不同类型膝关节后稳定型假体髁间截骨量的对比

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2015.39.001

中国组织工程研究 ›› 2015, Vol. 19 ›› Issue (39): 6233-6239.doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2015.39.001

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不同类型膝关节后稳定型假体髁间截骨量的对比

翁健豪^1，2，许杰¹，朱琪琪^1，2，薛瑞琪^1，2，李登¹，蔡志清¹，黄玉麟¹，马若凡¹

1中山大学孙逸仙纪念医院关节外科，广东省广州市 510120； 2中山大学临床医疗8年制2013级，广东省广州市 510275

出版日期:2015-09-24 发布日期:2015-09-24
通讯作者: 许杰，博士，副教授，副主任医师，中山大学孙逸仙纪念医院关节外科，广东省广州市 510120
作者简介:翁健豪，男，1995年生，广东省汕头市人，汉族，中山大学临床医疗8年制硕博连读生，主要从事骨与关节疾病的诊治。
基金资助:
广东省科技计划项目(2014A020215009)

Posterior stabilized knee prosthesis of different types: comparison of intercondylar osteotomy amount

Weng Jian-hao^{1, 2}, Xu Jie¹, Zhu Qi-qi^{1, 2}, Xue Rui-qi^{1, 2}, Li Deng¹, Cai Zhi-qing¹, Huang Yu-lin¹, Ma Ruo-fan¹

1Department of Joint Surgery, Sun Yat-sen Memorial Hospital, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510120, Guangdong Province, China; 2Grade of 2013, 8-year Program of Clinical Medicine, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, Guangdong Province, China

Online:2015-09-24 Published:2015-09-24
Contact: Xu Jie, M.D., Associate professor, Associate chief physician, Department of Joint Surgery, Sun Yat-sen Memorial Hospital, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510120, Guangdong Province, China
About author:Weng Jian-hao, Studying for a master’s degree and a doctor’s degree within a single academic program, Department of Joint Surgery, Sun Yat-sen Memorial Hospital, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510120, Guangdong Province, China; Grade of 2013, 8-year Program of Clinical Medicine, Sun Yat-sen University, Guangzhou 510275, Guangdong Province, China
Supported by:
the Science and Technology Plan Program of Guangdong Province, No. 2014A020215009

摘要/Abstract

摘要：

背景：后稳定型膝关节假体股骨侧需要额外的髁间截骨来容纳胫骨柱和股骨窝结构，髁间窝两侧与股骨体相连处应力集中是骨折好发部位。不同品牌假体不同型号间截骨量的差异并没有具体数据，不便于临床医生在选择假体时参考。
目的：比较临床上常用的后稳定型膝关节假体(进口、国产的6个品牌)髁间截骨数据的不同，为临床假体选择和应用提供依据。
方法：选择目前国内常用的(进口、国产的6个品牌)后稳定型人工膝关节假体，包括Zimmer NexGen LPS、Stryker Scrorpio NRG Knee-Flexed、Depuy PFC Sigma、Smith&nephew Genesis-2 PS、United-U1及威高GKPS。根据截骨模板确定截骨面包括股骨髁前截面、后截部、股骨髁远端截面、后斜截面；对应股骨假体径线包括髁内外径宽、髁前后径宽、股骨髁间窝截骨宽度及深度，对上述数据进行对比测量。
结果与结论：6种膝关节股骨髁假体的前后径/内外径、髁间窝截骨量及形态均存在差异，国外品牌股骨远端前后截骨面间径线较短，对后髁的截骨程度较大。随着应用假体尺寸的增大，所用品牌髁间截骨宽度所致骨量丢失比例均呈下降趋势，无论是小尺寸假体还是大尺寸假体，Stryker Scrorpio NRG Knee-Flexed假体髁间截骨宽度均较小。 6个品牌的膝关节假体截骨尺寸有所不同，以上结果并不足以评价不同假体之间的优劣，但就保留髁间骨储量而言，髁间截骨量少的设计较具优势。

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

关键词: 骨科植入物, 人工假体, 膝关节, 全膝关节置换, 假体尺寸, 截骨

Abstract:

