展望与期盼

第24章 微创单髁置换术治疗膝关节内侧间室骨性关节炎

第一节 概 述

一、膝关节单髁置换术发展简史

20世纪50年代,曾一度广泛应用的膝关节的半关节成形术,是指在胫骨和股骨关节的一半安装一个假体来预防骨与骨之间的磨损,为日后单髁置换术奠定了基础。1957年,McKeever首先介绍一个Vitallium胫骨平台假体,随后在1958年,MacIntosh介绍了一种丙烯酸胫骨平台假体。1967年,MacIntosh及其同事在瑞士开始将这种假体应用于临床,进行了6年的随访,并称“取得了满意的效果”。1968年,Gunston设计了膝关节内外侧双间室限制性假体,其股骨的曲率与胫骨聚乙烯假体的曲率完全相同,代表了早期的设计理念。但其胫骨假体的横径较窄,导致胫骨部分下沉,这种假体的早期翻修率在10%左右。Marmor参照Gunston的假体,在1973年设计出第一个非限制性单髁假体,其股骨部分较窄并带有一个桩钉,与胫骨部分嵌合。20世纪70年代后期在总结临床失败的病例后,Marmor建议胫骨部分的假体要有更宽的横径,以便胫骨周围皮质骨能支持假体,可以减少胫骨假体的下沉。1969年由Engelbrecht等人设计了胫骨假体内外径较宽的St.Georgsled假体,此种假体的胫骨部分为全聚乙烯,表

面平坦,非限制性,股骨假体在矢状位面上呈弧形,避免边缘承重。此后许多固定承重的假体都是在Marmor和St.Georgsled假体的基础上,不断改进设计而逐渐完善。至20世纪80年代中期,这两种假体均提供了带有金属底托的胫骨假体,并对股骨假体做了改进,演化成著名的Richard MKⅢ和 Endo-link单髁人工假体。Goodfellow等根据人工全膝关节的成功经验,设计了牛津半月板承重单髁假体,它由弧形的股骨假体、平坦的胫骨假体及其间活动的塑料衬垫组成,有胫股间更好的一致性,减少了应力集中,活动的胫骨衬垫避免了限制性假体产生的问题,但假体植入后早期的脱位率较高。这一阶段膝关节单髁置换术(unicompartmental knee arthroplasty, UKA)的成功率较低,部分原因是假体在设计上仍存在缺陷,在冠状面上狭窄的胫骨部分使应力集中,而胫骨对股骨假体的限制又加重了这种效应,最终导致假体下沉,引起早期的松动。20世纪90年代,随着外科技术的进步以及器械和假体设计的改进,UKA的成功率逐步提高,至1998年牛津第三代假体应用于临床,其有效率可达97%。据1993-2003年多个研究中心经过6~14年的随访,报道膝关节单髁置换术的成功率在87%~98%,在失败的病例中,有83%的原因在于假体非表面部位的磨损。

近年来的随访资料表明:应用膝关节单髁置换术治疗内侧间室骨性关节炎已经能取得非常好的中长期疗效,美国应用UKA数量在不断增加,1997年,膝关节假体置换中UKA只占1%,至2000年上升到了6%。

二、 微创膝关节单髁置换术的优点和缺点

在膝关节的三个间室中,膝关节骨性关节炎的特点是一个间室受累严重,其他两个间室只轻度受累或病变发展缓慢,而受累严重的大部分为内侧间室。近年来,微创膝关节单髁置换术(minimally invasive surgery-UKA, MIS-UKA被成功地运用于膝关节内侧骨性关节炎的治疗,如果应用在骨性关节炎早期,手术可以阻止关节炎向另外一侧髁发展,并使症状长期得到缓解。

(一)MIS-UKA的优点

1.最大限度的保存了骨量。

2.增加了关节的活动度。

3.减少了术中失血量。

4.减少住院时间和住院费用。

5.微创,术后恢复快,患者接受度高。

据240例单髁置换术病人经过15年的随访,其关节活动度平均为127°,术中平均失血量为150 ml,平均住院时间为2.8 d。

(二)MIS-UKA的缺点

不是所有的MIS-UKA都有很好的效果,在两项独立研究中,经过7~10年的随访,只有75%~85%的病人效果良好,其余的病人有明显的骨质缺损被迫行全膝关节翻修。MIS-UKA的缺点主要在于:早期假体设计和质量的缺陷、非骨水泥系统导致的早期松动以及固定不良。

