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发表于 2008-11-20 10:12:15
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136-7-第七节 人工膝关节置换
一、人工膝关节的发展历程 ( d0 U+ [8 J2 `: x. v5 T, |; `" R
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人工膝关节技术与人工骸关节一样,也是从原始关节成形术基础上发展起来的,但人工膝关节技术发展较晚,所以借鉴了许多人工貌关节的技术。20世纪早期,各种假关节成形技术占有主导体位,多数膝关节因感染而残留的关节畸形或强直,经原始的假关节成形术后,获得了未曾预料的效果,加上当时髓臼成形术的效果令人鼓舞,导致了旨在改进假关节成形术效果,而于20世纪50年代早期设计研制出一些膝关节假体,但由于其临床效果不理想,很少使用。在50年代后期及整个 60年代,膝关节成形术主要是绞链式假体置换术,这便是最早的人工膝关节。这种关节假体,早期效果很好,但由于不能适应膝关节在正常步态周期中多种活动自由度的要求,因而不能耐用,很快即出现松动,且感染率高,加之这种关节假体是金属一金属设计,因磨损、柄断裂而且很难挽救,而渐渐被放弃。70年代早期,加拿大骨科医生Frank Gunston由于曾跟随Charnley学习一段时间,深受其启发,设计出首例膝关节表面置换假体,这种关节假体是多中心性,由金属与多聚乙烯组成关节,术后主要靠膝关节周围的韧带稳定性限制而产生正常膝关节活动,这被认为是人类历史上第一次真正意义上的膝关节表面置换术。虽然这种技术的出现是人膝关节成形术的一大进步,而且更是将全髓关节置换的有关技术应用到膝关节的有益尝试,但毕竟股骨不同于胫骨,胫骨上有多种软组织、韧带附着,并在膝关节运动中发挥重要作用。因此,有不少学者试图改进设计,如Duocondylar和Geo-metri。等假体问世。1973年Conventry报告了用金属与多聚乙烯组成的Geometric表面置换式假体,早期效果满意,但由于器械设计较差,而且术后不能恢复正常膝关节活动,导致假体承受负荷过大,而松动、下沉等并发症发生率较高,但感染率较铰链式膝关节假体明显降低。70年代中期,全裸型膝关节置换技术(TKA)的出现,标志着人工膝关节技术史上的又一次革命。TKA的成功率较高,术后 10一12年随访优良率达 98 。此后全裸型假体的设计又有些改进,如胫骨假体金属托及标准组合式假体的设计,使 TKA技术日臻完善并最终成为目前人工膝关节置换术标准设计。 % @# n1 w+ q( |! g/ l
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二、后交叉韧带保留与后稳定型膝关节假体 5 S3 i1 q& }7 z& @( P+ H
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虽然全裸型假体有了明显进步,但改进工作并没有停止,因为这种假体缺少前后稳定且胫骨假体完全为多聚乙烯制成,因此支撑性差。为了增加前后稳定,并结合膝关节运动生物力学原则,进一步改良设计分两个基本类型,即后交叉韧带(PCL)保留型全裸假体及后稳定型全跺假体,后者需切除PCL。通过胫骨平台聚乙烯垫片中间凸起与股骨骸间凹相关节,而获得前后稳定。这两种类型的假体一直沿用至今,并使用过程中都获得了成功。早期全膝关节置换术,强调胫骨截骨量应少,这对于保留足够的胫骨平台以发挥支持功能固然很重要,但常常需使用较薄的多聚乙烯胫骨假体,因而导致术后胫骨假体磨损而失败。胫骨平台假体金属托的出现,使这一问题得到很好地解决。
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?- Y$ X) o1 T! x1 s F6 { 三、组合式假体及翻修术