BACKGROUND: Posterior stabilized femoral knee prosthesis needs additional condyle osteotomy to accommodate the tibial post and femur fossa structures. Intercondylar fossa on both sides connected at the femoral body with concentrated stress is a place easily affecting fractures. Differences in bone mass between different models of different brands did not have specific data, which was not convenient to select prosthesis for clinicians.
OBJECTIVE: To compare the difference of intercondylar osteotomy data among clinical commonly used
posterior stabilized knee prostheses (six imported and domestic brands), and to provide basis for the selection and application of the prostheses.
METHODS: The current commonly used posterior stabilized knee prostheses (six imported and domestic brands) were used, including Zimmer NexGen LPS, Stryker Scrorpio NRG Knee-Flexed, Depuy PFC Sigma, Smith & nephew Genesis-2 PS, United-U1 and Wego GKPS. According to the osteotomy template, the osteotomy-surfaces consisting of femoral condyle starting section and cross section, distal section of femoral condyle, and back-oblique section were identified. The corresponding femoral prosthesis diameter lines included condylar ambilateral and anteroposterior diameters, width and depth of femoral intercondylar fossa. The above data were compared and measured.
RESULTS AND CONCLUSION: The six kinds of knee femoral prostheses were different in ratio of ambilateral diameter and anteroposterior diameter, bone resection of intercondylar fossa, and geometry. Imported prostheses carry shorter diameters in femoral starting and cross sections, so it can catch more posterior condylar osteotomy. With increasing prosthesis sizes, the ratio of bone loss causing by width of intercondylar osteotomy is decreased among six brands. In all sizes, Stryker Scrorpio NRG Knee-Flexed catches shorter width of intercondylar osteotomy. Knee prosthesis osteotomy among six brands is different. The result of this study is not sufficient to evaluate the pros and cons between different prostheses, but as reserving bone is concerned, the design of less intercondylar osteoomy catches more advantages.

中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节；骨植入物；脊柱；骨折；内固定；数字化骨科；组织工程

Key words: Arthroplasty, Replacement, Knee, Knee Prosthesis, Prosthesis Implantation, Osteotomy

中图分类号:

R318

翁健豪，许杰，朱琪琪，薛瑞琪，李登，蔡志清，黄玉麟，马若凡. 不同类型膝关节后稳定型假体髁间截骨量的对比[J]. 中国组织工程研究, 2015, 19(39): 6233-6239.

Weng Jian-hao, Xu Jie, Zhu Qi-qi, Xue Rui-qi, Li Deng, Cai Zhi-qing, Huang Yu-lin, Ma Ruo-fan . Posterior stabilized knee prosthesis of different types: comparison of intercondylar osteotomy amount[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2015, 19(39): 6233-6239.

图/表（结果） 3

2.1 股骨髁假体尺寸分析对不同观察指标进行统计，得出不同品牌假体不同大小尺寸截骨后股骨远端截骨面测量参数值范围(见图2)。

由图2A、B可见，不同品牌间假体随着型号的增大，假体内外径宽度及截骨后前后径长度均逐级增大，本研究中所选取的常用型号测量，其两径线的大小范围分别为54.90-76.40 mm及30.52-50.70 mm。不同品牌假体不同型号间两径线的比值详见表1，可见国外品牌者比值偏大，台湾United-U1及国内威高GKPS假体比值偏小，显示若采用假体内外径宽度一致的型号置入，国外品牌对后髁的截骨量要大，使得股骨远端前后截骨面间径线较短。
而对髁间截骨程度的对比观察，由图2C、D可见，髁间截骨宽度台湾United-U1最大，且髁间截骨宽度及深度均恒定，不随股骨侧假体大小尺寸的变化而改变；Smith & nephew Genesis-2 PS假体在髁间截骨宽度方面在不同尺寸假体间也较为一致，而深度则随尺寸的增大而增大。余其他观察的品牌则随假体尺寸的增大，髁间截骨宽度及深度呈递进趋势。以髁间截骨宽度与假体内外径的比值来间接反映股骨远端冠状面上髁间截骨量的相对程度，由图3A所示，随着股骨远端径线的增大(应用假体尺寸增大)，对所测量的所用品牌，髁间截骨宽度所致骨量丢失比例成下降趋势；其次，无论是小尺寸假体还是大尺寸假体，Stryker Scrorpio NRG Knee-Flexed者髁间截骨宽度均较小。
对髁间截骨形态的观察，由髁间截骨宽/深度的比值可见(表1)，均为扁矩形，相对而言，Zimmer NexGen LPS假体髁间截骨深度较大(图3B)，使截骨后冠状面上髁间窝形态近似正方形。

