股内侧肌入路计算机辅助设计全膝关节置换与传统方案的对比

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2016.22.002

中国组织工程研究

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股内侧肌入路计算机辅助设计全膝关节置换与传统方案的对比

刘鹏¹，刘平平²

¹衡水市人民医院)骨一科，河北省衡水市 053000；²河北医科大学附属第二医院骨科，河北省石家庄市 050000

修回日期:2016-04-09 出版日期:2016-05-27 发布日期:2016-05-27
通讯作者: 刘鹏，医师，衡水市哈励逊国际和平医院(衡水市人民医院)骨一科，河北省衡水市 053000
作者简介:刘鹏，男，1983年生，河北省衡水市人，汉族，2008年佳木斯大学毕业，医师，主要从事四肢骨折复杂创伤方面的研究。
基金资助:
河北医科大学科研基金资助项目(20123011)

A comparison of computer-assisted total knee arthroplasty through vastus medialis approach and conventional arthroplasty

Liu Peng¹, Liu Ping-ping²

¹First Department of Orthopedics, Hengshui Halison International Peace Hospital (Hengshui People’s Hospital), Hengshui 053000, Hebei Province, China;²Department of Orthopedics, Second Affiliated Hospital of Hebei Medical University, Shijiazhuang 050000, Hebei Province, China

Revised:2016-04-09 Online:2016-05-27 Published:2016-05-27
Contact: Liu Peng, Physician, First Department of Orthopedics, Hengshui Halison International Peace Hospital (Hengshui People’s Hospital), Hengshui 053000, Hebei Province, China
About author:Liu Peng, Physician, First Department of Orthopedics, Hengshui Halison International Peace Hospital (Hengshui People’s Hospital), Hengshui 053000, Hebei Province, China
Supported by:
the Scientific Research Foundation of Hebei Medical University, No. 20123011

摘要/Abstract

摘要：

文章快速阅读：

文题释义：

股内侧肌入路：以往全膝关节置换以内侧髌旁入路为主，创伤大、恢复慢，而经股内侧肌下入路更符合正常解剖，能完整保留伸膝装置。股内侧肌中间入路被许多专家看好，因为这一入路对股四头肌内侧结构破坏较少，在后期功能恢复中占有优势，并且对于施术部位的破坏较少，容易恢复膝关节的本体感觉。

膝关节置换计算机辅助设计：通过使用计算机辅助技术，可以针对不同患者的实际情况结合具体的数据信息进行个性化手术设计等，以更好的提高手术的准确性和安全性等。通过计算机辅助设计，可以让医生在膝关节置换前，充分了解患者关节生物力学的改变，有利于医生在术中根据术前设计调整截骨位置，有效地恢复正常的关节生物力学特性，同时，在X射线片标明放大率的情况下，可以还原到所需的放大率，利用数据库假体模板，精确测量所选假体大小，缩短手术时间，降低并发症的发生率。

摘要

背景：临床对膝关节原发性骨关节炎患者进行治疗时，人工全膝关节置换是一种常用的修复方案，但传统术式存在一定的不足之处，可能会导致假体早期失败的出现。

目的：在人工全膝关节置换过程中选择股内侧肌入路，并使用计算机辅助设计，探讨与传统全膝关节置换的不同之处。

方法：纳入膝关节原发性骨关节炎患者79例，按照随机数字表法分为对照组(41例)和观察组(38例)，分别给予传统全膝关节置换和股内侧肌入路计算机辅助设计人工全膝关节置换治疗。对比2组的手术切口、手术时间、总出血量和引流量；置换后随访12个月，评估2组患者的美国特种外科医院膝关节评分，记录并发症发生情况，并进行比较。

