在体部件的三维旋转会影响单髁膝关节置换术中的临床结果吗?

2017-11-28   文章来源:译者:邹第洋 上海交通大学生物医学工程学院   作者:译者:邹第洋 上海交通大学生物医学工程学院 点击量:78 我要说

来源期刊年卷Journal of Arthroplasty, 2016, 31(10):2167-2172.

作者Ming Han Lincoln Liow, MD, Tsung-Yuan Tsai, PhD, DimitrisDimitriou, MD, Guoan Li, PhD, Young-Min Kwon, MD, PhD

研究机构Department of Orthopaedic Surgery, Massachusetts General Hospital, Harvard Medical School, Boston, Massachusetts

摘要

背景:单髁膝关节置换术(UKA)是单髁骨关节炎的有效治疗方法。有限的研究已经研究了部件旋转与功能结果之间的关系,没有一致的意见来指导“最佳”UKA部件旋转。我们的研究旨在通过确定(1)UKA中存在多少轴向旋转变异性来研究三维(3D)体内UKA轴向旋转对功能结果的影响?和(2)3D体内UKA部件轴向旋转是否影响功能结果?

方法:58例连续患者(36例男性(62.1%),63.7±9.2岁,体重指数28.2±4.9 kg / ㎡,平均随访时间49.2个月)均为重度负荷状态使用双平面射线照相术。我们进行了多次比较,分析了3D UKA部件对齐与欧洲生活质量 - 5维度(EQ-5D),UCLA活动评分以及膝关节损伤和骨关节炎结果得分之间的关系。

结果:术后观察到EQ-5D,EQ-5D(美国调整)和膝关节损伤和骨关节炎结果得分(Sport/Rec)评分显着改善。然而,观察到3D UKA股骨(6.2°±6.5°)和胫骨(4.6°±6.4°)部件定位的高度变异性。注意到股骨下角(<2.7°外旋[ER])和胫骨(2.7°ER至2.4°内旋[IR])部件旋转的更好的结果评分趋势,在平均股骨和胫骨旋转角度为3°ER到3°IR。

结论:UKA股骨和/或胫骨部件旋转角度在3°ER到3°中性组分对照的IR报告更好的功能结果。外科医生应该认识到在UKA部件轴向旋转中注意到高变异性及其与功能评分的潜在相关性。

1.背景介绍

单髁膝关节置换术(UKA)已被证明是治疗单髁骨关节炎的有效方法,其具有良好的中期和长期结果。UKA已经被证明有一些好处,包括更短的术后恢复,膝关节活动范围的改善和保持近正常的膝关节运动。 UKA也显示出具有相对低的发病率,伴随着更少的失血和更低并发症率。最近的证据表明,UKA可能更优于全膝关节置换术(TKA);然而,UKA与TKA相比,也有报道更高的修复风险。此外,UKA仍然是一个对技术要求的过程,并且精确的部件定位是必要的。

虽然患者因素已被与作为影响UKA存活的潜在相关联的因素,与次最佳点接触和应力集中增加、相关的部件错位被认为是加速聚乙烯磨损,功能结果差和提高翻修率的主要因素。先前报道了UKA股骨和胫骨部件定位的二维(2D)射线影像分析,显示具有明显的内翻对齐的失败率。然而,有限的研究考察了UKA轴向平面旋转和临床患者功能结果之间的关系。

目前没有关于“最优”UKA分量旋转的共识。据我们所知,有一项研究以前将胫骨部分轴向平面旋转与功能结果相关联。因此,本研究旨在确定以下内容:(1)UKA中存在多少部件轴向旋转变异性?和(2)是否三维(3D)体内UKA部件轴向旋转影响功能评分结果?

2.材料和方法

2.1病人的统计学特征

我们评估了66个UKAs,共58例患者接受金属内轴膝固定的UKA(ZUK; Zimmer)(36例男性[62.1%],年龄63.7±9.2岁,体重指数[BMI] 28.2±4.9kg )。所有患者均由经验丰富的关节成形术外科医生操作。根据Kozinn和Scott标准,初始手术的适应症包括独立的中间室骨关节炎。通过沿前交叉韧带的边缘,平行于前/后平面中的隆起进行切割并验证横向切割在横断平面中的正确旋转来确定术中胫骨部件旋转。股骨部件轴向旋转基于术前确定的患者解剖轴线和使用适当的髓内股骨切除导向,这将能够确定股骨远端切割和胫骨切割。此外,股骨部分也基于胫骨切口,确保股骨导板平行于胫骨的切割表面。

