李子全，翁習(xí)生

人工全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)（total knee arthroplasty,TKA）是治療各種病因?qū)е碌慕K末期膝關(guān)節(jié)疾病最有效的方法。手術(shù)技術(shù)的巨大進步提高了關(guān)節(jié)假體位置及力線的精準性，并減少軟組織損傷，使TKA成為20世紀以來最為成功的外科手術(shù)之一[1]。TKA成功的關(guān)鍵因素包括重建下肢良好的力線和軟組織平衡。目前機器人輔助和導(dǎo)航輔助技術(shù)的發(fā)展可提高截骨的準確性，以及力線重建的精確性；但軟組織平衡仍主要基于外科醫(yī)師的主觀經(jīng)驗[2,3]。軟組織平衡不良可導(dǎo)致關(guān)節(jié)不穩(wěn)定、術(shù)后疼痛和膝關(guān)節(jié)翻修等問題[4,5]。術(shù)中軟組織平衡受到許多因素的影響，如患者的體重指數(shù)（body mass index,BMI）、性別、麻醉深度、關(guān)節(jié)周圍韌帶的松弛狀態(tài)、術(shù)前關(guān)節(jié)屈曲畸形程度等[6]。近年來，隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展，通過無線傳輸技術(shù)能夠在術(shù)中提供內(nèi)外側(cè)關(guān)節(jié)間室壓力的實時量化數(shù)據(jù)反饋，使獲取TKA術(shù)中軟組織平衡的客觀數(shù)據(jù)成為可能，便于術(shù)者更加準確地做出關(guān)于假體位置和軟組織平衡的決策，從而全方位地改善術(shù)后關(guān)節(jié)平衡和穩(wěn)定性[7-9]。與傳統(tǒng)TKA相比，傳感器輔助TKA能夠使膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間室應(yīng)力更加對稱，從而提高軟組織平衡的準確性。雖有研究及綜述闡述傳感器技術(shù)的發(fā)展及其在軟組織平衡中的作用，但對傳感器技術(shù)應(yīng)用于TKA 術(shù)后的長期臨床療效尚存爭議[10-12]。因此，本文對傳感器輔助TKA與傳統(tǒng)TKA手術(shù)相比的優(yōu)勢及其在提高臨床療效方面的作用進行綜述。

1 傳感器技術(shù)的發(fā)展

傳感器的早期研究主要聚焦于TKA術(shù)后脛股關(guān)節(jié)面及膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間室應(yīng)力。這些研究基于機械結(jié)構(gòu)設(shè)計、壓力測量技術(shù)、信號采集與無線傳輸及數(shù)據(jù)接收與顯示，具體包括立體攝影測量、壓力敏感薄膜、壓電傳感器和計算機模型等[1,13]。目前用于初次TKA軟組織平衡的傳感器主要有兩種：VERASENSE系統(tǒng)（OrthoSensor,Dania Beach,FL,USA）和eLIBRA動態(tài)膝關(guān)節(jié)平衡系統(tǒng)（Synvasive Technology,Reno,NV,USA）[14,15]。相較于eLIBRA 僅與Zimmer 膝關(guān)節(jié)系統(tǒng)兼容，VERASENSE 系統(tǒng)的應(yīng)用更為廣泛，因此本文僅針對VERASENSE 系統(tǒng)展開論述。該術(shù)中傳感器系統(tǒng)由Gustke等[14]在2014年首次報道。在該項納入176例患者的多中心研究中，脛骨和股骨截骨完成后，將該傳感器系統(tǒng)插入脛骨試模托盤中，能夠針對術(shù)中脛骨-股骨的位置和膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間室的峰值應(yīng)力提供動態(tài)、定量的實時反饋。電子信號可通過電子接收器傳遞到顯示終端，從而使外科醫(yī)師能夠監(jiān)測整個屈伸運動過程中膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間室的應(yīng)力負荷，指導(dǎo)術(shù)者根據(jù)接收的實時反饋進行軟組織張力調(diào)節(jié)，以達到更為精確的軟組織平衡。