结果与结论：①观察组的手术切口显著小于对照组，手术时间显著短于对照组，总出血量和引流量均显著少于对照组(P均< 0.05)；②2组患者均接受12个月的随访，末次随访观察组患者的膝关节功能各项指标得分以及总分均显著高于对照组，差异均有显著性意义(P均< 0.05)；③经随访观察组患者均未出现置换后感染、人工假体松动以及骨折等不良事件。对照组有4例出现假体松动，1例出现切口感染，均经积极处理后明显好转，未出现严重并发症。观察组的并发症发生率显著低于对照组(P < 0.05)；④结果表明，较之传统术式，在人工全膝关节置换过程中选择股内侧肌入路，并使用计算机辅助设计可以模拟膝关节置换过程，预先设定截骨方位，提高手术精度和成功率，对患者的创伤更小，从而有效改善膝关节功能，降低置换后并发症发生率。

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

ORCID: 0000-0001-7434-1017(刘鹏)

关键词: 骨科植入物, 人工假体, 膝关节, 骨关节炎, 人工全膝关节置换, 手术入路, 股内侧肌, 计算机辅助设计

Abstract:

BACKGROUND: In the treatment of primary knee osteoarthritis, total knee arthroplasty is a common treatment, but there are some shortcomings in the traditional operation, which may lead to early failure of the prosthesis.

OBJECTIVE: To explore the difference of computer-assisted total knee arthroplasty by vastus medialis approach from the traditional total knee arthroplasty.

METHODS: A total of 79 patients with primary knee osteoarthritis were randomly divided into control group (41 cases) and observation group (38 cases), which underwent conventional total knee arthroplasty and computer-assisted total knee arthroplasty by vastus medialis approach. Surgical incision, operation time, total blood loss and drainage volume were recorded and compared in both groups. In 12 months of follow-up, Hospital for Special Surgery knee score was evaluated, and the complications were recorded and compared between the two groups.

RESULTS AND CONCLUSION: (1) Operative incision was significantly less in the observation group than in the control group. Operation time was significantly shorter in the observation group than in the control group. Total blood loss and drainage volume were significantly less in the observation group than in the control group (all P < 0.05). (2) Patients in both groups were followed up for 12 months. Index score and total score of knee function were significantly higher in the observation group than in the control group (all P < 0.05). (3) No adverse events such as infection, prosthesis loosening or fracture appeared in the observation group. In the control group, four cases affected prosthesis loosening. One case suffered from wound infection. Above events were improved obviously after active treatment. No serious complications occurred. The incidence of complications was significantly lower in the observation group than in the control group (P < 0.05). (4) The results show that, compared with the traditional operation, the choice of the femoral medial approach and the use of computer aided design technology can simulate the knee replacement process, set the cutting position, improve the accuracy and success rate of surgery, have less trauma, and effectively improve knee function, and reduce the incidence of postoperative complications.

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, Osteoarthritis, Computer-Aided Design, Tissue Engineering

中图分类号:

R318

刘鹏，刘平平. 股内侧肌入路计算机辅助设计全膝关节置换与传统方案的对比[J]. 中国组织工程研究, doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2016.22.002.

Liu Peng, Liu Ping-ping. A comparison of computer-assisted total knee arthroplasty through vastus medialis approach and conventional arthroplasty[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, doi: 10.3969/j.issn.2095-4344.2016.22.002.

图/表（结果） 2

2.1 参与者数量分析 按意向性处理，纳入膝关节原发性骨关节炎患者79例，随机分为2组，对照组41例，观察组38例。全膝关节置换后随访12个月，所有患者均顺利完成随访，随访率为100%，并全部进入最终的结果分析。试验流程见图1。

2.2 基线资料比较 对2组患者的基线资料进行统计学比较，差异均无显著性意义(P均> 0.05)，具有可比性，具体结果见表1。

2.3 两组患者手术相关指标比较 观察组的手术切口显著小于对照组，手术时间显著短于对照组，总出血量和引流量均显著少于对照组(P均< 0.05)，具体结果见表2。

2.4 两组患者末次随访膝关节功能评分比较 2组患者均接受12个月的随访，经末次随访，分别对入组患者进行膝关节功能HSS评分评定，可得经人工全膝关节置换之后，至末次随访观察组患者的膝关节功能各项指标得分以及总分均显著高于对照组，经比较差异均有显著性意义(P均< 0.05)，具体结果如表3所示。

