保留髕骨的全膝關節置換術後髕股關節過度充填現象
文章來源：中華骨科雜誌, 2018,38(3) : 137-142
作者：王瑞 陳哲峰 孫成 劉鋒
摘要
目的
探討保留髕骨的全膝關節置換術後髕股關節過度充填現象的發生率及其可能的原因。
方法
對2005年1月至2015年12月117例因終末期膝關節骨關節炎接受全膝關節置換術患者的X線資料進行回顧性分析，男37例，女80例；年齡55~73歲，平均（65.4±5.63）歲。全膝關節置換術中均保留髕骨。於數字化X線成像系統拍攝的術前及術後（術後1周內）膝關節完全伸直側位X線片上測量：術前髕骨厚度、術前股骨前髁厚度、術前髕股關節距離、術後髕骨厚度、術後假體前髁厚度及術後髕股關節距離。術後髕股關節距離大於術前髕股關節距離超過1 mm定義為髕股關節過度充填。比較過度充填組與非過度充填組、男性與女性影像學測量指標的差異。
結果
術後髕股關節距離為（33.10±1.56）mm，較術前的（30.69±1.45）mm增加，差異有統計學意義；術後髕股厚度為（22.95±1.39）mm，與術前的（23.00±1.42）mm比較差異無統計學意義；術後股骨前髁距離為（6.93±0.36）mm，較術前的（4.50±0.92）mm增加，差異有統計學意義。79例出現髕股關節過度充填，發生率67.5%（79/117）。不同生產廠商的假體髕股關節過度充填發生率為63.6%~71.0%，差異無統計學意義。過度充填組術前股骨前髁厚度為（3.89±0.21）mm，小於非過度充填組的（5.72±0.24）mm，差異有統計學意義。女性患者過度充填發生率78.8%（63/80），男性43.2%（16/37），差異有統計學意義。女性術前股骨前髁厚度為（4.30±0.81）mm，小於男性的（4.94±1.00）mm，差異有統計學意義。女性發生過度充填的相對危險度為1.82。
結論
保留髕骨的全膝關節置換術後髕股關節過度充填的發生率為67.5%，女性患者的發生率更高，股骨遠端前髁厚度小可能是其解剖學基礎。
髕股關節功能障礙和膝前痛是全膝節置換術後最常見的併發症，髕骨置換是其重要原因。從大樣本多中心的長期隨訪結果來看，保留或置換髕骨的臨床效果總體趨於一致[1]。因此，圍繞是否置換髕骨的爭論也從未停止[2]。髕骨置換可以獲得更好的髕骨軌跡和髕股關節匹配，避免髕骨軟骨與股骨假體的進一步磨損[3,4]，但同時也會並發較高的髕骨假體相關併發症[5]。
膝關節置換被稱為"毫米級手術"，即使毫米級的誤差，也會造成比較嚴重的後果[6]。如置換髕骨的一個重要併發症"過度充填（overstuff）"，就是髕股關節在全膝關節置換術後出現了數毫米的增厚，從而造成髕股關節壓力異常增高導致髕前痛甚至屈伸動度減少[7,8]。在全膝關節置換術中應盡量避免髕股關節的過度充填已成為共識，但是保留髕骨的全膝關節置換是否會出現髕股關節過度充填這一現象尚不明確。
髕股關節由股骨前髁和髕骨關節面構成。膝關節置換術中股骨前後截骨採用的前後參考系統並非是精確的測量截骨，而是以不出現股骨前皮質"切跡（notch）"和假體"懸出（overhang）"為標準，因此就有可能出現不等量截骨的情況，造成植入物與實際截骨量不匹配，繼而出現與置換髕骨類似的髕股關節過度充填（圖1）。由於既往對髕股關節過度充填的關注重點都集中在髕骨本身，而忽略了與股骨側的相互關係，因此缺少保留髕骨的全膝關節置換術過度充填的相關研究。
圖1全膝關節置換術中股骨前髁不等量截骨 A 術前側位X線片示股骨前髁高度偏小 B 術中截骨後測量股骨前髁最厚處不足4 mm C 術中採用的假體前髁厚度約6.5 mm，較截除骨量增加超過2.5 mm
本研究納入保留髕骨的全膝關節置換病例，回顧性觀察術後髕骨過度充填現象，於X線片上測量手術前後髕骨厚度、股骨前髁厚度及髕股關節距離，比較過度充填與非過度充填、男性與女性患者影像學測量指標的差異。研究目的：①探討保留髕骨的全膝關節置換術後髕骨過度充填的發生率；②探討保留髕骨的全膝關節置換術後髕骨過度充填的發生原因及危險因素。