第二节 微创膝关节单髁置换术的手术适应证和禁忌证

一、经典的手术适应证

1.单间室的骨性关节炎或骨坏死。

2.年龄>60岁。

3.活动量较小或不从事重体力劳动者。

4.体重<82 kg。

5.膝关节静息性疼痛较轻,主要表现为活动后疼痛。

6.膝关节活动度>90°、<5°的屈曲挛缩畸形。

7.内外翻畸形<15°并且术前可以被动纠正。

二、扩大的手术适应证

最近的研究表明:在以上的经典手术适应证中,适当扩大的手术适应证:年龄≤60岁、体重指数>30者。在一组年龄≤60岁(平均35-60岁)的病人中,术后11年的随访有效率达到92%;在一组肥胖病人(体重指数>30)中,经过术后20年的随访也达到了较好的临床效果。手术适应证不断扩大的主要原因是近年来假体设计日臻科学、合理,手术水平的不断提高。传统观念认为,髌股关节骨性关节炎和前交叉韧带(ACL)的缺失是UKA的手术禁忌证,但是,Price等认为如果病人没有明显的膝关节前方疼痛,即使术前X线和术中证实髌股关节退变,也可以行UKA术。

三、膝关节单髁置换术的手术禁忌证

1.过度肥胖(体重为90~100 kg)。

2.不能纠正的关节畸形:内翻、外翻和屈曲挛缩畸形大于15°。

3.从事体育运动或重体力劳动者。

4.两个或三个间室的骨性关节炎症状。

5.严重的骨质疏松症。

6.感染性关节炎:如类风湿关节炎和软骨钙质沉着症。

四、 关于前交叉韧带在膝关节单髁置换术中的作用

一般认为,前交叉韧带的缺失是膝关节单髁置换术的相对手术禁忌证,Suggs等应用机器人分别在ACL完整和ACL缺失的膝关节尸体标本中通过屈伸活动检测内侧间室UKA假体对于胫骨负重的影响,结果表明:在ACL缺失标本中出现了胫骨前方移位现象,作者认为,如果在ACL缺失的病人中行UKA术,术后会发生膝关节不稳定,并随后很快出现外侧间室和髌股关节继发性骨性关节炎以及关节面的损害。Argenson等应用荧光透视的方法在内侧UKA病人中研究发现,ACL缺失的情况下,膝关节完全伸直时股骨假体和胫骨假体在后方有明显的相撞的现象,随后膝关节屈曲时出现股骨假体向前方的反常活动,这能增加股骨假体在聚乙烯衬垫上的向前滑动并加速聚乙烯衬垫的磨损。尽管ACL缺失的病人行UKA术有一定的风险性,但Christensen等报道ACL缺失和ACL正常的病人行UKA术远期疗效相当,说明ACL的完整并不是UKA术后功能良好恢复的必要条件。ACL缺失是外侧间室UKA的绝对禁忌证,因为外侧间室本身比内侧间室的活动度大,在ACL缺失的情况下行UKA术就会出现更大范围的滑动,并导致胫骨假体和股骨假体之间异常碰撞,最终引起假体早期磨损、松动。

第三节 牛津第三代(Oxford 3)单髁膝关节系统的临床应用

一、概述

Oxford单髁膝关节系统,是由1976年首次启用的最原始的半月板关节产品衍化而来的一种膝关节产品,该产品传承了整个关节活动区域大面积接触的优点,以保证使聚乙烯的磨损率降至最低。自1982年以来,Oxford单髁膝关节系统(第一代和第二代)成功地被运用于膝内侧骨性关节炎的治疗,如果在骨性关节炎早期加以治疗,手术可以阻止关节炎向另外一次髁发展,并使症状长期得到缓解。在一系列独立的研究中,只有一种规格的第一代和第二代牛津UKA的20年有效率为92%。1998年,第三代假体的应用使手术更简单并且使微创手术更可靠,其七年的有效率达到97%,年平均磨损率仅为0.03 mm。

二、牛津第三代假体优点

1.4种尺寸的股骨假体可以增强配合度,减少骨移动。

2.符合解剖形状的胫骨元件可以更好地覆盖胫骨表面。

3.经重新设计的半月板衬垫可以将撞击减少到最小。

4.通过微创手术技术,缩短患者恢复期,最大程度地恢复了病人膝关节功能。

三、病人选择

选择进行微创Oxford膝关节单髁置换术的病人,必须有明确的手术指征,并且必须满足适当的标准,才能保证手术成功。原则上,膝关节的软组织部分和外侧髁的关节面必须完整。该项手术尤其适合于前内侧骨性关节炎的患者,病人选择的基本原则如下。

1.两条交叉韧带必须保持完好。骨性关节炎的膝关节,后交叉韧带很少有病损,然而前交叉韧带却经常受损,有时甚至消失。由于假体置入物在前后平面的活动完全不受限制,所以,置入假体的稳定性决定于交叉韧带结构的完整性。如果前交叉韧带严重受损或缺失,手术后膝关节的稳定性将无法恢复,因此,前交叉韧带功能缺陷是该手术的禁忌证。

