内翻膝全膝关节置换过程中两种胫骨假体旋转定位方式的比较

doi:10.12307/2023.274

摘要/Abstract

摘要：

文题释义：
全膝关节置换：是终末期膝骨关节炎的最终治疗手段。通过切除病变的关节面和重建软组织平衡，并用人工材料代替原本关节面，从而纠正下肢力线，缓解疼痛，恢复膝关节功能。
胫骨假体旋转定位：通过特定的方式，达到胫骨假体的准确安放。胫骨假体旋转定位不良是导致手术预后不佳的常见因素之一。目前常用的胫骨假体旋转定位方式有：以Akagi线为代表的髓外定位技术、髓内定位技术、ROM技术、计算机导航技术、3D打印个性化截骨技术。目前关于最佳的定位方式尚无定论。

背景：Akagi线和试模复位技术(ROM)是全膝关节置换术中进行胫骨假体旋转定位的常用方法，但对此两种定位方法之间的差异性大小及来源仍缺乏相关研究。
目的：比较内翻膝全膝关节置换术中Akagi线和ROM技术定位的差异，并探讨此差异产生的原因。
方法：纳入2021年7-12月在广东省中医院大学城医院骨科行全膝关节置换且术前伴内翻畸形的70例患者，所有手术均应用后稳定型假体。术前通过X射线片测量股胫角、股骨远端外侧角、胫骨近端内侧角、胫骨股骨关节线夹角，并计算其与正常值的差异；术中测量Akagi线和ROM技术定位的差异角度α；通过相关性分析和多元线性回归分析法对术前测得的各角度和α进行统计学检验。
结果与结论：①术前Δ机械股胫角为(10.90±4.82)°，Δ解剖股胫角为(10.81±4.34)°，Δ机械股骨远端外侧角为(-3.26±2.68)°，Δ解剖股骨远端外侧角为(-3.00±2.30)°，Δ机械胫骨近端内侧角为(2.39±3.05)°，Δ解剖胫骨近端内侧角为(2.98±3.31)°，Δ胫骨股骨关节线夹角为(4.71±2.52)°；术中测得的角度α为(2.39±2.50)°；②术中53例选择Akagi线、13例选择ROM技术进行旋转定位；③统计学分析结果提示，Δ机械胫骨近端内侧角、Δ解剖胫骨近端内侧角显著正向影响α角(P < 0.01)，回归方程分别为α=0.658+0.432×Δ机械胫骨近端内侧角；α=0.013+0.346×Δ解剖胫骨近端内侧角；④结果提示内翻膝全膝关节置换术中使用Akagi线和ROM技术进行旋转定位是存在一定差异的，且此差异(α)与胫骨近端内翻畸形程度大小呈正相关。

https://orcid.org/0000-0002-4718-3057 (黄晖达)

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: 全膝关节置换, 内翻畸形, 胫骨假体, 旋转定位, Akagi线, ROM技术

Abstract: BACKGROUND: The Akagi line and range-of-motion (ROM) technique are widely used for locating the tibial prosthesis during total knee arthroplasty; however, there is still a lack of relevant research on the size and source of the difference between the two positioning methods.
OBJECTIVE: To compare the differences of Akagi line and ROM technique in varus knee during total knee arthroplasty, and to discuss the causes of this difference.
METHODS: Totally 70 patients with varus knee who underwent total knee arthroplasty in the Department of Orthopedics, Guangdong Hospital of Traditional Chinese Medicine from July to December 2021 were enrolled in this study. All operations were performed with the posterior cruciate-stabilizing total knee prostheses. The femorotibial angle, lateral distal femoral angle, medial proximal tibial angle, and joint line convergence angle were measured before operation. Its difference from normal was calculated. The angle α between Akagi line and ROM technique was measured during operation. The angles that measured preoperatively and α were statistically tested by using correlation analysis and multiple linear regression analysis.
RESULTS AND CONCLUSION: (1) Before operation, Δ mechanical femoral-tibial angle was (10.90±4.82)°; Δ anatomic tibiofemoral angle was (10.81±4.34)°; Δ mechanical lateral distal femoral angle was (-3.26±2.68)°; Δ anatomic lateral distal femoral angle was (-3.00±2.30)°; Δ mechanical medial proximal tibial angle was (2.39±3.05)°; Δ anatomic medial proximal tibial angle was (2.98±3.31)°; Δ joint line convergence angle was (4.71±2.52)°; the α that measured during operation was (2.39±2.50)°. (2) Totally 53 cases selected Akagi line and 13 cases selected ROM technique for locating the tibial prosthesis finally. (3) Statistical analysis results showed that Δ mechanical medial proximal tibial angle and Δ anatomic medial proximal tibial angle had a significant positive effect on α (P < 0.01), and the regression equations were α=0.658±0.432×Δ mechanical medial proximal tibial angle and α=0.013±0.346×Δ anatomic medial proximal tibial angle respectively. (4) The results suggest that there is a difference between Akagi line and ROM technique when locating the tibial prosthesis for patients with varus knee undergoing total knee arthroplasty, and this difference (α) is positively correlated with the degree of proximal tibial varus deformity.