2.2 髁间截骨方法比较对6种不同品牌关节髁间截骨方式进行比较，可分为两类，一类沿模板参照面直接切割，包括Zimmer NexGen LPS、Depuy PFC Sigma、威高 GKPS。如图4所示，以股骨远端截骨面为观察面，髁间两侧截骨面均平行股骨机械轴，往复锯切骨深度，Zimmer NexGen LPS者髁前方稍浅、髁后方略深，与Depuy PFC Sigma、威高 GKPS前后髁截骨深度一致有所区别。配合此切骨深度，Zimmer NexGen LPS横行切骨从前下方延伸到后上方(见图4中线B、B’)，以此保留髁间前方部分骨质。Depuy PFC Sigma、威高 GKPS者横行切骨于矢状面上水平贯通前后髁(见图4中线D)，髁间前方部分骨质未被保留。
另一类髁间截骨采用刨削、打压方式，包括Stryker Scrorpio NRG Knee-Flexed、Smith & nephew Genesis-2 PS及United-U1。如图5所示，垂直于远端截骨面，Stryker Scrorpio NRG器械采用模板限位，沿滑槽先行髁间截骨边缘开槽后打压松质骨完成髁间成形；Smith & nephew Genesis-2 PS及United-U1在限位器引导下，先用磨钻逐步刨削骨质，后通过打压完成髁间窝成形。此类截骨避免往复锯的直接切割，较易把控，减少对膝关节后方软组织损伤可能。