2.内侧或外侧半脱位(术前前后位X线片可见)、胫骨后部骨缺失(侧位片可见),明确提示交叉韧带结构受损,因而不适合行Oxford单髁膝关节置换术。

3.外侧髁应保持完好,并应具有完好的半月板及全层关节软骨。最佳证实方法为:通过膝关节外翻应力位摄片,在前后位X线片上看到全层的“关节间隙”。在手术过程中,通常可见到软骨表面纤维化、边缘骨赘形成、甚至外髁内侧缘软骨的局部浸蚀,但这些均非Oxford单髁膝关节置换术的禁忌证。

4.患肢有对线不良时,必须能被矫正到中立位,但也不能矫枉过正。应力位摄片是有效的方法,当施以外翻应力能够矫正畸形时,畸形程度本身并不十分重要。超过15°的内翻畸形,很少能被矫正到中立位,因此,该数值是能被矫正的内翻畸形角度的上限。在手术过程中,绝对不能施行软组织松解术。如果内侧副韧带已经挛缩且内翻畸形不可能被矫正,此时关节炎病程已经发展到不适合进行此项手术的阶段。

5.屈曲畸形应小于15°。单髁关节成形术仅能改善少量的屈曲畸形,如果在术前发现有过度的屈曲畸形,则不适合行此项手术。

6.在麻醉下,膝关节必须能屈曲到110°,这样才能处理股骨髁。

7.髌股关节炎并非手术禁忌证,在髌骨内侧面和股骨沟的内侧缘上,经常可见到广泛的软骨纤维化和全层侵蚀,但是单髁关节置换术后患肢重新对线,可以使上述髌股关节损伤区域卸载,手术成功与否和髌股关节的疾病状况之间没有相关性。

8.患者的年龄、体重和活动水平以及是否存在软骨钙质沉着症,均不作为Oxford单髁膝关节置换术的绝对手术禁忌证。

9.所有炎症性关节炎的患者均不适合Oxford单髁膝关节置换术。对于原发性缺血性骨坏死的治疗,因病例太少,尚不足以得出统计学意义。

10.对于外侧髁骨性关节炎来说,应用Oxford单髁膝关节置换术是较为困难的,而且Oxford第三代膝关节的设计,不是针对外侧间室的。外侧间室的韧带比内侧的更富有弹性。据报道,外髁关节成形术有10%的早期衬垫脱位,并且外侧小切口入路比内侧困难得多。

11.只有当膝关节已经被打开,并且直视观察后,才能最终决定是否行Oxford单髁膝关节置换术。

四、术前准备

1.术前辅助检查 术前需拍膝关节正侧位片了解下肢力线情况(图24-1),拍内外翻位应力位片检查术前内外翻畸形能否被矫正(图24-2),拍髌骨轴位片了解髌股关节退变情况,行膝关节MRI检查,明确前后交叉韧带退变情况(图24-3),但因MRI有时会有假阳性或假阴性结果,是否行Oxford单髁膝关节置换术还需要在术中直视下判断后决定。

图示

图24-1 术前膝关节正侧位片显示内侧间室明显狭窄,伴有膝关节内翻畸形

图示

图24-2 术前膝关节内外翻位片,内翻位显示内侧间室狭窄加重,外翻位片显示内侧间室狭窄减轻、内翻畸形矫正

图示

图24-3 术前膝关节MRI显示前交叉韧带信号正常

2.术前模板测量 术前通过使用X线模板选择股骨假体的尺寸。需要拍摄正确的侧位X线片,摄片时,应使胶片盒贴在膝关节的外侧,而X线球管距膝关节内侧100 cm,这样产生的X线影像放大率大约5%,如此摄片,应使用标记为105%的模板(如果采用任何其他方式摄X线片,则应确定相关的放大倍数并使用合适的模板)。将模板的轮廓线贴紧X线片的股骨内髁,股骨假体的中央栓应与股骨干的长轴平行,模板轮廓的外表面应超出X线大约2 mm,以保证关节软骨的厚度,股骨假体的后关节面应伸展到股骨后关节面的上沿,但不能超出。

3.其他术前常规检查 与全膝关节置换术相同,术前应排除患者身体其他部位有感染性病灶,常规行ESR、CRP检查。其余常规检查与其他骨科手术相同。

五、手术步骤

1.体位 患肢大腿上止血带,放置大腿托架上,使膝关节屈曲,小腿自然下垂,膝关节必须至少能屈曲120°。

2.手术入路 膝关节屈曲至90°,髌骨内侧缘向关节线远端3 cm处做旁正中切口,一般切口长6~8 cm(图24-4)。加深切口到达关节囊,将切口斜行向内延伸1~2 cm,进入股内侧肌。切除部分髌下脂肪垫后首先检查前交叉韧带的完整性及股骨内髁软骨的退变程度(图24-5),一旦发现前交叉韧带全部或部分退变,则应放弃UKA,改行TKA术。

3.切除骨赘 股骨内侧髁内缘及髁间窝两侧缘上的所有骨赘均应完全切除。助手伸直或屈曲膝关节,使切口上下移动,可发现不同部位的骨赘。用6 mm的窄骨凿,去除内侧副韧带下及股骨内侧髁后外缘的骨赘(为下一步将锯片插入到髁间窝中准备足够的空间)。