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由于胫骨假体金属托的使用,可减少假体一骨接触面的应力,这样金属托与不同厚度的多聚乙烯平台垫片,经插人而组合一个完整的复合胫骨平台假体,因此需要生产各自独立的组合部件,以便在术中组合成复合假体,这为术中带来了极大的方便。20世纪80年代早期,随着全裸型膝关节置换术(TKA)的成功率不断提高,失败病例很少见,TKA数量也明显增加。但由于失败的病人非常少见,因此这时期的翻修术很少,也缺乏翻修手术器械,偶尔遇到翻修手术时,医生与制造商合作,手工生产一些定制的假体以适应当时的临床需要,而很少用另一种假体替换使用。这个时期,常用的定制假体是将股骨或胫骨柄加长,此外,根据骨缺损需要,设计一些定制假体,但由于缺乏经验,常常对骨缺损估计不足,加之的器械粗糙,因此翻修术十分困难。随着原发性TKA数量继续增加和翻修术的经验积累,组合式关节假体在TKA术中越来越显得重要和方便。80年代中期,在翻修术中常见到聚乙烯平台磨损而其他假体尚完好,因此单用聚乙烯垫片替换磨损的聚乙烯垫片,就可完成翻修术,但需用标准的聚乙烯垫片,这大大激发了研究人员的设计,因而导致了胫骨平台金属托与聚乙烯垫片标准组合式部件的出现,但对骨溶解和其他因素引起骨缺损尚未很好研究。80年代末期,几乎所有膝关节假体均为标准部件组合式假体,这尤其对翻修更有帮助,现在股骨、胫骨假体均有不同型号的替代品,也正是在80年代末期,翻修手术开始出现并逐渐增多,而且伴有各种骨和软组织缺损。对于大块骨缺损,虽然可使用骨水泥、骨移植技术等以便翻修术恢复关节正常排列和稳定,但应用柄加长型替代部件的设计,代表着TKA翻修术的重要进步,而且也是有效的方法。翻修术中,假体柄是一种重要的替代部件。由于应力遮挡而引起的骨缺损,在TKA翻修术较常见,因此,当取出的膝关节假体后,骨缺损更加明显,而且剩余骨的质量也较差,这种骨能否支撑翻修假体,实属疑问,在这种情况下,使用长柄假体替代部件,可越过支撑薄弱区而完成翻修术。这种可替换的标准或特制的替代部件,可使术者在术中处理问题更具灵活性且方便。
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/ [6 i9 C& | q" ]7 u5 \1 _ 四、技术进步与器械改进
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: j! N0 y- e# T( p8 L 20世纪70年代中期以后,逐渐认识到TKA的成功在很大程度上取决于外科技术和器械的正确使用。早期的TKA技术基本要求在胫骨近端垂直截骨,在股骨远端及后跺采用平行截骨。相对来说,胫骨截骨是在软组织张力下进行的。这些截骨并不总是能顺利达到目的,尤其是股骨后跺等量截骨,可引起屈曲、伸直时关节间隙不平衡。虽然这些早期技术也可使TKA获得成功,但自80年代中期,TKA术中渐渐出现了一些理念性的变化,即依据膝关节解剖、旋转、下肢力线排列及软组织平衡为基础,创造一种精确截骨法。随着这一理念性变化,器械的设计改进也有了明显进步。单就下肢力线排列指示器来说,早期的设计很不精确,然而随着对截骨的要求更精确,首先要改进这种指示器。自80年代后期,下肢力线排列指示器经过不断改进,逐渐演变成目前所用的情形。现在所使用的截骨导向器也得到很大改进,且是多用途的。随着这些技术的不断改进,也逐渐认识到其他外科技术的重要性,其中最重要的是骸股轨迹的恢复和假体旋转位置。事实上,TKA技术中骸骨发生的问题占翻修术的50%以上,所以常常需在术中作外侧松解,甚至远端力线重排。另一个问题是,传统TKA技术中,胫骨垂直截骨通常仅在屈曲外旋位,截除股骨后裸后,适当平衡后进行,然而在这种情况下,外旋常常是盲目无助、不精确的,而且常常并不这样做,同时要取决于病人的软组织张力。目前TKA技术中,在多数装置,外旋定位是根据一些解剖标志,如股骨裸的轴线,常作为常用参考点。总之,这些技术上的改进,对于TKA术后效果的改善及和假体使用寿命均有很大帮助。 B1 T b+ z1 t8 ~; d
0 w) T# o, P7 c' G$ t 五、人工全膝置换术手术适应证与禁忌证 % M* I9 _6 [3 c% Q5 W+ k5 i8 L" X& t
2 p& D5 y1 ?8 O8 Y 1.手术适应证
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在膝关节炎的手术治疗中,人工全膝关节置换主要用于治疗严重的关节疼痛、不稳、畸形,日常生活严重受限、经非手术治疗无效的病例,目的在于减少关节疼痛、改善患者的关节功能。具体适应证如下:膝关节各种炎症性关节炎,如类风湿关节炎、骨关节炎、血友病性关节炎等;少数创伤性关节炎;高位胫骨截骨失败的骨关节炎;静息的感染性关节炎(包括结核);少数骨软骨坏死性疾病。
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2.手术禁忌证 ' g+ B9 e" Y) m
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在下列情况时,禁忌行人工全膝关节置换术:膝关节周围肌肉瘫痪;膝关节已融合于功能位,并且无疼痛无畸形等。