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引言

材料方法

讨论

根据股骨髁假体的分析结果，可以发现不同品牌假体的股骨髁内外径不一致，股骨髁前后径与内外径比值有明显差异。临床中，病例个体间的股骨髁前后径/内外径不尽相同。已有研究显示女性股骨远端相比于男性，当其前后径相同时，横径更小。当选择前后径匹配的股骨假体时，女性患者将会“假体过大”，假体悬出内外侧髁骨面，影响软组织平衡；当选择横径合适的假体时, 假体前后径不足, 即“假体过小”, 必须对股骨前方或后髁过量截骨。过量截骨无疑对髁间截骨的进行增加难度，使髁间截骨后，髁部与骨干相连处的骨桥更细小、应力更集中，该处骨折发生风险随之增加，尤其对于骨质疏松患者更易发生术后髁部或干骺部骨折^[23-27]。
相关研究较早已通过对比研究分析髁间骨折的发生^[28]，其中包括898例全膝关节置换的一组，采用截骨量多，型号单一的初期后稳定假体，出现40例术中股骨髁间骨折，其中无移位骨折35例，有移位5例，发生率约为4.5%；对照共532例，采用后期截骨量少的假体，型号范围增加便于术中精确选择适宜假体，仅有1例无移位骨折，两组骨折发生率差异有显著性意义。鉴于上述情况，本研究统计了市面上常用的几种假体的型号尺寸，以便于术者针对患者的个体化解剖特点选择假体品牌，有利于骨量的保留，最大限度的防止骨折发生。
对于人工膝关节置换围手术期假体周围骨折的发生，一直备受国内外临床机构所关注。骨折最常发生在股骨，发生率为0.3%-2.5%^[29]，Kolb等^[30]研究发现，翻修术后的患者的发生率为2%-4%。骨折的危险因素包括患者自身体质因素、手术操作、假体设计、术后运动及骨量丢失等方面。长时间使用激素、骨质疏松、类风湿性关节炎、高龄、女性和神经性疾病影响骨质等术前因素无疑增加了围手术期骨折发生的风险。往往在术中截骨或安放假体时出现骨折而需要进行内固定^[31]。术后患者由于切口疼痛等原因活动量较少，也会导致失用性骨质疏松。当局部运动功能受限时，骨吸收与骨形成的平衡被破坏，骨量丢失短期内迅速增加，如果固定时间过长，可导致骨质疏松或加重原有骨质疏松。研究显示，固定17周后骨密度显著降低，其中全身降低1.4%、腰椎降低3.9%、股骨降低3.6%-4.6%、胫骨降低2.2%、跟骨降低10.4%，经6个月行走后，仅跟骨骨密度得以恢复^[32]。另外，假体置入后力学屏蔽效应对假体周围骨质正常代谢的影响，使术后假体周围骨质丢失非常严重。多项研究对病例进行长期随访观察[32]，发现关节置换后8年内骨密度丢失率为36.4%。且松质骨与皮质骨的骨丢失率并不相同，2年后松质骨丢失率为12.6%，皮质骨丢失率为3.6%。可见，膝关节置换后骨质丢失是一个普遍现象。术中因素包括手术操作，假体设计等，在骨折发生中占重要地位。除股骨侧假体和股骨皮质的弹性模量不同导致此部位应力分布不均、易造成周围股骨的骨质质量下降外，关节假体置放不佳致力线不良也会导致应力过度集中。更为重要的是，术中对股骨皮质及股骨髁的过度损伤。髁间开槽过程中开槽太宽或太靠近内侧或外侧均会削弱了相应侧的股骨髁。有鉴于此，有学者建议，对于各种原因所致严重骨质疏松性膝关节疾病或有高危骨折风险者，为规避骨折的风险而选择无需进行髁间截骨的假体类型[33]。在一项针对国人膝关节置换的关注点调查中，假体周围骨折为关注的重点之一^[34]，综合而言，髁间截骨的进行不是左右骨折发生的单一因素，但结合上述各方面因素的叠加，髁间截骨的进行对局部骨质的削弱不可小觑，这在国内外不同临床机构围手术期骨折病例报道的特点中可见一斑^[35-39]。
除上述假体前后径及内外径数据观察外，作者更着眼于髁间窝截骨量及形态比对。髁间窝截骨宽度增加则截骨量随之增加，而且两髁与骨干的桥接部骨质减少导致骨折风险的增加，但髁间窝宽度的增大意味胫骨柱增宽，好处是增加侧方稳定性，这在髁限制型假体设计上有所体现；反之，宽度减少虽然截骨量减小，但胫骨柱窄抗磨损能力下降，而且过窄的话，假体的旋转稳定性下降，造成屈膝不稳定，Gebhard等^[40]报道后稳定假体术后在屈曲内外翻应力下出现完全脱位，脱位的原因除侧副韧带松弛外，也与假体本身设计——没有侧向稳定性有关。
胫骨柱的高度过高则髁间截骨量增加，两髁桥接部易于骨折，但好处是侧方稳定性好，过低则易于出现不稳定和脱位。在本研究中，对于髁内外径一致的假体型号，Zimmer NexGen LPS假体其髁间截骨深度最大，相应的胫骨柱也较高，由此推断其侧方稳定性较好。
在确保临床效果的前提下尽可能保留骨质，是膝关节置换的原则之一。采用后稳定假体置换，股骨侧假体翻修最大的困难就是骨质缺损，不仅额外的髁间截骨量造成骨质丢失，而且翻修时股骨假体取出，常常因骨水泥带出一部分骨质，甚至可以造成整个髁的骨折；即便骨水泥和假体均可完整取出，也常常因为关节腔内置入抗生素骨水泥填充物造成骨质进一步丢失^[41]。本研究的另一临床意义在于，通过对不同后稳定假体髁间截骨进行比较，为假体选择提供依据：本研究中所对比的不同品牌假体，髁间截骨宽度较小的假体为Stryker Scrorpio NRG Knee-Flexed，考虑到翻修的可能则选择有所偏向。截骨量小的另一个优点在于便于术中假体位置调整和型号更换：若术中髌骨轨迹差，外侧松解仅提供一定限度的补救，或术中操作失误使假体偏内，此时均需要假体外移改善髌骨轨迹，可于髁间窝外侧少量截骨外移假体，但若应用的是髁间截骨宽度大的假体，外侧髁骨折的风险则陡然增加。
对于骨科医生来说实施关节置换必须依赖于假体制造商所提供的恰当尺寸，对于人工膝关节置换中截骨后的尺寸测量结果在以往的国内外文献缺乏相关报道。中国人乃至亚洲各民族有相当一部分人口较西方人矮小，由于不同民族之间有较大的差异，对临床上使用的假体进行数据比对，无疑为临床假体选择和应用提供依据。本研究仅就假体及截骨参数进行比对，并无生物力学方面的评估，并不能据此而对不同品牌假体间截骨形态设计差异的优劣进行评价。

不同类型膝关节后稳定型假体髁间截骨量的对比

Posterior stabilized knee prosthesis of different types: comparison of intercondylar osteotomy amount

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