Key words: total knee arthroplasty, varus deformity, tibial prosthesis, rotational localization, Akagi line, ROM technique

中图分类号:

黄晖达, 黄永明, 周俊德, 刘文渤, 林跃玮, 苏海涛. 内翻膝全膝关节置换过程中两种胫骨假体旋转定位方式的比较[J]. 中国组织工程研究, 2023, 27(13): 2038-2043.

Huang Huida, Huang Yongming, Zhou Junde, Liu Wenbo, Lin Yuewei, Su Haitao. Comparison of two techniques in locating tibial prosthesis during total knee arthroplasty of varus knee[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2023, 27(13): 2038-2043.

图/表（结果） 5

2.1 参与者数量分析根据纳排标准，最终纳入需行全膝关节置换且术前伴内翻畸形的患者70例，所有患者的术前和术后数据均纳入结果分析。
2.2 试验流程图见图2。

2.3 各指标观察结果术前测得的膝关节各角度畸形程度如下：Δ机械股胫角为(10.90±4.82)°；Δ解剖股胫角为(10.81±4.34)°；Δ机械股骨远端外侧角为(-3.26±2.68)°；Δ解剖股骨远端外侧角为(-3.00±2.30)°；Δ机械胫骨近端内侧角为(2.39±3.05)°；Δ解剖胫骨近端内侧角为(2.98±3.31)°；Δ胫骨股骨关节线夹角为(4.71±2.52)°。术中测得的角度α为(2.39±2.50)°，其中，Akagi线在ROM技术参照线外侧(α > 0°)的有57例，两线重合(α=0°)的有3例，Akagi线在ROM技术参照线内侧(α小于0°)的有10例。说明在膝关节存在内翻畸形的患者中，往往会合并股骨远端及胫骨近端的内翻畸形；而术中Akagi线与ROM所得标志线之间是存在一定差异的，对于大部分病例来说，Akagi线处于ROM所得标志线的外侧，只有极少数病例的Akagi线与ROM所得标志线重合，见表2。

2.4 ROM技术及Akagi线的差异性分析
2.4.1 膝关节内翻畸形程度与α的相关性分析相关性分析结果提示：①Δ机械胫骨近端内侧角、Δ解剖胫骨近端内侧角与α呈高度正相关；Δ机械股胫角、Δ解剖股胫角与α呈中度正相关；Δ胫骨股骨关节线夹角与α呈低度正相关；Δ机械股骨远端外侧角、Δ解剖股骨远端外侧角与α无相关性。②Δ胫骨股骨关节线夹角与Δ机械股胫角、Δ解剖股胫角呈高度正相关；Δ胫骨股骨关节线夹角与Δ机械股骨远端外侧角、Δ解剖股骨远端外侧角、Δ机械胫骨近端内侧角、Δ解剖胫骨近端内侧角无相关性；③Δ机械股胫角、Δ解剖股胫角与各个角度间均存在相关性；④各机械轴线对应的角度与各解剖轴对应的角度间均存在相关性。说明术中Akagi线与ROM所得标志线之间的夹角与膝关节内翻畸形的程度相关，更进一步，与来自于胫骨侧的畸形相关性较强，与来自于关节内的畸形相关性一般，与来自于股骨侧的畸形无相关性；而内翻畸形程度受股骨远端畸形程度、胫骨近端畸形程度、关节内畸形程度所影响，见表3。