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六、TKA术前计划及相关技术 : e4 t* }. e: I4 E' V: e2 T; o
& o, c C- A' D1 z( ~6 ?* U 对于TKA,术前仔细的计划是获得满意疗效的重要因素。良好的术前计划可避免术中许多潜在的错误。术前计划通常包括病人的选择,假体的选择和手术方案的制定。有些复杂问题,如其他关节疾病的治疗、骨折畸形愈合或不愈合的处理、翻修手术病人的软组织覆盖、骨缺损的处理、假体取出等,均需要术前认真考虑。
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$ B u6 R( P$ q$ [ (一)原发性TKA的术前计划
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( S) ] J5 r$ X 对于原发性TKA,除了正确选择适应证,仔细体格检查及关节周围皮肤条件外,还要注意检查下列情况:
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- k; E, R- c1 _' E( T6 b 1.伸膝装置 + X9 {6 W% K. \8 g
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TKA术后,伸膝装置的完整与功能对获得满意效果极其重要。常遇到的伸膝装置问题包括骸骨切除及骸骨运动轨迹异常,即骸骨半脱位。由于骸骨可增加股四头肌力臂,有助于TKA术后提供前后稳定。骸骨切除的病人,如果TKA术后PCL松弛或切除,可以出现胫骨相对股骨的后半脱位,所以对骸骨切除的病人,作TKA手术,若选择PCL保留型假体,应特别注意纠正PCL的正常张力或选择后稳定型假体。骸骨半脱位可在TKA术中通过外侧支持带的松解而达到平衡。 % E& H, l7 g; n" s; i
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2.韧带的稳定性 3 N$ ?" U0 ~# `# i& z
& \1 }! w9 [' b, l% P: {( ?, \ 韧带不稳对骨关节炎和类风湿关节炎病人的原发性 TKA很少成为问题,侧副韧带通常是完整无损,ACL常缺损,不过并不影响TKA, PCL通常也完整,但有时会缺损或松弛,软组织挛缩是常见的现象,并需通过韧带松解来获得软组织平衡。 $ ?# b7 a" E. c" E
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3.内、外翻畸形 : v# K- R, u3 H
* i) h7 Q% R( W 对于固定的大于200的内翻畸形,常需在TKA术中作内侧副韧带的深层松解,偶尔也可作浅层松解。大于200的固定的外翻畸形,常需松解骼胫束、胭肌键及排侧副韧带。通常情况下,松解术后在保留PCL是以胫一股骨间隙增大2-4mm为目的。正确的软组织松解可减少胫骨的截骨量。对于大于200外翻,挛缩常涉及到 PCL,因此需作 PCL松解,一般松解PCL,可使胫一股骨间隙增加2-4mm;有时对20’以上的外翻,需松解胖肠肌外侧头。所以在膝内外翻畸形时,软组织松解十分重要,这在术前计划时,即应考虑到减少胫骨截骨。 3 F$ X: S1 A2 W: n5 `: f) k& k! Z
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4.屈曲畸形
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, _( F2 ]) C' h. n8 `5 T 大于15'-20*屈曲畸形,需要松解PCL至正常张力,若PCL在过去的矫形术中被切除,应选择能提供后稳定的假体,如胫骨平台前后加高的几何型假体及后稳定型假体均可选择。 A/ h& Q) _: [9 p% N
b8 b8 }& E2 h 5.X线 3 e# C, I b7 R
$ ?+ ]4 b3 W6 U 高质量的X线对术前评价很重要。站立位、下肢全负重位X线有助于准确测量下肢机械轴线,TKA的目的之一是将下肢机械轴线恢复到膝关节中心,多数TKA系统中,股骨以髓内定位,而且有几种可供选择的外翻角度,以指导股骨精确截骨。股骨干的轴线与机械轴线之间角即称远端股骨角,也需测量;不过,这个角常与肢体的旋转有关;若上述两轴线相交于膝关节远端,则肢体处于外旋位,反之,则处于内旋位。股骨远端截骨时,外翻角度的选择,取决于胫骨近端截骨方式,若胫骨近端以垂直机械轴90’截骨,则所选择的外翻角应与远端股骨角一致;若胫骨近端选择内翻3。截骨,则股骨外翻截骨应在远端股骨角基础上增加30。