图示

图24-4 体位和手术切口(左侧虚线为手术切口)

图示

图24-5 切开后首先检查前交叉韧带的完整性和内外髁软骨的退变程度,图示前交叉韧带完整,股骨内髁软骨明显退变、磨损

图示

图24-6 胫骨髓外定位及胫骨平台垂直截骨

4.切除胫骨平台 在手术切口的下端,从胫骨结节到胫骨平台边缘显露胫骨的正前方,尽可能多地切除内侧半月板,切勿松解内侧副韧带的任何纤维组织。将胫骨截骨导向器置于胫骨上,使导向器在两个平面上均与胫骨长轴平行,并有向后下7°的后倾。首先用窄的往复锯做胫骨的垂直截骨(图24-6)。靠近股骨内髁的外侧缘,将锯片插入髁间窝,截骨应位于前交叉韧带边缘内侧,以免损伤其纤维组织,锯片的方向指向股骨头,股骨头位于耻骨结节及髂前上棘连线的中点。锯片必须达到胫骨平台的后部,并略微超过一点,垂直向下截骨直至胫骨截骨导向器的表面。再用宽的摆锯切除胫骨平台,确保锯片向关节的正后方切割,当截骨完成后,用一把宽的骨凿将其撬起并去除,必要时用刀切断其后方附着的软组织,然后去除内侧半月板后角。切除胫骨的厚度取决于胫骨浸蚀的深度,应在胫骨浸蚀最深处2~3 mm。切下的胫骨平台用来确定胫骨假体的尺寸(图24-7)。所切除胫骨的厚度,必须足以容纳胫骨模板以及一个至少4 mm厚的衬垫。如果无法插入4 mm厚的测厚器,或虽可插入,但感觉很紧,则需自胫骨切除更多的骨组织。

图示

图24-7 切下的胫骨平台大体观

5.股骨钻孔 膝关节屈曲大约45°,使用直径5 mm的开口锥,于髁间窝前内角前方1 cm处钻孔并进入髓腔,插入髓内定位杆,直至其肩部靠到骨组织上,将膝关节屈曲至90°,再次放入胫骨模板,插入股骨钻孔导向器,并在两者之间放入3 mm厚的测厚器,安装股骨钻孔导向器,从前面观,股骨钻孔导向器应位于内髁的中央,而且其手柄应与胫骨长轴平行,通过调整膝关节的屈伸角度。从侧面观,股骨钻孔导向器的上面与股骨髓内定位杆相平行,通过内旋和外旋胫骨,从上面观察时,股骨钻孔导向器外侧面上7°翼与髓内定位杆相平行(图24-8)。此时应常规行C形臂X线机透视,判断股骨髓内定位器和股骨钻孔器是否都与股骨长轴平行(图24-9),若其中一个不平行,则需再次调整。

6.股骨截骨 将股骨截骨模块插入已钻之孔后,使用摆锯紧靠截骨模块的下方切除股骨后髁,避免损伤内侧副韧带和前交叉韧带。

7.股骨髁的首次研磨 将0号研磨栓插入到大钻孔中,略微伸直膝关节,牵开软组织,将球形研磨器安装到研磨栓上进行研磨,需沿着研磨栓轴的方向平稳地向前推进,小心勿使球形研磨栓倾斜(图24-10)。移除研磨器后,需修整股骨后髁研磨栓切割齿以外的骨组织。

图示

图24-8 股骨髓内定位和股骨髁钻孔

图示

图24-9 股骨截骨前进行C形臂X线机透视,图示股骨髓内定位器、股骨钻孔器均与股骨长轴平行

8.平衡屈曲和伸直间隙 将膝关节屈曲90°后,插入胫骨试样模板,使用测厚器仔细测量屈曲间隙,在伸直膝关节之前取出测厚器,随后,在膝关节处于屈曲20°位,而不是完全伸直位置时测量伸直间隙。应用以下公式决定股骨研磨的厚度:

需要从股骨研磨的厚度(mm)=屈曲间隙(mm)-伸直间隙(mm)。

通过多次研磨后,确定股骨试模的大小(图24-11)。

图示

图24-10 股骨髁的首次研磨

图示

图24-11 确定屈曲和伸直间隙后进行股骨髁研磨,图示研磨后股骨髁大体观

9.胫骨平台的最终准备 将选定大小的胫骨模板插入并定位在所需位置,使其后缘与胫骨皮质齐平,用贯穿钉固定胫骨模板,使用拉锯,沿着胫骨模板上凹槽的两侧切割10 mm深的切口,在去除胫骨模板后,用胫骨圆凿的刃锋进行挖掘,将凹槽挖到正确的深度,插入胫骨试样模板后,用胫骨打击器将其轻轻打到底(图24-12)。