資料與方法
一、病例的納入與排除標準
納入標準：①回顧性分析2005年1月至2015年12月因終末期膝關節骨關節炎行初次全膝關節置換的患者；②全膝關節置換術中保留髕骨；③假體類型、生產廠商及固定方式不限；④有術前和術後1周內膝關節完全伸直位正側位X線片。
排除標準：①X線片中膝關節沒有完全伸直，可能導致測量誤差；②既往有患側膝關節陳舊性骨折史、髕股關節脫位、極度高位或低位髕骨導致X線片上髕股關節失去正常對合關係；③術前或術後關節腔大量積液或滑膜增生致髕股關節間隙異常增大；④術後X線片示股骨前髁有明顯的切跡或假體懸出；⑤假體放置不正確，特別是前傾或後傾放置者。
二、一般資料
納入117例，男37例，女80例；年齡55~73歲，平均（65.4±5.63）歲。25例女性和5例男性患者行雙側全膝關節置換，僅納入先行置換側。117例假體均為骨水泥進口假體，包括Gemini系統（Link，德國）31例、PFC系統（Depuy，美國）44例、GENESIS系統（Smith & Nephew，美國）19例、Scorpio系統（Stryker，美國）23例。假體類型有後方穩定型假體69例、後十字韌帶保留型假體48例；固定平台假體62例、旋轉平台假體55例。所有假體均為非限制性假體。
三、手術方法
所有手術均由同一名主刀醫生完成。常規膝前正中入路，聯合測量截骨技術與間隙平衡技術進行截骨[9]，採用前參考技術對股骨前髁進行截骨，確保將股骨前髁完全截除的同時不出現過度截骨。對有膝關節內外翻的患者行軟組織平衡，於中立位放置假體。不進行髕骨置換，僅去除髕骨周緣骨贅並用電刀去神經化後曠置，髕骨關節面不進行處理。術後加壓包紮，放置引流管一根，24 h後拔除。
四、測量指標
術前和術後1周內應用數字化X線成像系統攝膝關節完全伸直位正側位片，攝片條件保持一致。採用數字成像系統自帶的PACS軟體於側位片上進行X線測量（圖2，圖3）：①手術前後髕骨厚度：髕骨前方皮質最高點至髕骨後方皮質線的距離；②術前股骨前髁厚度：股骨遠端前方皮質線至股骨前髁最高點的距離；③術後假體前髁厚度：股骨遠端前方皮質線至股骨假體前髁最高點的距離；④手術前後髕股關節距離：股骨遠端前方皮質線至髕骨前方皮質最高點的距離。
圖2於術前膝關節伸直側位X線片測量股骨前髁厚度（股骨遠端前方皮質線至股骨前髁最高點的距離）為3.87 mm，髕骨厚度（髕骨前方皮質最高點至髕骨後方皮質線的距離）為23.18 mm，髕股關節距離（股骨遠端前方皮質線至髕骨前方皮質最高點的距離）為31.14 mm
圖3於術後X線片測量假體前髁厚度（股骨遠端前方皮質線至股骨假體前髁最高點的距離）為6.45 mm，較術前明顯增厚；髕骨厚度為23.12 mm，基本未變；髕股關節距離為34.76 mm，較術前增加超過1 mm
所有參數測量均由同一人完成。每個參數測量5次，取平均值。將術後髕股關節距離大於術前髕股關節距離超過1 mm定義為過度充填；手術前後髕股關節距離變化在1 mm以內定義為非過度充填。
五、統計學處理
採用SPSS 19.0統計軟體包（IBM，美國）進行統計學分析。影像學測量數據以±s表示，手術前後的比較採用配對設計資料t檢驗；不同生產廠商的假體、不同性別患者過度充填發生率的比較採用Fisher精確檢驗；過度充填與非過度充填組、男性與女性組影像學指標的比較採用成組設計資料t檢驗。股骨前髁厚度與手術前後髕股關節距離差值的相關性分析採用Pearson相關性檢驗。檢驗水準α值取雙側0.05。
結果
一、手術前後影像學指標的變化
手術前後髕骨厚度未發生明顯變化，術後髕骨厚度與術前比較差異無統計學意義（P>0.05）。術後髕股關節距離較術前增加，差異有統計學意義（PP
二、過度充填的發生率
