张颖
解放军昆明总医院北较场病区骨科
张颖
解放军昆明总医院北较场病区骨科
擅长
髌骨脱位，软骨损伤，骨关节炎，运动损伤(半月板损伤，交叉韧带重建，膝关节脱位，髋踝肩关节疾病)，骨髓炎，人工关节置换等
执业经历
骨科医学硕士，2005年毕业至今一直在骨科工作，师从云南省著名关节外科，关节镜专家丁晶教授，主要擅长于运动医学，髌骨脱位，软骨损伤，运动损伤，骨关节病，关节置换，骨髓炎，特别擅长于髌骨脱位，软骨损伤的诊治。APKSS会员，SICOT会员，中国医学救援协会运动医学分会青年委员，云南省医院协会医学工程管理专业委员会委员，发表论文20余篇，其中SIC1篇。先后多次在国内积水潭医院，解放军301医院，上海第六人民医院，西南医院，，佛山中医院，武警总医院等多家大医院进修。多次参加全国学术会议，拥有专利1项，2013-2017年在COA大会发言！
作者：张颖，李相伟,谭洪波，胡清，李世东
占新华，刘礼金 ，丁晶
来源：解放军昆明总医院北较场病区骨科
张颖
目的 探讨数字化导航模板辅助Oxford单髁置换术中股骨和胫骨假体定位的准确性，评价导航模板在单髁置换术中的应用价值。
方法 将40例膝关节标本随机分为两组，每组20例。一组采用传统定位法安放假体。另一组采用单纯数字导航模板定位、截骨及安放假体。两组标本均采用相同定位标准，术后所有标本均进行膝关节正侧位X片检查，通过X片评价单髁假体位置优劣。再选取10例临床单髁置换术患者，设计数字化导航模板辅助Oxford单髁置换4例，传统方法手术患者6例，比较术中手术时间及术前术后KSS评分，随访膝关节功能，评价临床效果差异。
结果 传统组和导航组在A、B、E、F四角统一对比，传统组均值：-3.152°，标准差7.722；导航组：1.338°，标准差4.384；运用独立样本t检验P=0.095>0.05，对比无显著性差异。对数字化导航模板组和传统组的A、B、E、F四个角度分别进行独立样本t检验对比，A角P=0.734>0.05，E角P=0.349>0.05,F角P=0.349>0.05，对比无显著性差异，B角P=0.034<0.05，对比有显著性差异，说明导航组能够明显改善股骨假体屈伸角度。两组临床病例在术后KSS评分上无明显差别，导航组较传统组平均用时节省7.82分钟。
结论 数字化导航模板技术可为单髁置换术提高精确性提供一种新方法，是快速成形技术在膝关节单髁置换上的扩展。其准确可靠，具有较强实用性。
【关键词】: 单髁置换术 数字化 导航模板 股骨定位 胫骨截骨
Experimental study and clinical application of digital navigation templates for unicompartmental knee arthroplasty
【Abstract】: Objective Investigate the accuracy of the positioning of the prosthesis of the femur and tibia in the digital navigation template assisted Oxford unicompartmental arthroplasty, evaluation of the navigation template unicompartmental arthroplasty. Methods 40 cases of knee specimens were randomly divided into two groups, each group of 20 cases.A group place the prosthesis in traditional postioning method . Another group use the pure digital navigation template positioning of the osteotomy and place the prosthesis.Both of the two groups are performed with the same standard,and all specimens underwent the postoperative knee lateral X radiographic examination, through the X radiographic evaluation the location of unicompartmental knee prosthesis .Choose 10 clinical unicompartmental arthroplasty patients, and design digital navigation template assisted Oxford unicompartmental replacement in 4 cases, traditional methods of operation in 6 cases.Compare intraoperative operation time and postoperative to KSS scores, follow-up of knee function, evaluate the clinical effect. Results The traditional group and the navigation group in A、 B、E、F four angle comparison, traditional group mean: - 3.152 DEG, SD 7.722; navigation group: 1.338 degrees, SD 4.384; with independent sample t test P = 0.095 > 0.05, no significant differences in contrast. But the two groups of A、B、E、F four angle independent samples t test contrast, A angle P = 0.734 > 0.05, E angle P = 0.349 > 0.05, F angle P = 0.349 > 0.05, in contrast to no significant difference,B angle P = 0.034 < 0.05, with significant contrast difference,show that the navigation group can obviously improve the femoral prosthesis flexion extension angle.Two sets of clinical cases was no significant difference in the postoperative KSS score , and the navigation group than the traditional group average savings of 7.82 minutes. Conclusion Digital navigation template technology can provide a new approach to improve accuracy for unicompartmental arthroplasty. It is anexpansion for the use of he rapid prototyping technology. And it is accurate,reliable and practical.