10.最终试样复位 插入胫骨和股骨试样,使用合适的打击器将它们轻轻打到底,确保完全到位,插入所选厚度的半月板衬垫试样,通过膝关节完全的伸屈运动,判断膝关节的稳定性,确保衬垫没有发生撞击。

11.固定假体 在股骨和胫骨表面钻出多个小孔,以使其粗糙,使用骨水泥分别固定股骨和胫骨假体,将选择好的半月板衬垫压入到胫骨底座,完成单髁膝关节置换术(图24-13)。

12.术后处理 常规冲洗,放置引流管,逐层缝合切口。

六、术后处理

图示

图24-12 胫骨平台最终准备后用胫骨打击器将胫骨模板打击到底

图示

图24-13 股骨假体、胫骨假体和半月板衬垫安装完成

术后常规预防感染和下肢血栓治疗,当日患者行股四头肌主动收缩练习, 次日开始屈膝锻炼,术后3 d下床扶拐行走,术后2周可去拐行走。由于在手术过程中,很少伤及股四头肌结构,所以膝关节功能较容易得到很快恢复。鼓励患者穿戴膝关节支具并拄拐或使用手杖早期行走,有助于恢复膝关节伸屈功能。在术后第一周用力屈曲膝关节常会引起疼痛,要适度进行锻炼,因为膝关节屈曲功能总能得到自主恢复。

七、术后X线评估

术后X线摄片可判定手术成功与否。为方便于同以后的X线片进行比较,应用可重复的方式拍摄X线片。单髁膝关节置换术对于拍片技术和角度要求较高,投照角度哪怕有轻微的改变,也会导致假体影像的改变,从而难以对假体的位置以及骨/骨水泥的界面进行精确评估。前后位投照时,将X线球管对准胫骨假体的中央,并在所有3个平面进行校准,通过屈伸膝关节和内外旋小腿,以调整患肢位置。术后X线评估优良的标准是:胫骨假体正好在膝关节的中部(侧位片)。胫骨假体正好显示在膝关节内侧(正位片)。术后X线片见图24-14。

图示

图24-14 术后膝关节正侧位片显示假体位置佳

第四节 MAKO机器人辅助下的微创膝关节单髁置换术的临床应用

一、历史、发展、现状

目前,微创技术已经应用到骨科的各个领域,但是,因为UKA对下肢力线的要求非常严格,真正意义上的微创UKA并未得到广泛应用。轻微的力线不佳会导致很高的翻修率,与术后正常下肢力线相比,下肢力线内翻8°以上会出现早期膝关节翻修,内翻5°以上聚乙烯磨损率明显增高,术后过度外翻会明显增加外侧间室软骨磨损并最终导致外侧间室退变加速。除了矢状位以外,膝关节的冠状位力线也是影响微创UKA疗效的重要原因,胫骨假体后倾超过7°就会明显增加术后假体松动率。与TKA相比,UKA术后长期疗效并不令人满意,其翻修率在10%~20%,除了病人的年龄、体重等因素以外,术后股骨和胫骨假体的力线是影响疗效的主要原因。

近年来计算机导航技术的应用革新了微创UKA手术技术,与传统UKA相比,明显提高了术后下肢力线。但是导航技术仅仅给术者提供了视觉帮助,手术操作还是需要术者应用传统工具完成,例如术者还需应用相对不精确的摆据进行截骨,这就使导航技术对于提高微创UKA术后疗效非常有限。最近,一种新型的机器人辅助系统(MAKO Tactile Guidance System,MAKO触觉导向系统,MAKO-TGS)(图24-15)开始应用于微创UKA手术,术前对患者膝关节及下肢进行CT扫描,将相关数据输入计算机,计算机模拟出术中截骨量和假体的大小,截骨不采用摆据,而是应用特制的研磨工具,并将假体“嵌入”到股骨髁和胫骨平台中,这样,术后下肢矢状位力线、膝关节冠状位力线以及植入的假体更接近于患者术前正常状态,对于提高术后疗效非常有帮助。

图示

图24-15 MAK0系统机器人全貌

二、MAKO-TGS系统的主要组成部件

MAKO-TGS系统主要包括三个部分:机器臂、光学照相机和操作计算机。

1.机器臂 机器臂有5°的自由度,通过软件中设置的三维虚拟界限,机器臂的活动范围被限制在手术切口内。光学照相机是一个光学红外线系统,将病人术中相关信息通过红外线感应后输入到操作计算机,并有计算机发出相关指令指导术者操作。

图示

图24-16  MAKO微创UKA术中应用特制的下肢固定支架,有利于术中膝关节伸屈活动

机器臂的末端连接一个高速磨钻钻头,术者通过操纵机器臂在限定的范围内对股骨髁和胫骨平台进行研磨。

2.光学照相机 光学红外线系统就会将术者研磨的相关资料输入到计算机内,计算机就会显示出研磨的范围和深度,当到达术前设计的研磨范围和深度时,机器臂就会停止运动防止过度研磨。术中应用特制的下肢固定支架将患肢固定(图24-16),通过操纵支架来控制膝关节的伸屈活动,使钻头能够到达股骨髁和胫骨平台的任何指定部位。