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+ M. R: c& R7 h) V 6.胫、股骨假体大小的选择
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7 Z+ g X" M- _! G) f; M1 O 假体大小的选择取决于真正的前后位及侧位X线片及正确的放大率。X线的放大率一般在10%一20 ,正确选择股骨假体大小,以恢复股骨骸前后方向的形状,对于保持正常的侧副韧带张力及运动十分重要。侧位X线片对于选择股骨假体大小有较大帮助,在实际工作中,应用测量模板较为方便。A一P位X线片很少用指导选择股骨假体的大小;相反,胫骨大小最好根据A一P位X线片测量。 9 q7 H# M! H/ }: {& v0 b1 M
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7.骨大小
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7 ?6 e! c: `7 C% L 骸骨大小测量应在侧位及切线位X线片上评价,同时应测量骸骨厚度。若骸骨厚度小于20mm,术中应再仔细测量,切勿用普通的骸骨假体,否则会增加骸骨厚度或截除更多的骸骨。在原发性TKA中,也可遇到骨缺损现象,如先期骨折、手术等因素所致。所以术前评价骨缺损范围,对于术中正确截骨有重要指导价值。通过骨缺损基底水平截骨通常是不正确的,截骨水平的选择应以完整无损的胫骨平台为标准,而不是以已缺损的胫骨平台为标准,一般胫骨截骨的标准是正常胫骨平台截骨小于5mm,依据这个标准,即可确定缺损侧的截骨水平,截骨后,缺损部分可用楔形组合配件、植骨或定制假体来填充缺损,这更需要在术前作好充分准备。 % k5 v. l5 X/ R. k8 T* \
$ M* C9 c4 @1 P. N0 y 8.骨折畸形
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股骨或胫骨畸形愈合或内翻,可影响正确使用模板测量假体大小、关节力线排列,也可影响髓内定位。对于这些复杂的问题,必需首先通过股骨或胫骨的截骨,使关节线、机械轴线恢复到正常,同时应保持侧副韧带及骸韧带的完整附着。对于胫骨畸形愈合,可通过不对称截骨方式,保持侧副韧带附着点,然后在骨缺损处植骨;股骨畸形,不对称截骨可因侧副韧带附着点而受到限制。若畸形大于20',应在TKA术前或术中同时矫正畸形,因此术前应仔细计划截骨角度,多数学者建议在这种情况下,应先行截骨矫正畸形。 % j O/ A E- r) z% y
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9.定制假体的选择与设计 * K+ h$ s; U( W t. R" o$ t
2 O% [: i' z0 t9 C. l6 A8 Q6 e) b 在原发性TKA时,也可碰到较大骨缺损,此时需通过定制假体来解决。术前除了按通常方法准备外,还要计算增大假体局部体积以充填骨缺损,并需用加长柄插人到正常骨髓腔内以获得固定,因此术前对柄的长短、直径均应先确定。现代TKA手术,可提供与定制假体相适应的零部件,为TKA手术提供了极大的方便。/ P4 X" ~& l$ m
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(二)TKA翻修术的术前准备
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TKA翻修术的术前准备的基本原则类似原发性TKA,但更需仔细分析。首先必需研究原发性TKA失败的力学原因,以便在翻修术中纠正过去的错误,假体取出器械、髓腔内骨水泥的取出,植骨等均需计划。如残存的内翻可引起假体松动,因此在翻修术时应仔细确定假体位置和肢体力线的恢复。关节的稳定性也需评价,关节不稳可因假体松动及韧带功能不全而引起,因此手术前需确定关节不稳的原因,通常假体松动与韧带功能不全同时存在,这就要求在术前准备多种可提供稳定性的假体,如后稳定型假体、翻修假体、侧副韧带加强型假体等。另一个重要的术前计划内容即是对股骨、胫骨或骸骨骨缺损大小的确定,常需准备植骨和可供术中选择的相应假体的零配件。骸骨骨缺损是一个非常棘手的问题,当残余的flA骨厚度小于lomm时,再置换是不可能的,此时,是作骸骨切除,还是保留残存的骸骨,需仔细研究后方可决定,这种病人通常选择后稳定型假体。$ b% Z6 I( ~7 T% X2 w$ {6 H, j) o( q! {