2.4.2 膝关节内翻畸形程度与α的关系根据相关性分析结果，剔除Δ机械股骨远端外侧角、Δ解剖股骨远端外侧角。根据以机械轴或以解剖轴进行测量，将Δ机械股胫角、Δ机械胫骨近端内侧角、Δ胫骨股骨关节线夹角与α，Δ解剖股胫角、Δ解剖胫骨近端内侧角、Δ胫骨股骨关节线夹角与α分别进行多元线性回归分析。结果如下：①以机械轴线进行测量时，Δ机械胫骨近端内侧角显著正向影响α(P < 0.01，B=0.432 > 0，95%CI：0.206-0.658)；Δ机械股胫角、Δ胫骨股骨关节线夹角不能显著影响α(P > 0.05)。回归方程为α=0.658+0.432×Δ机械胫骨近端内侧角(R2=0.320)。②以解剖轴线进行测量时，Δ解剖胫骨近端内侧角显著正向影响α(P < 0.01，B=0.346 > 0，95%CI：0.139-0.553)；Δ解剖股胫角、Δ胫骨股骨关节线夹角不能显著影响α(P > 0.05)。回归方程为α=0.013+0.346×Δ解剖胫骨近端内侧角(R2=0.359)，见表4，5。

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引言

材料方法

1.1 设计前瞻性观察性试验，角度间的相关性用Pearson相关性分析；影响因素分析采用多元线性回归分析。
1.2 时间及地点试验于2021年7-12月在广东省中医院大学城医院骨科完成。
1.3 对象纳入2021年7-12月符合纳排标准，在广东省中医院大学城医院骨科行全膝关节置换手术治疗的70例患者，其中男17例，女53例；年龄(69.46±8.05)岁。手术均选用后稳定型假体。该临床研究的实施符合《赫尔辛基宣言》和广东省中医院对研究的相关伦理要求，批件号为广东省中医院伦理委员会：YE2021-176-01，批准时间：2021-07-09。参与试验的患者为自愿参加，均对试验过程完全知情同意，在充分了解治疗方案的前提下签署了“知情同意书”。
1.3.1 纳入标准 ①符合膝关节骨关节炎诊断标准；②通过X射线片，符合Kellgren-Lawrence分级(KL分级)Ⅲ、Ⅳ级的膝关节骨关节炎，且术前存在0°及以上的膝关节内翻畸形，且行全膝关节置换术；③自愿参加此次试验并签署知情同意书；④临床资料齐全，能积极治疗并配合各项研究。
1.3.2 排除标准 ①既往有膝关节及膝关节周围骨折或膝关节手术史；②术前诊断为类风湿关节炎、夏科氏关节病等其他关节病或因创伤、感染化脓等各种病理因素引起的继发性关节炎；③不能耐受手术者；④术侧肢体的术前X射线片提示存在外翻畸形；⑤临床资料缺失或中途拒绝继续参加研究者。
1.4 材料所有患者采用后稳定型膝关节假体(DePuy Synthes，Attune Knee System)，各部件组织相容性良好，见表1。

1.5 方法所有患者术前在负重位双下肢全长正位片上测量机械股胫角(mFTA)、解剖股胫角(aFTA)、机械股骨远端外侧角(mLDFA)、解剖股骨远端外侧角(aLDFA)、机械胫骨近端内侧角(mMPTA)、解剖胫骨近端内侧角(aMPTA)、胫骨股骨关节线夹角(JLCA)，并计算其与正常值的差值；术中测量Akagi线与ROM技术所得标志线之间的夹角α。对术前膝关节不同内翻畸形程度与术中角度α进行相关性分析，若存在相关性，则进一步行多元线性回归分析。
1.6 主要观察指标

术前指标：①股胫角：股骨机械(或解剖)长轴与胫骨机械(或解剖)长轴所形成的角。②股骨远端外侧角：股骨机械轴(或解剖轴)与股骨内外侧髁远端切线两者之间形成的外侧夹角。③胫骨近端内侧角：胫骨机械轴(或解剖轴)与胫骨内外侧平台切线两者之间形成的内侧夹角。④胫骨股骨关节线夹角：胫骨近端关节线与股骨远端关节线之间的夹角。此研究中采用正常值与测量值的差异值来判断畸形程度，即畸形程度=正常角度-测量角度。机械股胫角、解剖股胫角、机械股骨远端外侧角、解剖股骨远端外侧角、机械胫骨近端内侧角、解剖胫骨近端内侧角、胫骨股骨关节线夹角对应畸形程度分别为Δ机械股胫角、Δ解剖股胫角、Δ机械股骨远端外侧角、Δ解剖股骨远端外侧角、Δ机械胫骨近端内侧角、Δ解剖胫骨近端内侧角、Δ胫骨股骨关节线夹角。所有影像学数据均测量3次取平均值。