2.5 两种患者置换后并发症发生情况比较 经随访，观察组患者均未出现置换后感染和人工假体松动以及骨折等不良事件。对照组有4例出现假体松动，1例出现切口感染，均经积极处理后明显好转，未出现严重并发症。观察组的并发症发生率显著低于对照组(P < 0.05)。

2.6 典型病例 女性患者，45岁，右膝反复肿痛、活动受限入院。临床查体右膝内翻畸形，诊断为右膝骨关节炎(图2A)，属于人工全膝关节置换适应证。征得患者及其家属知情同意之后，实施计算机辅助设计人工全膝关节置换治疗。置换前进行三维膝关节重建(图2B)，计算机辅助测量并进行设计(图2C)，3D打印导板及患侧膝关节模型，术中进行准确的假体置入，分离软组织少(图2D)。置换后随访12个月，固定好且不变形，定位准确。膝关节功能显著改善，且未出现术后感染和人工假体松动以及骨折等不良事件。

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引言

材料方法

1.1 设计 随机对照试验。

1.2 时间及地点 于2014年10月至2015年10月在河北医科大学附属第二医院完成。

1.3 材料 文中使用的关节假体均由强生(上海)医疗器材有限公司提供，产品包括新轴心式与铰链式膝关节假体。新轴心式膝关节假体中股骨髁、胫骨平台托、股骨髓针、胫骨髓针、加强套、截骨段、调整垫1、三通及中轴材料为Ti6Al4V钛合金，胫骨平台垫、乙烯套、衬套、调整垫2、三通垫及中轴垫材料为超高分子量聚乙烯；铰链式膝关节中股骨髁、股骨髓针、胫骨部件、加强套、截骨段、紧固螺钉及中轴材料为Ti6Al4V钛合金，调整垫2及中轴垫材料为超高分子量聚乙烯。Ti6Al4V钛合金关节面经阳极氧化处理。产品经测试，无细胞毒性和血液毒性，且具有良好的生物相容性。

1.4 对象 纳入膝关节原发性骨关节炎患者79例，男45例，女34例，年龄44-75岁，平均(56.21±12.15 )岁。患侧统计：左侧29例，右侧50例。

纳入标准：①符合膝关节原发性骨关节炎诊断标准。②对手术相关情况知情且签署同意书，自愿受试。③膝关节未出现严重的内、外翻以及屈曲畸形者。④膝关节不存在严重骨缺损者。

排除标准：①同时参加其他临床研究者。②身体一般情况差，有重大内科疾病或脏器功能衰竭无法耐受手术治疗者。

按照随机数字表法分为2组，对照组41例给予传统全膝关节置换治疗，观察组38例给予股内侧肌入路计算机辅助设计人工全膝关节置换治疗。2组患者的一般资料进行统计学分析，P均> 0.05，具有可比性。

1.5 方法

1.5.1 置换前准备置换前对2组患者均实施常规术前检查，并进行麻醉。

1.5.2 分组治疗

对照组方法：对照组实施传统标准全膝关节置换，于患者膝前正中偏外做侧切口，显露膝关节前方及股直肌腱，对内外侧软组织继续松解，并予以股骨远端、髁前、后方及前后斜面截骨。根据不同患者的实际情况，安放人工膝关节的假体试模，胫骨侧填充骨水泥。