79例發生過度充填，發生率67.5%（79/117），術後髕股關節距離平均增加（2.41±1.07）mm（-0.22~3.92 mm）。其他38例術後髕股關節距離較術前變化在1 mm以內（即非過度充填）。未發現術後髕股關節距離較術前減少超過1 mm的病例。
三、不同生產廠商假體的過度充填發生率
各生產廠商的假體術後均有過度充填現象。假體過度充填發生率分別為：Scorpio系統69.6%（16/23）、PFC系統63.6%（28/44）、Gemini系統71.0%（22/31）、GENESIS系統68.4%（13/19），差異無統計學意義（χ2=0.172，P=0.678）。
四、過度充填的影像學特徵
過度充填組的術前股骨前髁厚度小於非過度充填組，差異有統計學意義（PP>0.05，表2）。股骨前髁厚度與手術前後髕股關節距離差值呈負相關（r=-0.950，P=0.000）。
五、性別差異與過度充填
女性患者術前股骨前髁厚度為（4.30±0.81）mm，小於男性的（4.94±1.00）mm，差異有統計學意義（PP
女性患者過度充填發生率78.8%（63/80），男性患者43.2%（16/37），女性過度充填發生率高於男性，差異有統計學意義（χ2=12.97，P=0.000）。女性患者過度充填的相對危險度（RR）為1.82。
討論
一、髕股關節過度充填的原因
影響全膝關節術後髕股關節距離的因素很多，包括股骨遠端前髁厚度或股骨假體前髁厚度、骨水泥的厚度、髕骨的厚度、假體安裝的位置及角度等。本研究設置了嚴格的納入及排除標準，儘可能地減少了誤差來源。①統一攝片體位，消除不同膝關節屈曲度帶來的影響；②髕股關節異常對合是一種解剖畸形，將其排除有助於消除解剖異常對測量的干擾；③排除了關節內積液或滑膜增生的病例，即降低了功能性髕股關節異常對合對結果的影響；④所有假體與截骨床必須匹配良好，特別是沒有前後傾，這時骨水泥的厚度被限制在一個非常薄的範圍，個體間的差異也非常小，可以消除骨水泥和假體角度帶來的測量誤差[10]；⑤對於髕骨，僅去除周邊骨贅並用電刀去神經化後曠置，不對髕骨關節面進行處理，不會引起髕骨高度的變化[11]。在這種情況下，股骨遠端前髁的解剖與股骨假體前髁的設計就成了最重要也是最大的影響髕股關節距離的因素[12]。當股骨前髁所截除的骨量明顯小於假體安裝後的前髁厚度時，髕股關節的過度充填就會發生，而且術前股骨前髁越小過度充填就會越明顯。
對保留髕骨的全膝關節置換，雖然不同生產廠商有著不同的股骨假體前髁設計，但多數都著眼於改善髕骨軌跡而非針對不同個體股骨遠端前髁厚度的差異[13]。為明確這一現象是由假體設計造成的還是由於患者個體解剖差異造成的，我們選取了不同生產廠商的產品，比較過度充填的發生率。結果顯示，67.5%的患者出現過度充填現象，不同生產廠商假體的過度充填發生率無統計學差異。這說明過度充填是廣泛存在於多種假體中的普遍現象。
因此，對於置換髕骨的全膝關節置換，發生術後髕股關節過度充填的主要原因是未對髕骨進行等量截骨，造成置換後的髕骨厚度增加，加大了髕股關節距離[14]。而對於保留髕骨的全膝關節置換，如果股骨前髁未進行等量截骨，也會增大髕股關節距離，發生過度充填。
二、髕股關節過度充填的影響
髕股關節過度充填主要影響膝關節屈伸活動度和引發髕前痛[15,16]。Bengs和Scott[17]的研究證實，在置換髕骨的全膝關節置換術中髕骨厚度每增加2 mm術後被動屈曲度平均減少3°。還有學者發現，發生髕股關節過度充填時，即使在關節活動範圍影響還不明顯的時候，髕股關節的壓力就已經出現了顯著性增加，並認為與術後髕前痛等併發症相關[18,19]。
既往大量研究結果證實，全膝關節置換術中是否保留髕骨，術後膝關節功能並無明顯差異，美國骨科醫師協會（American Academy of Orthopaedic Surgeons，AAOS）膝關節骨關節炎手術治療指南中也有此描述[11]。但是，其確切機制尚未徹底闡明。本研究所觀察到的這一類型的髕股關節過度充填可能有助於對其作出解釋。即使未置換髕骨，也有相當大的可能性出現髕股關節過度充填。