近年來，不同學(xué)者針對已有的傳感器技術(shù)提出了更為優(yōu)化的建議。Roth 等[16]提出傳感器應(yīng)滿足以下6個主要設(shè)計標準，以最大程度地提高傳感器輔助TKA 的效用：①傳感器必須可與標準脛骨模板互換（即相同的厚度、尺寸和形狀）；②傳感器必須能夠覆蓋整個脛骨截骨平面上的接觸點，因為在膝關(guān)節(jié)高度屈曲時，股骨-脛骨接觸點靠近脛骨試模的后緣；③傳感器必須能夠分別確定內(nèi)側(cè)和外側(cè)間室中接觸點的位置和應(yīng)力；④接觸點應(yīng)力測量的誤差范圍需足夠小，從而更準確地發(fā)現(xiàn)應(yīng)力不平衡，以減少術(shù)后對膝關(guān)節(jié)功能的影響；⑤接觸點位置選擇的誤差范圍需足夠小，從而更準確地檢測異常股骨-脛骨運動軌跡；⑥傳感器必須能夠承受每個間室高達450 N的應(yīng)力，以便更準確地發(fā)現(xiàn)TKA術(shù)后應(yīng)力不平衡?；谝陨蠘藴剩琑oth等[16]針對VERASENSE系統(tǒng)對間室測壓有效面積不足的問題進行改良，增大測壓面積，減少應(yīng)力位于截骨平面邊緣而產(chǎn)生的誤差，并在體外試驗中得到驗證。另有學(xué)者提出并實施了壓力測量與假體運動軌跡重建相結(jié)合的無線可視化傳感系統(tǒng)。在手術(shù)過程中，傳感裝置能夠捕獲圖像，同時獲取膝關(guān)節(jié)假體內(nèi)部的應(yīng)力分布。該系統(tǒng)提供了誤差不超過±5 N 的應(yīng)力平衡測量，運動軌跡重建有助于發(fā)現(xiàn)應(yīng)力測量或瞬時重建無法檢測到的手術(shù)缺陷[17]。

2 傳感器技術(shù)對軟組織平衡與膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間室應(yīng)力的影響

膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性和內(nèi)外側(cè)間室平衡已被證明是改善TKA 術(shù)后臨床療效的重要因素[18,19]。術(shù)中傳感器技術(shù)的應(yīng)用減少了外科醫(yī)師主觀判斷產(chǎn)生的對膝關(guān)節(jié)平衡的固有缺陷[20-22]。外科醫(yī)師可以通過傳感器可視化的圖形用戶界面提供的動態(tài)的間室應(yīng)力變化，觀察膝關(guān)節(jié)運動過程中假體旋轉(zhuǎn)對力線及軟組織平衡的影響，在調(diào)整假體位置、力線和軟組織松解時接收實時動態(tài)的客觀信息。

與此同時，已有研究應(yīng)用VERASENSE傳感器系統(tǒng)的實時定量反饋對軟組織平衡的標準進行重新評價和量化[14]。將膝關(guān)節(jié)定義為“平衡”必須滿足兩個標準：首先，關(guān)節(jié)必須在矢狀面上表現(xiàn)為穩(wěn)定；其次，脛骨平臺內(nèi)側(cè)和外側(cè)間室的應(yīng)力差不能超過15磅力（相當于67 N，1磅力=4.45 N）。選擇15磅力作為“平衡”定義的上限是基于：①生物力學(xué)研究股骨髁在被動狀態(tài)下的壓力；②通過經(jīng)驗豐富的外科醫(yī)師的術(shù)中觀察；③該研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)外側(cè)間室應(yīng)力負荷差超過20磅力（相當于89 N）的患者，術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能評分及臨床療效顯著下降[23]。

術(shù)者首先應(yīng)用測量截骨法進行常規(guī)截骨，置入脛骨和股骨假體試模后，通過傳感器技術(shù)定量評估內(nèi)外側(cè)間室壓力。根據(jù)軟組織平衡標準，如果初始評估膝關(guān)節(jié)間隙不平衡，則建議進一步行軟組織松解，或采用多點針刺Pie-crusting技術(shù)，或縮小平臺，或增加截骨量后再次評估軟組織平衡情況。每次進行軟組織平衡調(diào)整后，都應(yīng)將傳感器插入脛骨試模重新測定間室壓力，并在插入前將數(shù)據(jù)接收器歸零，以最大限度減少傳感器相關(guān)誤差。由于VERASENSE 傳感器系統(tǒng)設(shè)計類似于墊片試模，并未顯著增加手術(shù)步驟及流程，故而學(xué)習(xí)曲線較平滑，無需過多增加手術(shù)時間[12,24]。