【Keywords】: Oxford, unicompartmental arthroplasty, knee ,osteoarthritis.
膝关节单髁置换术(Unicompartmental Knee Arthroplasty UKA) 是指仅对膝关节内侧或外侧室进行表面置换, 其主要目的是替代膝关节胫股关节受破坏的软骨表面。和胫骨高位截骨和全膝关节置换相比，膝关节单髁置换术具有创伤小，易翻修，恢复快、费用少等优点。在人工关节置换术中，假体位置、肢体力线和长度、软组织平衡以及关节活动度是影响术后效果的最重要因素，提高手术精度对改善手术效果具有重要意义。 我将计算机辅助设计与快速成型技术相结合，自行研制了Oxford 单髁置换定位及截骨模板，并将该模板运用于膝关节标本及临床研究，现汇报如下：
一． 使用资料
(一) 选取新鲜下肢标本40例，其中右下肢26例，左下肢14例，要包括完整股骨头，膝关节和踝关节。标本通过拍片排除膝关节及股骨骨折，交叉韧带损伤，侧副韧带损伤，关节变形等影响实验结果的关节疾病；标本进行CT检查时统一放置标准正位，足尖朝上，避免下肢旋转。
(二) 患者选择标准和适应征：①有骨性关节炎的症状；②X片显示仅有内侧间室病变；③临床检查具有完整的交叉韧带和侧副韧带；④内翻畸形小于15°；⑤屈膝大于110°，屈曲缺陷小于10°；⑥年龄>55岁；⑦体重指数BMI<30 kg/m2；⑧所有炎症性关节炎的患者均不适合Oxford-UKA。
二． 方法：
(一) 实验标本分组：将40例膝关节标本随机分为两组；其中第一组20例，左右不限，采用传统定位法安放假体；第二组20例采用单纯的导航模板定位，并按照模板位置安放假体。所有实验标本均采用相同定位标准，术后所有标本均进行膝关节正侧位X片检查，通过X片评价单髁假体位置优劣。（后附Oxford单髁假体评估方法和标准）
(二) 临床实验分组：选择膝关节内侧单髁置换10膝9人，随机选择4膝（3人）作为导航模型组（其中1人双侧置换），另外6膝作为传统方法组。男性2人，女性7人，年龄51~73岁，体重48~72kg。其中l例患糖尿病，2例高血压患者。两组患者均将血糖、血压等控制在正常范围，并由同一术者完成，术中所使用假体均来自Oxford公司。
（三）导航模型制作方法：①将20例下肢标本均进行术前膝关节正侧位X片拍摄和下肢全长的64排螺旋CT连续断层扫描。通过X片比对获得适配假体及半径参数，并将CT数据以DICOM格式保存。②将CT数据导入Mimics8.11软件，然后进行平面视窗下股骨假体位点和胫骨截骨平面制作，三维视窗下保存为STL格式，并将做好的圆柱体用IGES格式保存。③将做好的胫骨和股骨三维模型和相应圆柱体导入Magics9.5软件，股骨端圆柱体用同样外径的同心圆圆柱体替代(外径为6mm,内径为4mm;以及外径为4.5mm,内径为2.5mm);胫骨端两圆柱体形成的平面用厚度为2mm的长方体板块替换，再将做好的模型用STL格式保存。④运用Geomagic studio9.0软件打开刚保存的股骨和胫骨三维模型，制作与股骨髁和胫骨平台解剖形态一致的反向模板，再次以STL格式保存。⑤将做好的反向模板和股骨端圆柱体融为一体，运用布尔运算制作出带孔的数字化导航模板。同样，将胫骨反向模板和长方体板块融为一体，布尔运算作出带有截骨平面的导航模板，保存为STL格式。⑥将上述做好的两个数字化的导航模板STL格式文件输入快速成型机SPS350B，使用高分子光敏树脂材料（DSM公司，美国），利用光固化成型技术（SLA）将数字化导航模板制作出来，形成实物。