從理論上講，只要術後髕股關節距離大於術前即為過度充填，但小於1 mm的數據很容易出現測量誤差，對膝關節手術療效的影響也不明確。既往文獻中有學者採用1 mm作為保留髕骨的全膝關節置換術後髕股關節過度充填的標準，因此本研究也採用1 mm為標準。
三、髕股關節過度充填的測量方法
膝關節攝片的體位通常包括完全伸直位、屈膝30°位和屈膝90°位[20]。由於屈膝位角度難以標準化，而髕骨在不同屈曲角度下的位置和姿態均不相同，因此在屈膝位時難以對髕股關節進行標準化測量。在膝關節置換術前進行膝關節完全伸直負重位攝片檢查，特別是下肢全長X線片，不僅有助於判斷膝關節的負荷狀況，也有利於對影像學參數的測量[21]。目前膝關節伸直負重位X線攝片已基本成為全膝關節置換術前的常規檢查。因此本研究選擇完全伸直位X線片進行測量，既有助於獲得較完整的數據來源，也最大程度地避免了測量誤差。
術後1周攝片時，由於放置了引流管並加壓包紮，基本上不存在關節內大量積液從而影響測量的情況。對於術前、術後有明顯腫脹的患者，本研究予以排除。儘管攝片時有放大率的影響，但由於攝片條件保持一致且採用自帶的軟體，因此可以校正部分誤差[22]。
本研究測量結果顯示手術前後的髕骨厚度沒有明顯差異，這一結果與手術實際情況相符，也說明在適當的樣本量條件下該方法的可靠性，有校準測量系統的作用。髕股關節間隙不僅受關節軟骨厚度的影響，同時也受髕股關節形合度的影響[23,24]。關節置換前後雖然髕骨高度未變，但股骨滑車的重建仍然改變了髕股關節的對合[25]，因此本研究未直接測量髕股關節間隙而是測量了髕股關節距離。從結果上看，髕股關節間隙的增加與股骨前髁的增加趨勢一致。
四、髕股關節過度充填的危險因素
在髕股關節過度充填組中，術前股骨前髁厚度小於非過度充填組，差異有統計學意義；而術前髕骨厚度、術後髕骨厚度及術後假體前髁厚度的組間差異均無統計學意義。這一結果提示較小的術前股骨前髁厚度可能是術後髕股關節過度充填的重要解剖學因素。
將患者按性別分組後進行分析，發現女性患者的術前髕股關節距離、術前髕骨厚度及術前股骨前髁厚度均較男性患者小，提示與性別相關的解剖特徵可能是髕股關節過度充填的危險因素。由於髕骨未進行置換，因此主要起作用的影響因素是股骨前髁厚度，女性患者術前股骨前髁平均厚度為（4.30±0.81）mm，小於男性患者的（4.94±1.00）mm，這使得女性患者術後髕股關節過度充填的發生率明顯高於男性患者，女性髕股關節過度充填的相對危險度為1.82。
除外股骨前髁厚度，女性患者術前髕骨厚度和術前髕股關節距離均小於男性，反映了女性膝關節尺寸較男性小的特徵。同樣是髕股關節過度充填1 mm，在小尺寸關節中可能引起更明顯的癥狀。雖然有的假體生產廠商設計了"女性膝"或"亞洲膝"，但都沒有對股骨前髁的性別特徵進行充分考量[26,27]。
五、髕股關節過度充填的臨床意義
本研究結果顯示，股骨前髁較小的患者更容易出現術後髕股關節過度充填，因此在選擇患者和術前計劃時應充分考慮這一點，盡量做到準確測量下的等量置換。特別是對膝關節尺寸較小的患者，在假體選擇上應盡量使用前髁較薄的假體。在手術方式上，必要的時候可以考慮對髕骨軟骨進行打磨，降低其高度，或選擇性地進行髕骨置換，保持置換後的髕股關節總距離不變。另外，在測量假體大小介於兩個型號之間時，可考慮選用稍小號的假體，在股骨前方截骨時人為地造成1~2 mm的"切跡"，從而保持置換後的股骨前髁高度不變。
六、本研究的局限性
本研究是基於影像學資料的回顧性分析，對術後關節功能（特別是屈伸功能）未進行分析，無法探討髕股關節過度充填對術後關節功能的影響，其結論也還需進一步的臨床研究及生物力學研究來證實。作為初步結果，本研究旨在引起更多學者對這一現象的關注，從而提高手術療效，降低術後併發症的發生率。
參考文獻（略）
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