3.磨钻系统 磨钻的钻速为75 000钻/分钟,有手动开关,机器人系统能够控制钻头的功率和速率。术中使用3种不同规格的钻头:直径6 mm的球状钻头用于快速研磨以及去除股骨后髁骨质;直径2 mm的球状钻头用于修整以及去除角落中的骨质;直径1.2 mm的尖状钻头用于深度研磨股骨髁上的假体植入凹槽。术中研磨是在机器臂的控制下完成的,其研磨深度和范围均可在计算机下显示(图24-17)。

图示

图24-17 高速钻头对股骨髁进行研磨,图中绿色部位为股骨髁研磨范围和深度
(摘自Pearle AD, O'Loughlin PF, Kendoff DO. Robot-Assisted Unicompartmental Knee Arthroplasty J Arthroplasty 2009 in press)

三、术前三维CT扫描数据分析

每个病人常规进行术前三维CT扫描,扫描范围是从髋关节到踝关节,扫描层厚为5 mm,其中膝关节范围扫描厚度为1 mm,将扫描相关资料输入到TGS软件中,股骨远端和胫骨近端并进行三维重建,基于术前CT扫描资料,系统将产生以下参数。

1.膝关节冠状位和矢状位力线。

2.整个下肢力线。

3.肉眼可见的解剖畸形和病变(包括骨组织中囊性变区)。

4.内翻/外翻的股骨假体与内翻的胫骨假体之间的几何力线关系。

5.胫骨假体植入的位置。以上数据一旦被确认并保存后,系统将自动生成需要截骨的位置和范围(图24-18)。

四、手术操作程序

图示

图24-18 术前根据CT三维扫描结果,系统生成的股骨和胫骨截骨范围和相应的假体位置

(摘自Pearle AD, O'Loughlin PF, Kendoff DO. Robot-Assisted Unicompartmental Knee Arthroplasty J Arthroplasty 2009 in press)

1.TGS机器人系统定位 机器人的定位应在患者入手术室之前完成,根据患膝的侧别(左右)和术者是左力手还是右力手确定机器人的位置,并在术前定位光学红外线照相机和感受器的位置,因为机器人系统一旦启动,机器臂就会被锁定并防止任何方向的移位。

2.体位和切口 病人平卧,常规消毒铺巾后,将患肢固定在特制的下肢固定器上(图24-16),启动机器人,术者在限定的三维区域内移动机器人臂以校准并将其放置于截骨中心的位置。然后分别在胫骨和股骨中段安装机器人光学感受系统(图24-19),定位膝关节表面解剖标志,术者在膝关节上施加合适的外翻应力后,做膝关节的屈伸、内外旋及内外翻活动。切口选用髌骨内侧缘切口,一般长6~8 cm,切开后用小的定位针在股骨髁和胫骨平台表面定位,光学照相机将定位资料输入到计算机进行分析并与术前数字化的CT模型进行比较分析,计算机将计算并定位出需要截骨的范围及假体置入的位置。

3.机器人辅助截骨 机器人辅助术者进行股骨髁和胫骨平台在限定的区域和深度内进行研磨截骨,先用直径6 mm的球状钻头进行研磨后,再应用直径2 mm的球状钻头进行表面修整和角落研磨,股骨假体植入凹槽的研磨是应用直径1.2 mm的特制磨钻完成的(图24-20)。

图示

图24-19 胫骨和股骨中段安装机器人红外线光学感受系统

4.计算机导航分析 在研磨截骨过程中,计算机不断发出信号指导术者进行截骨,并在屏幕上出现柱状反馈图形(图24-21),以显示实际截骨和术前计划截骨的差距,该差距一般最大不超过0.4 mm。截骨完成后试模,并进行膝关节伸屈活动,计算机就会模拟出植入假体后,膝关节的实际运动状态以及下肢力线情况。

5.安装假体 术者对假体植入的位置进行确认后,安装骨水泥假体,并做膝关节的各种运动,计算机将会比较术前、试模和假体安装后膝关节的各种运动学分析和下肢力线(如内翻/外翻、内旋/外旋以及胫骨平台后倾等)等资料。

图示

图24-20 术者操控机器臂末端研磨钻头对股骨髁和胫骨平台进行研磨
(摘自Pearle AD, O'Loughlin PF, Kendoff DO. Robot-Assisted Unicompartmental Knee Arthroplasty J Arthroplasty 2009 in press)