（四）传统组手术方法：①取膝关节前内侧切口，切口长度7-250px, 切开关节囊，切除部分髌下脂肪垫，显露内侧股骨髁和胫骨平台，观察前后交叉韧带的完整性，评估外侧胫股关节间室的退变程度。然后凿除关节周围骨赘，切除内侧半月板，显露内侧胫股间隙。②运用胫骨截骨导向器置于胫骨前缘，胫骨髓外定位，导向器远端指向踝关节中心，保持 5-7后倾。先垂直截骨，后水平截骨。垂直截骨标准采用胫骨内侧髁间嵴斜坡中内1/3，水平截骨采用内侧平台最低点以下3mm，取出切下的胫骨平台 。③在股骨髁间窝前内侧角前方25px处，插入股骨髓内定位杆，安放股骨钻孔导向器，进行股骨内髁打孔，打入深度1-37.5px。⑦将股骨截骨模块插入股骨钻孔内，通过股骨髁的多次研磨使膝关节的屈曲间隙与伸直间隙达到平衡。⑧胫骨平台上开槽，插入胫骨、股骨试模和所选厚度的半月板衬垫试样，屈伸膝关节，观察有无碰撞和脱位。如假体无碰撞和脱位，则间断缝合皮肤。
（五）导航模板组实验操作方法： ①取膝关节前内侧切口，切口长度7-275px,切开关节囊，切除部分髌下脂肪垫，显露内侧股骨髁和胫骨平台，观察前后交叉韧带的完整性，评估外侧胫股关节间室的退变程度，凿除关节周围骨赘，切除内侧半月板，显露内侧胫股间隙。②运用胫骨导航模板进行胫骨平台的截骨，先垂直截骨，后水平截骨，再取出切下的胫骨平台。③将股骨导航模板置于股骨髁上，根据定位孔的位置和方向打入股骨内髁两个定位孔，取下导航模板，放置后截骨器，进行后髁截骨，然后将股骨截骨模块插入股骨钻孔内，通过股骨髁的多次研磨使膝关节的屈曲间隙与伸直间隙达到平衡。④胫骨平台上开槽，插入胫骨、股骨试模和所选厚度的半月板衬垫试样，屈伸膝关节，观察有无碰撞和脱位。如假体无碰撞和脱位，则间断缝合皮肤。
（六）标本实验两组术后均复查膝关节正侧位X片，测量假体的A、B、E、F角度，并做下记录。临床病例中两组患者术后均对膝关节加压包扎，24～48h后拔除引流管。术后常规抗凝5d，使用抗生素3～4d预防感染，及时复查血常规、血沉及C反应蛋白。术后当天开始膝关节屈伸和抬腿以及等张收缩下肢肌等功能锻炼。比较手术时间，术前和术后运用膝关节学会评分标准进行评分(KSS评分)（术后评分在术后3-4月）的差别，随访膝关节功能，评价临床效果差异。KSS评分值通过两人进行评价取平均值的方法获得，减少主观因素对结果的影响。
（七）统计学分析 采用SPSS17.0统计软件对传统及导航联合组、单纯导航组术后的A、B、E、F角度分别两两进行独立样本t检验， P<0.05认为有统计学差异。再将传统组和导航组的四组数据之和再次进行独立样本t检验，P<0.05为有统计学差异。然后统计传统联合组内定位差异的数据，运用描述统计方法得到误差数据的均值和标准差等数据。临床病例观察样本量少，数据难以运用统计学方法分析有无统计学意义，运用计算平均数方法比较KSS评分和手术时间差别。
（一）运用传统定位方法放置假体的传统组，与单纯模板定位放置假体的导航组在术后假体放置位置的对比。
A角（股骨假体内外翻角）两组对比，运用独立样本t检验，P=0.743>0.05，对比无显著性差异。
B角(股骨假体屈伸角)两组对比,t检验P=0.034<0.05，对比有显著性差异。
E角（胫骨平台内外翻角）两组的对比,P=0.349>0.05，对比无显著性差异。
F角(胫骨平台后倾角)两组对比,P=0.823>0.05，对比无显著性差异。
传统组和导航组在A、B、E、F四角统一对比,传统组均值：-3.152°，标准差7.722；导航组：1.338°，标准差4.384；运用独立样本t检验P=0.095>0.05，对比无显著性差异。
（二） 传统组和导航组在术前和术后功能评分均没有明显差别，导航组手术时间节省7.82分钟，但并不能认为就有统计学差异。
关于单髁置换术的讨论。
