同点是均单纯地在股骨及胫骨上测量,这避免了因重度膝骨关节炎导致关节中心变动较大而测量误差增大的发生｡本研究结果显示,髋膝踝角､股胫角､胫骨角X线测量组均大于三维数字化测量组,差异均有统计学意义(P<0.05)｡胫骨平台后倾角､股骨角､股骨外翻角两组比较差异均无统计学意义(P>0.05)｡

3.2三维数字化测量辅助TKA治疗的优势TKA术后下肢的轴向力线偏移<3°假体的松动率远远低于≥3°的患者,并对中远期疗效影响明显｡Jefferyetal(1991年)对随访12年的115例行TKA治疗的患者资料进行分析,结果显示,轴向力线偏移<3°的假体松动率只有3%,而轴向力线偏移>3°的假体松动率高达24%,因此认为TKA术后下肢轴向力线偏移应在3°以内才能获得较好的疗效｡传统TKA在术中为了获得良好的下肢力线,需要反复调整测量试模,这增加了手术时间､术中出血量以及术后引流量｡而三维数字化是将影像学数据导入软件,计算及测量相关下肢骨关节数据,以确定假体大小､股骨截骨量与截骨角度,并模拟手术过程,可缩短手术时间､减少术中出血量､降低手术风险｡本研究结果显示,手术时间､术中出血量､术后引流量X线测量组均长(多)于三维数字化测量组,差异均有统计学意义(P<0.05)｡因此我们认为,与X线测量相比,三维数字化测量在获得更令人满意的下肢相关角度数据的基础上辅助TKA治疗,也为术后患者快速康复以及降低术后翻修率奠定了良好的基础｡虽然术后3个月HSS评分两组比较差异无统计学意义(P>0.05),但术后3个月三维数字化组膝关节屈曲活动程度更大,患者的体感更佳｡

参考文献:

[5]李静,白雪琴,赵小春,等.下肢负重位DR片全长拼接对全膝关节置换术的评估[J].临床骨科杂志,2021,24(1):38-41.

[6]刘洋,梁涛,张磊,等.3D打印辅助胫骨高位开放截骨联合关节镜治疗膝内翻畸形临床疗效分析[J].中国临床解剖学杂志,2020,38(1):67-72.

[7]刘奕宁,刘利春,李晓彬,等.3D打印截骨导板在TKA术中的应用效果分析[J].中国骨与关节损伤杂志,2019,34(2):142-145.

[8]周烨,周霞,马立敏,等.3D打印截骨导航模板在膝关节外翻中的应用[J].中国数字医学,2019,14(7):2-4,38.

[9]何飞.基于数字技术的膝关节骨关节炎健康管理和术前评估方案的建立及应用研究[D].昆明:昆明医科大学,2021.

[10]汪武祥,季贵柱,陈松,等.全膝关节置换术治疗膝关节重度内翻畸形[J].临床骨科杂志,2024,27(4):505-508.

基金资助:四川省科技厅重点研发项目(编号:2019YFS0446);

文章来源:贾军锋,唐承杰,张挥武.三维数字化测量辅助全膝关节置换术治疗重度膝骨关节炎[J].临床骨科杂志,2025,28(01):51-55.