图示

图24-21 截骨和试模过程中计算机屏幕显示截骨范围和柱状反馈图形,显示实际截骨和术前计划截骨的差距

图示

图24-22 术前膝关节正侧位片显示内侧间隙明显狭窄

6.关闭切口 冲洗伤口后逐层缝合关闭切口,注意应移除切口区所有定位针和光学感受系统。术前及术后X线片见图24-22、图24-23。

五、术后处理

术后常规预防感染和预防下肢血栓形成治疗,因该手术实现真正意义上的微创,患者骨质去除少,下肢力线符合正常生理状态,因此术后恢复快。术后当日行股四头肌舒缩锻炼,第二日即可扶手杖下床行走,术后2周去除手杖行走,一般术后6周门诊复查时患者术前症状即可完全缓解。

图示

图24-23 术后膝关节正侧位片显示假体位置佳,下肢力线正常

六、 MAKO机器人辅助下的微创膝关节单髁置换术优点

1.术前详尽的患肢CT扫描使患膝运动轨迹和下肢力线均在术前经过计算机分析处理。

2.术中应用磨钻系统进行股骨髁和胫骨平台表面处理,符合个体化的截骨需要,使假体安装更精确。

3.不需要大范围的截骨,最大限度地保留了骨量,有利于日后的全膝关节置换术或膝关节翻修术。

4.假体安装的位置和下肢力线精确率高,更接近于患者正常生理状态。

5.手术能实现真正意义上的微创,患者恢复快,近期效果好。

6.手术技术容易掌握,学习曲线时间短。

当然,该项技术的应用还有很多限制,首先,该系统价格昂贵,需要专人保养、操作,在美国也尚未完全普及,仅在少数较大医院开展。另外,该项技术刚刚起步,患者远期疗效与传统UKA相比有哪些优点还不清楚,需要更长时间的随访。

第五节 展望与期盼

近年来,由于假体设计、适应证选择以及外科手术技术的不断改进和提高,微创单髁膝关节置换术的应用逐步受到骨科医生的重视,因为保留了前交叉韧带,对膝关节运动的影响较少,同时采用微创技术使术后恢复加快,并减少了手术时间和术后并发症,其优良的中远期疗效,使早期内侧间室骨性关节炎的病人得到了及时的治疗,防止或延缓了膝关节骨性关节炎的进展。尤其是机器人辅助下的微创膝关节单髁置换术,实现了真正意义上的微创,下肢力线的恢复更可靠,术后更接近正常生理状态,疗效确切,因此具有更广泛的临床应用前景。

愿单髁置换假体,更加符合病者的膝关节生物力学和运动生理学;机器人辅助系统更加精良、灵巧;治疗水平不断提高,临床应用日臻广泛,以满足老龄化社会的需求,造福于病人!

(刘晓东)

参 考 文 献

[1] McKeever DC. Tibial plateau prosthesis. Clin Orthop, 1960,18:86-95

[2] MacIntosh DL, Hunter GA. The use of the hemiarthroplasty prosthesis for advanced osteoarthritis and rheumatoid arthritis of the knee. J Bone Joint Surg Br, 1972,54:244-255

[3] Gunston FH. Polycentric knee arthroplasty: prosthetic simulation of normal knee movement. J Bone Joint Surg Br, 1971,53:272-277

[4] Skolnick M, Peterson LF, Combs JJ. Polycentric knee arthroplasty. A twoyear follow-up study. J Bone Joint Surg, 1975,57:1033-1038

[5] Marmor L. The modular knee. Clin Orthop, 1973,94:242-248

[6] 李众利.膝关节单髁置换——再度引起关注.实用医药杂志, 2006,23:623-625

[7] Goodfellow J, O Connor J. The mechanics of the knee and prosthesis design. J Bone Joint Surg Br, 1978,60:358-369

[8] Scott RD, Cobb AG,McQueary FG, et al. Unicompartmental knee arthroplasty: eight-to 12-year follow-up evaluation with survivorship analysis. Clin Orthop, 1991, 271:96-100

[9] Bert J. 10-year survivorship of metalbacked, unicompartmental arthroplasty. J Arthroplasty, 1998,13:901-905

[10] Svard UC, Price AJ. Oxford medial unicompartmental knee arthroplasty. A survival analysis of an independent series. J Bone Joint Surg Br, 2001,83:191-194

[11] Gioe TJ, Killeen KK, Hoeffel DP, et al. Analysis of unicompartmental arthroplasty in a community-based implant registry. Clin Orthop, 2003,416:111-119

[12] Berger RA, Meneghini RM, Jacobs JJ, et al. Results of unicompartmental knee arthroplasty at a minimum of ten years of follow-up. J Bone Joint Surg Am, 2005,875:999-1006

[13] Berger RA, Nedeff DD, Barden RM, et al. Unicompartmental knee arthroplasty. Clinical experience at 6- to 10-year followup. Clin Orthop Relat Res, 1999, 367:50-60

[14] 2002 US markets for reconstructive devices 2002. Toronto (Ontario, Canada): Millenium Research Group, 2003