术中角度α：术中完成截骨后，先用电刀在胫骨平台上标记出Akagi线(胫骨结节内侧缘与后交叉韧带中心连线)，其与胫骨前皮质的交点为A点，然后安装股骨试模，再以Akagi线作为参照安装胫骨试模，再用ROM技术让胫骨试模的位置自行调整，把胫骨试模参照线与胫骨前皮质上的交点作为B点，把后交叉韧带中心作为C点，则可以得到△ABC，此时∠C就是α角，测量△ABC三条边的长度，根据几何关系，可以计算出α。若A点在B点外侧，则α度数记为+，若在内侧，则α度数记为-，见图1。

1.7 统计学分析文章统计学方法已经广州中医药大学统计学专家审核。采用SPSS 26.0软件进行统计分析。首先行正态性检验，经检验，Δ机械股胫角、Δ解剖股胫角、Δ机械股骨远端外侧角、Δ解剖股骨远端外侧角、Δ机械胫骨近端内侧角、Δ解剖胫骨近端内侧角、Δ胫骨股骨关节线夹角、角度α等计量资料符合正态分布，采用x±s进行描述；角度间的相关性用Pearson相关性分析；影响因素分析采用多元线性回归分析。P < 0.05为差异有显著性意义。

讨论

Akagi线及ROM技术是全膝关节置换术中常用的2种胫骨假体旋转定位方式，其定位的原理截然不同。Akagi线作为定位的依据是建立在其与胫骨前后轴位置近似的基础之上，较为公认的Akagi线定义是胫骨结节内侧缘与后交叉韧带胫骨附着点中心的连线。故而其准确性依赖于胫骨结节位置及对胫骨结节位置、后交叉韧带胫骨附着点中心的准确辨认。胫骨结节是胫骨近端的一解剖标志，有研究表明，其形态、位置易受膝关节结构特别是胫骨近端形态的影响[14-15，20-22]，从而影响定位的准确性。而需行全膝关节置换的患者膝关节往往合并较为严重的增生、畸形、正常结构破坏，这些因素无疑会影响术者对Akagi线的准确定位。ROM技术原理是先固定股骨假体，然后安放胫骨假体试模而不固定，使胫骨假体试件在股骨假体的引导下进行旋转位置的自我调整，达到胫骨平台自然地与股骨假体结合并处于最合适位置的目的。ROM技术定位的准确性很大程度取决于股骨侧假体的正确安放[17]。ROSSI等[16]通过尸体研究后表明：只有当股骨假体准确地安放，使用该方法才可达到理想的胫骨假体旋转对线，否则会导致胫骨假体出现严重的对线不良。此外，亦有研究表明，ROM技术定位的准确性受到术中髌骨轨迹的影响[23]。

此次研究术中测得的角度α为(2.39±2.50)°(范围-4.68°-8.91°)，其中，Akagi线在ROM所得标志线外侧(α > 0°)的有57例，Akagi线与ROM所得标志线重合(α=0°)的有3例，Akagi线在ROM所得标志线内侧(α < 0°)的有10例。术中对α的测量结果表明：在存在内翻畸形情况下，全膝关节置换术中应用Akagi线和ROM技术进行胫骨假体旋转定位时是存在一定差异的，这差异表现在Akagi线相对于ROM技术倾向于使胫骨假体外旋约2.4°。陶坤等[24]测得的此角度为(0.8±2.2)°；刘欣[25]测得的此角度为(2.33±4.3)°，与此次研究较为接近；李叶天等[23]测得的此角度在髌骨轨迹不良且未闭合内侧支持带时可达(-3.9±3.4)°。以往研究表明，使用Akagi线容易导致胫骨假体外旋放置，ROM技术则容易导致胫骨假体内旋放置[12，18-19，25-26]，这与此次研究结果基本相符，此次研究中术中的Akagi线大部分位于ROM所得标志线外侧(α > 0°)。PANNI等[27]的研究表明，胫骨假体内旋5°以上会导致内侧间室应力增加，且容易导致术后膝前痛、影响膝关节功能。ROUSSOT等[28]的一项系统评价表明，股骨和胫骨之间大于5°的旋转对线不良将使手术失败概率、术后髌骨轨迹不良发生率增加。此次研究中，有12例的α达到5°以上，此时若选择了错误的旋转定位方式，则可能影响手术疗效。但此研究术中未定位胫骨前后轴，因此当2种定位方式差异较大时，难以判断哪一种与胫骨前后轴更为接近，此时主刀医生根据个人经验的判断至关重要。