观察组方法：观察组实施股内侧肌入路计算机辅助设计人工全膝关节置换。具体步骤：①对患者进行CT扫描，获得数据信息，并导入医学图像处理软件Mimics 10.0，构建下肢骨关节三维模型，将模型信息导入逆向工程软件Imageware 12.0中进行处理。构建下肢测量基准线和基平面。以该平面为横截面，对不同患者相关解剖参数进行测量。②利用逆向工程软件Imageware 12.0软件，对不同患者的截骨参数和力线资料等予以确定，设计出详细的截骨方案。③结合截骨方案，获得点云数据，设计出针对性的截骨模板，并获得实物原型，予以环氧乙烷消毒，妥善保存备用。④对置换过程和效果进行计算机模拟，分析术中截骨和假体置入等操作的具体情况。分析置换过程中可能出现的问题等，并予以改善。⑤实施具体的置换操作，对患者进行常规麻醉。经股内侧肌入路，按照计算机辅助设计的置换方案完成截骨和假体安放等操作。

1.5.3 置换后处理置换结束对患者的关节腔予以彻底冲洗和止血处理，常规引流并进行加压包扎。术后对患者予以常规抗感染和引流等，并结合不同患者的情况指导其进行早期功能锻炼。

1.6 主要观察指标 ①对比2组的手术切口、手术时间、总出血量和引流量。②置换后随访12个月，评估2组患者的美国特种外科医院膝关节评分(hospital for special surgery knee score，HSS)，记录感染、人工假体松动以及骨折等并发症发生情况，并进行比较。膝关节功能HSS评分满分为100分，其中疼痛30分、功能22分、活动范围18分、肌力10分、屈曲畸形10分、关节稳定性10分。扣分项目内容涉及是否需要助步器，内外翻畸形及伸直不全等，优≥85分，良70-84分，中60-69分，差≤59分。

1.7 统计学分析 对研究过程中获得的数据进行收集和统计学处理，利用SPSS 19.0软件完成数据处理。计量资料均予以x(_)±s表示，并予以t 检验，总有效率等计数资料均予以χ²检验，并利用率(%)进行表示。计算P 值，P < 0.05为差异有显著性意义。

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

讨论

膝关节是全身发病率最高的关节之一，关节或关节附近的创伤有时会诱发骨性关节炎^[7]。且膝关节较易老化，随着年龄的不断增长，老化后的膝关节往往容易发生骨关节炎，随之而发生关节及周围韧带松弛失稳，关节滑膜萎缩或增生，分泌的滑液减少或增加，引起关节肿胀、疼痛、活动受限等^[8]。

临床对膝关节骨关节炎患者进行治疗的过程中，人工全膝关节置换治疗是一种重要的方法^[9]。近年来，随着手术技术的提高、围手术期康复的重视，以及镇痛、止血、抗凝等药物的合理应用，膝关节置换已由过去传统观念中的“大手术”变为目前“创伤小、出血少、疼痛轻、恢复快”的常规手术，可以有效解决患者关节疼痛、功能障碍、跛行等症状，使患者很快投入到正常的生活和工作中^[10-13]。具体的过程中，需要严格掌握相应的手术适应证。置换前要对患者进行全面的检查和评估，了解患者的关节功能和影像学特征等。并保证患者能够积极配合医生治疗，有良好的依从性，才适宜进行人工关节置换。传统人工膝关节置换是通过机械式髓内/外定位导向装置进行截骨，髓外定位往往是医生凭肉眼和手感辅以X射线透视来判断假体置位及韧带平衡情况，凭借的是医生丰富的手术经验^[14-16]。手术的精确度决定着患者的预后质量，也成为置换成功与否的关键因素。