[15] Newman JH, Ackroyd CE , Shah NA. Unicompartmental or total knee replacement? The 5year results of a prospective randomized trial of 102 osteoarthritic knees with unicompartmental arthritis. J Bone Joint Surg Br, 1998,80:862-865

[16] Bert J. Analysis of unicompartmental arthroplasty in a community based registry. Presented at American Academy of Orthopedic Surgeons. Dallas, February, 13, 2002

[17] Lai CH, Rand JA. Revision of failed unicompartmental total knee arthroplasty. Clin Orthop, 1993,287:193-201

[18] Padgett DE, Stern SH, Insall JN. Revision total knee arthroplasty for failed unicompartmental replacement. J Bone Joint Surg Am, 1991,73:186-190

[19] Bert JM. Universal intramedullary instrumentation for unicompartmental knee arthroplasty. Clin Orthop, 1991,271:79-87

[20] Kozinn SC, ScottR: Unicondylar knee arthroplasty. J Bone Joint Surg Am, 1989,71:145-150

[21] Pennington DW, Swienckowski JJ,Lutes WB, Drake GN: Unicompartmental knee arthroplasty in patients sixty years of age or younger. J Bone Joint Surg Am, 2003,85:1968-1973

[22] Tabor OB Jr, Tabor OB, Bernard M,Wan JY: Unicompartmental knee arthroplasty: Long-term success in middle-age and obese patients. J Surg Orthop Adv, 2005,14:59-63

[23] Price AJ, Waite JC, Svard U: Longtermclinical results of the medial Oxford unicompartmental knee arthroplasty.Clin Orthop Relat Res, 2005,435:171-180

[24] Gregory CR Keene, Mark C Forster. Modern unicompartmental knee replacement. Current Orthopaedics, 2005, 19, 428-445

[25] Suggs JF, Li G, Park SE,et al. Function of the anterior cruciate ligament after unicompartmental knee arthroplasty:An in vitro robotic study. J Arthroplasty, 2004,19:224-229

[26] Argenson JN, Komistek RD, Aubaniac JM, et al. In vivo determination of knee kinematics for subjects implanted with a unicompartmental arthroplasty. J Arthroplasty, 2002,17:1049-1054

[27] Christensen NO: Unicompartmental prosthesis for gonarthrosis. A nine year series of 575 knees from a Swedish hospital. Clin Orthop Relat Res, 1991,273: 165-169

[28] Engh GA, Ammeen D: Is an intact anterior cruciate ligament needed in order to have a well-functioning unicondylar knee replacement? Clin Orthop Relat Res, 2004,428:170-173

[29] Goodfellow JW, O'Connor JJ, Dodd CA, et al. Unicompartmental Arthroplasty with the Oxford Knee. New York, NY: Oxford University Press, 2006

[30] Price A, Svard U. 20-year survival and 10-year clinical results of the Oxford medial UKA. In: Proceedings of the American Academy of Orthopedic Surgeons Annual Meeting, March 22–26, 2006: Chicago,Ill.538

[31] Pandit H, Jenkins C, Barker K, et al. The Oxford medial unicompartmental knee replacement using a minimallyinvasive approach. Bone Joint Surg Br, 2006,88:54–60

[32] Hamilton WG, Collier MB, Tarabee E, et al. Incidence and reasons for reoperation after minimally invasive unicompartmental knee arthroplasty. J Arthroplasty, 2006, 216:98-107

[33] Collier MB, Engh Jr CA, McAuley JP, et al. Factors associated with the loss of thickness of polyethylene tibial bearings after knee arthroplasty. J Bone Joint Surg Am, 2007,896:1306-1314

[34] Hernigou P, Deschamps G. Alignment influences wear in the knee after medial unicompartmental arthroplasty. Clin Orthop Relat Res, 2004,423:161-165

[35] Hernigou P, Deschamps G. Posterior slope of the tibial implant and the outcome of unicompartmental knee arthroplasty. J Bone Joint Surg Am, 2004,86:506-511

[36] Eickmann TH, Collier MB, Sukezaki F, et al. Survival of medial unicondylar arthroplasties placed by one surgeon 1984-1998. Clin Orthop Relat Res, 2006, 452:143-149

[37] Mariani EM, Bourne MH, Jackson RT, et al. Early failure of unicompartmental knee arthroplasty. J Arthroplasty, 2007,22:81-86

[38] Jenny JY, Boeri C. Unicompartmental knee prosthesis implantation with a non–image-based navigation system:rationale, technique, case-control comparative study with a conventional instrumented implantation. Knee Surg Sports Traumatol Arthrosc, 2003,11:40-45

[39] Jenny JY, Ciobanu E, Boeri C. The rationale for navigated minimally invasive unicompartmental knee replacement. Clin Orthop Relat Res, 2007,463:58-62

[40] Pearle AD, O'Loughlin PF, Kendoff DO. Robot-Assisted Unicompartmental Knee Arthroplasty J Arthroplasty 2009 in press