) o: H; m" ]; |; J: F (三)非骨水泥TKA
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非骨水泥TKA与骨水泥TKA一样,同样需要恢复肢体力线,韧带平衡,截骨标准与截骨技术及固定技术,但在非骨水泥TKA中,对截骨的精确度及下肢力线的排列要求更高,因此需要有与假体完全相匹配的器械,以达到高精确度截骨要求,这是非骨水泥TKA技术成功的关键因素。目前非骨水泥 TKA的假体固定方法大致有两种形式:即微孔面一钉凸式固定和微孔面螺钉固定。非骨水泥假体长期固定效果取决于假体与骨面的初期强度,这可保证骨组织长人假体表面的微孔内,并使之发生骨塑形。胫骨假体的固定有一定困难,对于骨水泥胫骨假体,多数学者一致认为胫骨假体应该完全覆盖胫骨平台,其基底有一个中央柄或凸起,用骨水泥固定在胫骨干N端内,便足以获得稳定,但对于非骨水泥的胫骨假体的初期固定确是困难的,但最早期的非骨水泥胫骨假体固定在胫骨平台上的部分很少,因此仅用于少数骨质较好的病人。随着非骨水泥胫骨假体固定部分的增加,其在年轻或老年退变性或炎性关节病病人中的使用效果非常满意。实验研究发现,非骨水泥胫骨假体初期稳定用螺钉固定是最有效的方法,如果初期固定不够牢固,就会发生假体移动而影响骨组织的长人,早期松动率即高,这与非骨水泥全髓关节是一样的。在非骨水泥TKA术,截骨技术对长期功能也有重要影响,因此最好的方法是使假体与骨精确匹配成为一整体,以减少应力遮挡效应,这对TKA术后的远期影响尚未得到很好的研究。
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- _0 m; P* u" u! v1 R) a 1.肢体力线 ; g- T+ F0 ~/ n2 K C
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应用髓内定位技术指导截骨同样适用于非骨水泥TKA,即可通过简单选择5‘一7。的外翻角即可调整肢体力线以指导截骨恢复下肢力线排列。临床研究证明,这种方法可达到预期效果。一般7-外翻角适用于女性病人,5*外翻角适用于男性病人。存在关节畸形时,应用这一原则是不够的。膝外翻畸形时若不考虑这种畸形的存在,仍使用上述原则,就会使术后外翻角比预期的要大。因此,正如在原发性TKA中所介绍的那样,下肢全长X线片对于指导肢体力线的恢复是安全可靠的。同样在股骨内外翻时,髓腔人点也是影响确定肢体力线的重要因素。在这种情况下,可根据远端股骨角来进行调整,以靠内侧为宜。胫骨截骨即按垂直胫骨中轴线方式截骨。由于胫骨干中段通常也有与外翻一致的弯曲度,所以也应将髓腔人点向侧移位。
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2.截骨与假体位置
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/ O8 T6 ]! A2 y! c1 ]. A, T& o% t" J, m 在正常膝关节力线时,应用5’一70的外翻角指导股骨远端截骨和胫骨垂直截骨,通常使股骨外侧裸及股骨内侧平台截除的骨量稍小,这两部分的变化可以补偿膝关节屈曲时所需的状态,但在屈曲旋转位即要通过后裸的截骨调整假体位置,以适应少量切除的内侧平台。通常在股骨截除增加,这样屈膝时,内侧副韧带不至于太紧张,而后外侧骸截除的骨量相对少些,这样适当外旋的股骨假体可使其前面骸骨凹外移。减小“Q”角,有利于恢复骸骨的运动轨迹。 5 q% M' J$ ]' f: I$ g
( 邱贵兴 )# P$ J! S3 z$ I3 v4 Y, v! O
参考文献:
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邱贵兴,翁习生.人工膝关节的应用现状与相关研究.见:邱贵兴荣国威 主编.高级医师案头丛书一骨科学.北京:中国协和医科大学出版社,2002.410一426 邱贵兴.TCP全膝人工关节置换术.中华骨科杂志,1990.10:37一41: A- R3 [- D3 `; j
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