随着临床医学影像学和各种计算机技术的不断发展，临床开始积极的将计算机辅助设计技术应用于膝关节置换之中^[17-20]。通过使用计算机辅助技术，可以针对不同患者的实际情况结合具体的数据信息进行个性化设计等，以更好的提高手术的准确性和安全性等^[21]。本次研究过程中，在对观察组患者进行治疗的时候，即选择使用计算机辅助技术。通过对患侧进行进行CT检查，收集患者自身关节数据，传输至计算机。然后设计出符合不同患者自身实际情况的个性化截骨方案，制作膝关节截骨模具，并测量膝关节假体的大小，以提高手术的精确性等^[22]。文章结果显示，观察组的手术切口显著小于对照组，手术时间显著短于对照组，总出血量和引流量均显著少于对照组(P均< 0.05)。经随访，观察组入组患者中，均未出现置换后感染和人工假体松动以及骨折等不良事件，并发症发生率显著低于对照组(P < 0.05)。上述结果表明，通过使用计算机辅助技术，更好的对整个置换过程进行把握，提高了手术的准确性，从而有效缩短手术时间。置换前通过使用计算机辅助设计技术，对全膝关节置换的不同流程和关键步骤等进行模拟，观察置换效果，及时发现不足之处，分析可能需要面对的困难以及出现的问题等。从而为真正的置换操作奠定良好的基础，有效缩短真正手术的时间，并避免各种不足之处的出现，减少置换后并发症的发生^[23-24]。全膝关节置换术中分离软组织更少，出血少，创伤小，并有效减少置换后感染以及假体松动等的出现，促进患者的置换后恢复^[25-27]。另外，研究过程中经末次随访，分别对入组患者进行膝关节功能HSS评分，可得经人工关节置换治疗之后，至末次随访观察组患者的膝关节功能各项指标得分以及总分均显著高于对照组，结果表明，较之传统术式，在人工全膝关节置换过程中选择股内侧肌入路，并使用计算机辅助设计技术可以更好的改善患者的膝关节功能，有利于提高预后效果。对于膝关节而言，维持良好的平衡状态需要保证下肢的力线。在进行膝人工关节置换治疗的时候，成功关键在于对软组织的科学处理^[28-31]。而软组织的平衡与切骨之间存在十分密切的联系，因此，术中要需要兼顾间隙。要注意对患者的膝关节稳定结构予以尽可能的保留，以实现软组织的良好平衡，实现膝关节正常力线的有效恢复^[32]。通过使用计算机辅助技术，很好的考虑到平衡问题，通过三维模型对解剖情况予以很好的掌握，从而达到理想的正畸效果^[33-35]。另外，还要注意选择合适的关节假体。关节置换后，患者在进行伸、屈膝的时候，较之垫片，股骨假体组件仍为滚动和滑动相结合的模式。这一模式模仿人体正常的生理状态，但假体的设计弧度会对具体的运动效果产生较大的影响^[34-36]。且受到手术创伤等因素的影响，术后可能会出现出血和疼痛等，在多种因素的影响下，关节后方空间十分紧张，很有可能会对患者术后正常的伸膝功能产生一定的影响^[37]。膝关节置换需要进行关节成形和功能重建，术中要尽量按照假体的实际设计情况予以截骨，对于未被假体包容的后髁骨质，尽量予以去除，以保证其弧度和股骨组件后髁部位良好吻合，以免对患者术后的膝关节活动产生影响^[38-39]。使用计算机辅助技术，考虑到上述多方面的问题，设计针对不同患者的个性化截骨方案，并进行科协的假体选择等。使膝关节置换更精确，从而获得理想的置换效果，有效促进患者的术后膝关节功能的恢复^[40]。

综上所述，股内侧肌入路计算机辅助设计人工全膝关节置换修复膝关节骨关节炎患者的过程中，通过高分辨率CT扫描并三维重建获得患者个体化三维骨骼模型——“截骨模板”，然后通过计算机模拟膝关节表面置换过程，预先设定截骨方位，可极大地改善通用器械对复杂病例的处理局限，提高手术精度和成功率。从而可以获得良好的效果，缩短手术时间，而且手术精度高，创伤小，出血少，置换后患者恢复快。有效克服了患者骨骼畸形行常规膝关节置换会出现力线不准、截骨不精准、软组织不易平衡等缺点，并显著改善患者的膝关节功能，具有微创、安全等特点，值得临床推广应用。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

股内侧肌入路计算机辅助设计全膝关节置换与传统方案的对比

A comparison of computer-assisted total knee arthroplasty through vastus medialis approach and conventional arthroplasty

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