长期以来，膝关节单间室置换术（UKA）的临床效果主要取决于病人的选择、年龄、性别和活动量的多少[1，2]。其他因素如败血症、骨和人工关节周围骨折,聚乙烯衬垫的失败,不准确的假体植入也影响到了假体的生存率。在这些影响因素里面，由手术医师确定的假体的定位和对线是一个非常重要的变量，它直接影响到该手术的成败[3,4]。不像全膝置换（TKA）那样，我们大家对于假体的植入位置和对线标准，都有了一个共识；单髁置换尚未形成一个对于假体安放和排列的统一的标准[5，6]。绝大多数的UKA系统操作说明都存在着有限的以及潜在的不精确性，实质上这种依赖手术医师判断假体植入位置的操作系统存在的不精确率达到了30%[7,8]。何况在(MIS) 术式推广以后，在假体位置及患者术后下肢力线等方面的效果均不如原有切开术式，尽管临床上已经证明了它可以减少手术的创伤和患者术后康复的时间。最近，Mayman等多位学者[9]报道了牛津三代单髁假体股骨组件位置不正，并提议用计算机技术协助股骨假体的定位和安置。Kort[10]也提及了当前牛津三代股骨假体在临床上使用时仅仅靠目测定位股骨端是没有办法修正和消除其潜在的不确定性的，他强调辅助髓外定位的方法减少这种定位方法带来的误差，特别是在髓内定位不够准确和没有计算机导航时。
力线对于单髁置换术假体的生存率起着决定性的作用[11,12]。然而对于术后下肢力线纠正多少还没有取得共识。有些学者[3] 阐述的观点是手术本身只需要在关节进一步恶化前将关节软骨表面退变的部位替换，保留其原有的机械轴线和下肢力线的生理位置。这和全膝置换将下肢机械轴线恢复至0°的基本原理有很大的差异，并且患者术后还依然有轻度的膝内翻或者是膝外翻畸形。还有一些学者 [13]提倡将力线纠正至通过膝关节的中心，然而过于纠正内翻畸形却加速了膝关节外侧间室的退变[14]。在许多关于牛津单髁膝关节置换的报道中提到了几乎所有膝关节机械轴线在进行韧带平衡而并未松解的情况下往往都能够通过膝关节的中心，这和刻意纠正下肢力线后的手术效果相近。
计算机辅助技术是一个极好的能够辅助小切口手术的一项新技术，已经广泛使用于骨科许多领域。计算机导航技术能够增加下肢力线的精确性，已经广泛运用于全膝关节置换术，也开始适用于微创UKA术，暂时也取得了较好的对线结果。但是它潜在的缺点是有一个很难的学习曲线，也增加了手术时间和费用[15]。Rosenberger等学者[6]报道计算机辅助手术能够显著地提高内侧间室置换术后的下肢力线，他汇报约有60%的常规牛津单髁手术术后力线达到满意，而导航组有100% 到达满意，后者比前者有显著性的优势。然而，Buckup [5]和Jenney[7]发现导航并不比传统方法在下肢力线上具有显著的优势。Kwang Am Jung[15]同意上两个学者意见，并认为导航能够增加植入假体在放射学上的精确性并且并不会带来更多的并发症，值得推广运用。
快速成型技术采用离散/ 堆积成型原理，根据三维CAD 模型对于不同的工艺要求，按照一定厚度进行分层，将三维数字模型变成厚度很薄的二维平面模型。再将数据进行一定的处理，加入加工参数，产生数控代码，在数控系统控制下以平面加工方式连续加工出每个薄层，并使之黏结而成形。实际上就是基于“生长”或“添加”材料原理一层一层地离散叠加，从底到顶完成零件的制作过程。它是计算机辅助设计与制造技术、逆向工程技术、分层制造技术、材料去除成形、材料增加成形技术以及它们的集成的总称[16,17]。临床医学的专家学者借助快速成型技术在四肢复杂骨折、四肢畸形矫形、骨肿瘤、脊柱疾患等方面进行了有益的尝试，临床研究日益广泛深入[18] 。快速成型技术在骨骼假体置换应用主要有骨盆假体、人工关节、腕骨等的个体化制备等。快速成型技术的发展，将骨科的外科手术治疗提升到个性化治疗阶段，极大地提高了手术的效率与准确性。
综上所述，运用计算机导航模板指导Oxford 单髁置换手术，是将现有计算机辅助技术与快速成型技术的良好结合，具有精度高，手术时间短等优点。它简化了手术中复杂的定位环节，适合于广大骨科医师快速学习和掌握。
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