所有患者使用双平面放射摄影术(EOS Imaging,Biospacemed,Paris,France)在平均随访时间为49.2个月(范围6.7-119.1)下在承重站立位置成像。我们在本研究中使用双平面放射摄影作为计算机断层扫描(CT)扫描的替代3D测量。双平面放射线照相系统先前已被验证用于测量TKA的部件对准,全髋关节置换术和下肢对准,并且它具有大大减少的电离辐射暴露的优点和能够执行全身体在承重,站立位置下的扫描。

2.2使用EOS 3维匹配方法

每个患者位于用于图像采集的双平面放射摄影系统的视野中,两个膝盖轻微弯曲以避免由处于站立位置的对侧膝盖的图像遮挡(图1)。双平面X线片上的Bony标志用于重建股骨和胫骨解剖坐标系统(图1A和B)。使用AP上的最下部和后侧髁点和侧向X线片选择内侧和外侧股骨后髁(图1A和B)。从双平面射线照相投影的交叉点重建骨标记的3D位置。使用通过两个长骨轴的中心的最佳拟合3D线确定股骨和胫骨的长轴和近侧/远侧轴。股骨前/后轴平行于经髁线和股骨长轴的叉积。对于胫骨,腓骨轴中心和胫骨轴中心与穿过它们各自的重心的3D平面拟合。确定最佳拟合平面的法线向量和胫骨长轴的叉积作为连接胫骨和腓骨的重心的线。事后施加42°内部轴向旋转偏移以将内侧/外侧轴线移动到后胫骨髁轴线。

图1

来自制造商的UKA计算机辅助设计模型被导入到MATLAB(MathWork,Natick,MA)中定制的虚拟EOS成像环境中。使用先前发表的优化程序来找到用于确定UKA分量位置的最佳位置。我们对相对于用骨性标记构建的解剖学坐标系统执行3D UKA部件对准的测量,参考先前发表的用于冠状和矢状股骨/胫骨部件的对准、先前发表的2D UKA射线照相标准以及用于轴向胫骨部件旋转测量。中性分量旋转定义为0°(垂直于先前定义的对应的股骨和胫骨解剖轴)。

2.3最优UKA 组间对齐的定义

由于对最佳UKA部件对准没有共识,根据制造商的外科器械手册定义了“最佳”对准:股骨部件内翻/外翻(冠状股骨角)≤4°,股骨部件屈曲/延伸(矢状股骨角)≤3°,胫骨部分内翻/外翻(冠状胫骨角)≤4°,胫骨部分屈曲/伸展(矢状胫骨角,斜率)从0°到10°。在我们的研究中,UKA部件旋转对齐被相应地定义为:当股骨部件与上髁轴线对齐时,股骨部件处于中间对准,并且当部件在AP维度的内侧方向平行于沿着胫骨隆突。

2.4结果测量:

在术后随访时收集患者报告的结果指标(表1),包括欧洲生活质量-5维度量表(EQ-5D)(EuroQol Group ),UCLA活动评分,膝关节损伤和骨关节炎结局评分(KOOS) 。我们使用以前发表的文献来定义UKA治疗的成功。对于EQ-5D,我们将所有分数乘以100,使用80的分数作为阈值指示其治疗成功。以前将80分评分作为对提供治疗成功高灵敏度和特异性的值。我们分析了UKA组分轴向旋转和功能评分之间的关系,(1)通过功能分数(第1组和第2组)分层队列和评估股骨/胫骨部件方向的差异,并通过(2)平均成分旋转(A组和B组),并确定功能结果是否存在差异。

表1

(1)通过EQ-5D,UCLA和KOOS子量表评分的结果将组分成组1(“更好”结果:EQ-5D≥80; KOOS:平均差≥8.0个点)和组2,(不太理想的结果:EQ-5D ≤ 80; KOOS:与组1平均差为8.0点不同)基于现有公布的阈值数据。记录组之间组分轴向旋转的显著差异。

(2)为了评估具有最佳结果评分的“最佳”UKA(股骨和胫骨)部件旋转角度,我们以度为单位使用每个部件旋转的移动阈值将队列分为A和B组(ER表示外旋 IR表示内旋)。这允许我们在A组和B组之间执行亚分组功能评分分析。我们记录了旋转角阈值,其对应于组之间的结果评分的统计学显著差异。

2.5 统计分析

使用MATLAB(MathWork)进行统计分析。所有连续数据表示为平均值和标准偏差。 首先进行Pearson相关以确定UKA(股骨/胫骨)部件对准和结果测量(EQ-5D,UCLA,和 KOOS)之间的关系。还评估了联合部件的轴向旋转(股骨和胫骨轴向旋转的和)和功能测量之间的相关性。