相关性分析结果表明，两种定位方式和差异性大小与股骨远端的畸形无关，与胫骨近端的畸形相关，说明术前患者胫骨近端的畸形情况影响着Akagi线的位置。造成此结果的原因，可能是胫骨近端的内翻畸形会造成胫骨结节发生旋转，从而在术中表现为Akagi线相对胫骨前后轴的外旋。有学者的研究支持这一假设，在金焱[29]的研究中，使用胫骨平台内倾角(90°-机械胫骨近端内侧角)作为衡量胫骨近端形态的指标并与不同的胫骨假体旋转定位参考线行相关性分析，结果表明随着胫骨平台内倾角增大，胫骨结节会随之外旋，从而影响基于胫骨结节这一解剖标志的各参考线。以往有研究表明，膝骨关节炎患者胫骨近端常有不同程度的外
旋[16，27，30]，而结节作为胫骨近端的一解剖标志，若胫骨近端发生外旋，则胫骨结节也会相应外旋，此时以胫骨结节内侧缘作为标志的Akagi线亦会外旋，这一定程度上解释了以Akagi线行定位时易导致胫骨假体外旋的原因。史博等[31]的研究表明，Akagi角(Akagi线与胫骨前后轴的夹角，不等同于α)和机械股胫角之间无线性相关。此次研究中Δ机械股胫角、Δ解剖股胫角与α呈中度正相关，此结果可能是膝关节整体内翻畸形的程度与胫骨内翻畸形程度密切相关所造成。而Δ胫骨股骨关节线夹角与α呈弱正相关，究其原因，可能因为胫骨股骨关节线夹角本身为股骨远端与胫骨近端所形成的夹角，其角度大小与胫骨近端内侧角相关，但是此研究中相关性分析提示Δ胫骨股骨关节线夹角与Δ机械胫骨近端内侧角、Δ解剖胫骨近端内侧角之间无显著相关性，与此假设相矛盾，故进一步行多元线性回归分析以探讨影响α的真正因素。多元线性回归分析的结果提示，胫骨近端内翻畸形的程度与α存在线性关系，而膝关节整体内翻畸形程度、关节内畸形程度与α不存在线性关系，说明在造成膝关节内翻畸形的众多因素当中，来自胫骨近端的畸形是导致Akagi线与ROM技术定位差异的原因之一。

综上所述，此研究得出以下结论：①内翻畸形膝关节全膝关节置换术中使用Akagi线和ROM技术进行胫骨侧假体的旋转定位结果是存在差异的，差异为(2.39±2.50)°，使用Akagi线更倾向于获得较大的胫骨假体外旋角度；②内翻畸形膝关节全膝关节置换术中Akagi线和ROM技术定位的差异(α)与胫骨近端内翻畸形程度大小呈正相关，若术前以机械胫骨近端内侧角预测术中差异大小，可参考α=0.658+0.432×Δ机械胫骨近端内侧角，若术前以解剖胫骨近端内侧角进行预测，则可参考α=0.013+0.346×Δ解剖胫骨近端内侧角。

此次研究亦存在一些局限性：①涉及的机械股胫角、解剖股胫角、机械股骨远端外侧角、解剖股骨远端外侧角、机械胫骨近端内侧角、解剖胫骨近端内侧角、胫骨股骨关节线夹角等皆为冠状面上的指标，若要评价膝关节横断面、矢状面畸形，则需要CT、MRI的数据；②未考虑其他因素对α的影响，例如，术中的髌骨轨迹、假体类型等是否也对α造成影响，从而造成偏倚；③Akagi存在多种变种[32-34]，此次研究结果只适用于以胫骨结节内侧缘与后交叉韧带胫骨附着点中心连线的Akagi线；④此次研究未纳入外翻畸形病例，所得结论只适用于内翻膝；⑤只纳入了70例患者，样本量较小，因此需进一步增大样本量以使结果更具说服力；⑥只比较了Akagi线和ROM技术定位的差异，为评价其临床疗效，未来还需设计合理的对照试验以进一步评价。
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