随后,我们使用定制的MATLAB脚本进行移动阈值分析,使用Wilcoxon秩和检验来比较组1和组2之间的分量轴向旋转角度以及组A和B之间的结果分数的差异。双侧P值如果小于0.05被认为具有显著性。 事后分析证明用0.99的值以检测组1和2之间的EQ5D-Visual Analog Scale(VAS)评分的显著差异,以0.83的值以检测组A和组B之间的股骨部件旋转的显著差异。进行多元线性回归以确定包括年龄,BMI,性别和随访时间的变量是否是功能性结果的显著成分。

3.结果

3.1 三维UKA部件的对齐

股骨部件的三维冠状面对齐有2.0°±3.2°外翻,胫骨部件有4.0°±3.7°内翻。股骨部件的平均屈曲度为2.5°±4.5°,胫骨部件的平均后斜度为5.3°±3.6°。股骨和胫骨部件内翻/外翻和弯曲/伸展的平均值在制造商外科技术推荐的“最佳”比对限度内。然而,在股骨和胫骨部件的轴向旋转中观察到了最高的部件变化,股骨部件表现出6.2°±6.5°(范围,39.4°)的外旋和4.6°±6.4°(范围,26.8°)的胫骨部件内旋转。

3.2三维UKA部件旋转对齐和功能性结果

患者术后平均49.2个月后,在EQ-5D(P <0.001),EQ-5D(美国调整; P <0.001)和KOOS(运动/休息)评分上有显著整体上的提高。Pearson相关分析显示,胫骨部件内旋转与KOOS(症状)评分呈负相关(R=-0.316,P=0.020)。此外,联合胫骨和股骨UKA部件内旋与KOOS(运动/休息)分数呈负相关(R=-0.287,P=0.035)。

使用移动阈值的功能结果得分UKA部件旋转的比较

3.3股骨部件

在EQ-5D VAS评分阈值设置为80时,股骨部件旋转值组A(具有EQ-5D VAS评分的患者≥80)的5.6°±7.1°(ER)显示出显著低于组B (EQ-5D VAS评分<80; 90.6±5.4与61.4±20.0,P =0.037)的10.2°±4.2°(ER)。

3.4胫骨部件

类似地,我们分别在阈值为60(P =0.024),70(P=0.014),80(P=0.010)和50(P=0.023)观察到了更好的KOOS(症状)和KOOS(运动/休息)功能性结果在的阈值下,这与低程度内旋≤3.7°胫骨部件呈低相关(见表2)。

表2

3.5使用部件旋转的移动阈值功能结果得分的比较

3.51股骨部件

使用9°(ER)的截面,组1(“更好”的结果:EQ-5D≥80; KOOS:平均差≥8.0点)平均股骨组成旋转为2.7°±5.6°(ER)有更好的EQ-5D VAS 得分。组2(“较差”结果:EQ-5D≤80; KOOS:与第1组平均差为8.0点不同)股骨部分旋转均值为12.8°±3.9°(89.9±6.7比81.3±18.9,P =0.045)(ER)。

3.52胫骨部件

当胫骨部件旋转阈值设置为0°旋转时,组1(2.8°±2.3°IR)表现出比组2中的(7.4°±5.4°)(P =0 .019)更高的KOOS(症状)评分91.9±9.1比上77.9±22.2。此外,在10 °IR和13° IR的部件旋转阈值下,还观察到KOOS(症状)和KOOS(运动/休息)有显著差异。有趣的是,在平均股骨和胫骨旋转角度<3°(2.8 °ER到2.4° IR)时观察到更好的功能评分,在中立位胫骨部件旋转(0°,表3)观察到最高的KOOS(症状)评分。

所有其他部件旋转阈值没有产生与剩余功能性结果变量显著相关性。多元线性回归分析表明,包括年龄,BMI,性别和随访时间的变量不是功能结果的混杂因素。尽管在较高程度部件旋转的患者中注意到较差的结果,但在我们的研究中没有患者接受聚乙烯磨损或无菌性松动的修复手术。

4.讨论

以前的研究使用常规的2D放射线检查冠状和矢状面分量UKA的对齐及其对临床结果的影响。在目前的研究中,我们评估了在体3维UKA部件轴向旋转对功能结果的潜在影响。

本研究的结果需要在一定的潜在限制下来进行解释。首先,它是对UKA族群回顾性评论,虽然是样本数量最多的3D部件对齐与功能结果相关的UKA研究。第二,所有UKA患者都使用传统技术进行单一种植体设计。因此,目前的研究结果可能不能推广到其他使用不同的手术技术或植入物设计的UKA患者。

首先,我们注意到UKA部件定位的轴向旋转变化增加,对于股骨和胫骨部件,其标准偏差高达6.5°。使用轴向CT扫描的以前的研究报告了胫骨部件的平均外旋范围是6.5°至11.9°,标准偏差高达5.1 °。这些以前发表的研究使用的是后髁参考线,其基于在胫骨髁和UKA胫骨部件上最后面的点来量化UKA胫骨部件旋转,其可能代表不了实际的术前后胫骨髁轴线。相比之下,我们的研究使用双平面放射摄影和连接胫骨和腓骨的重心作为现有的解剖参考线,以定义TC轴向旋转。此外,我们的研究量化了3D股骨部件,在FC轴向旋转表明了很大的变异性,这和最近的生物力学研究类似。

其次,我们的研究评估了股骨和胫骨3D UKA部件的位置及其对功能性结果的影响,目的是评估股骨和胫骨部件的“最佳”旋转位置。我们发现,在3° ER到3° IR范围内的胫骨部件轴向旋转与其更好的功能评分显著相关,而过度股骨(> 10° ER)和胫骨部件的(> 7.4° IR)旋转与其较差的功能结果评分相关。

已有少数研究研究了UKA轴向旋转与胫骨部件对准的关系。这部分在某种程度需要CT扫描来测量轴向旋转,这给患者带来额外的费用和辐射风险。有人表示胫骨部件在伸展时应具有中性旋转,在屈曲时具有轻微的内旋转。在同一2D研究中,胫骨外旋程度越小,观察到的结果更好,因为过度的外旋会导致股骨和胫骨之间的旋转不协调。有趣的是,体外生物力学研究表明在胫骨的前/前内侧有更显著的应变,当胫骨部件相对于0°中性旋转多10°的额外旋转,这可能部分解释了较低功能结果的患者有更高的外旋度。类似地,我们发现比内外均值为3°大很多的旋转角3与结果分数呈负相关,可能是由于股骨和胫骨部件之间的旋转不匹配,导致患者满意度分数较低。

在我们的研究中,我们发现股骨部件外旋角(均值为2.7°ER)中较低角度与EQ-5D VAS功能结果更好显著相关。 EQ-5D已被证明是在先前研究中确定UKA结果的一种敏感方法。然而,有关在体3D UKA股骨部件旋转的文献缺乏,没有磁共振成像或CT成像研究可用于比较。这可能是由于在单个轴向磁共振成像或CT扫描图像上没有理想骨骼参考的情况下测量UKA股骨部件旋转带来的挑战。此外,对于基于CT的TKA股骨部件旋转测量,据报告观察者间和观察者自身的变异性也是重要的。相比之下,我们的研究使用低剂量双平面放射成像重建功能位置下负重的三维部件模型,允许部件相对于骨解剖坐标系统旋转的精确测定。我们导入3D UKA部件模型,并对相对于使用骨性标记建立的相应解剖坐标系统来执行3D UKA部件对准的测量,确保高精度和高准确性。现有文献显示,无法解释TKA股骨和胫骨部件的独立和组合内旋转误差导致术后疼痛和过早的翻修手术。有趣的是,我们发现组合UKA部件内旋转与KOOS(运动/休息)分数呈负相关,类似于TKA文献的结果。

我们检查了患者报告结果的测量(EQ-5D,UCLA活动评分和KOOS评分),这是常用于UKA的术前和术后评估。对于EQ-5D和KOOS评分,我们发现术前和术后评分显著差异以及与部件旋转角度有显著相关性。然而,尽管我们的患者与类似研究(6.8±1.5)相比获得类似的术后UCLA评分(6.5±1.9),但我们没有发现与UCLA活动有任何相关性。这表明我们试次的患者在术后恢复积极的生活方式;然而,与EQ-5D和KOOS评分相比,UCLA活动评分不够灵敏,无法检测具有不同部件选装组之间的差异。

我们的研究结果强调实现适当的UKA部件旋转的重要性,因为更好的患者报告结果与UKA股骨和/或胫骨部件旋转角度在相对中性部件对齐3°ER到3°IR内相关。术前确定股骨解剖轴线和选择最适合患者解剖的切除导向仍然是至关重要的。对于股骨部件,内翻/外翻位置受到股骨远端切口的延伸影响。在进行远侧股骨和胫骨切割之后,通过切割导板放置来确定股骨部件的轴向旋转,使得后侧髁切割平行于胫骨的切割表面。外科医生应确保后股骨切口平行于经髁轴线和近端胫骨切口。为了实现适当的术中股骨部件旋转,在放置用于后股骨切割的导板期间,外科医生应当不仅要考虑检查胫骨的切割表面,而且还检查髁上轴线,尽管在UKA外髁触诊可能比TKA更难以。这可能表明在导航或机器人手术中优化部件旋转和UKA中的临床结果可能有作用。

总之,我们的研究报道了UKA股骨和/或胫骨部件旋转角度在相对于中性部件对准3°ER到3°IR的患者有更好的患者报告结果。外科医生应该注意到UKA部件旋转中的高度变异性及其与临床患者功能评分之间的潜在相关性。


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