一項7具膝關(guān)節(jié)尸體標本研究中證實，傳感器技術(shù)能夠通過指導(dǎo)軟組織平衡，從而獲得膝關(guān)節(jié)屈曲運動過程中間室的應(yīng)力平衡。該研究提出，傳感器的實時數(shù)據(jù)反饋在TKA術(shù)中指導(dǎo)軟組織平衡起到重要作用[25]。Cho等[26]在84例伴有內(nèi)翻畸形的膝骨關(guān)節(jié)炎患者中，采用VERASENSE傳感器系統(tǒng)輔助單側(cè)TKA，通過使用傳感器進行客觀量化，發(fā)現(xiàn)TKA術(shù)后內(nèi)外側(cè)間室應(yīng)力均顯著降低，從而79例患者（94%）獲得內(nèi)外側(cè)間室應(yīng)力平衡的膝關(guān)節(jié)。Song等[27]在一項納入50例傳感器輔助TKA患者的前瞻性隊列研究中提出，即使在完成傳統(tǒng)的軟組織平衡后，通過傳感器測量，仍存在冠狀面和矢狀面應(yīng)力的失衡，其中74%的膝關(guān)節(jié)需要進行再平衡的調(diào)整。因此，術(shù)中傳感器的應(yīng)用具有直接評估假體應(yīng)力平衡的優(yōu)勢。近年來，已有多個研究對傳感器輔助TKA與傳統(tǒng)TKA進行比較。有學(xué)者對48例患者（60例TKA）展開前瞻性研究，對比外科醫(yī)師經(jīng)驗評估（surgeon-defined assessment,SDA）、間隙平衡器（gap-balancer,GB）和傳感器系統(tǒng)這3種技術(shù)在膝關(guān)節(jié)屈曲0°、45°、90°和120°時的敏感度、特異度和準確性，研究結(jié)果提示SDA是一類較差的預(yù)測膝關(guān)節(jié)平衡的指標，GB雖然在一定程度上提高了軟組織平衡，但對于不平衡的膝關(guān)節(jié)，其準確性仍不如傳感器技術(shù)[28]。MacDessi等[29]對322例TKA患者進行前瞻性研究，結(jié)果顯示，在膝關(guān)節(jié)屈曲10°、45°和90°時，SDA與傳感器技術(shù)相比的準確性分別為63%、57.5%和63.8%，SDA 的總體敏感度為81%，特異度為37.7%。因此，該研究表明，與傳感器技術(shù)相比，SDA并不能更準確地預(yù)測軟組織的平衡及評估膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性。

Elmallah 等[5]比較了12 例傳感器輔助TKA 患者和12例由經(jīng)驗豐富的外科醫(yī)師采用傳統(tǒng)間隙平衡法的TKA 患者，結(jié)果顯示，將傳感器技術(shù)應(yīng)用于TKA可以實現(xiàn)膝關(guān)節(jié)的軟組織平衡。與傳感器技術(shù)相比，傳統(tǒng)間隙平衡法往往依賴于外科醫(yī)師的主觀評估，可能導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間室應(yīng)力不均。傳感器輔助TKA 的優(yōu)點是：在術(shù)中為適當?shù)能浗M織松解提供客觀的、可量化的反饋。但該研究同時指出，獲得平衡更為理想的膝關(guān)節(jié)是否意味著更好的臨床療效和關(guān)節(jié)功能，尚有待更進一步的研究證實。

3 傳感器技術(shù)對膝關(guān)節(jié)功能及臨床療效的影響

3.1 傳感器輔助TKA可實現(xiàn)更精確、可重復(fù)的軟組織平衡

為了明確傳感器輔助TKA術(shù)后應(yīng)力平衡的患者是否比非平衡的患者具有更好的臨床療效，Golladay等[30]通過前瞻性、多中心、盲法、對照試驗，納入318例初次TKA患者。該研究將膝關(guān)節(jié)屈曲10°、45°和90°時內(nèi)外側(cè)間室應(yīng)力差小于15磅力的患者定義為平衡組，術(shù)后6周和6個月的隨訪結(jié)果顯示，平衡組患者的美國膝關(guān)節(jié)協(xié)會評分（Knee Society Score,KSS）和關(guān)節(jié)遺忘評分（forgotten joint score-12,FJS-12）均明顯高于非平衡組患者，表明傳感器輔助TKA能夠?qū)崿F(xiàn)更精確、可重復(fù)的軟組織平衡，平衡組患者術(shù)后早期臨床療效更為理想。Gustke等[14]的研究表明，術(shù)后6個月隨訪時，平衡組患者的功能評分較非平衡組明顯改善。該研究已被作為代表性支持證據(jù)引用。但上述研究均僅涉及傳感器輔助TKA術(shù)中平衡組與非平衡組的比較，尚缺乏傳感器輔助TKA與傳統(tǒng)TKA的比較。一項對114例初次TKA患者的回顧性研究表明，6個月隨訪時傳感器組KSS評分、牛津大學(xué)膝關(guān)節(jié)評分及膝關(guān)節(jié)活動度的改善率均顯著高于傳統(tǒng)TKA組[31]。該研究雖然在一般人口統(tǒng)計學(xué)方面涉及患者匹配，但缺乏影像學(xué)評估，未能對兩組術(shù)前膝關(guān)節(jié)畸形嚴重程度進行匹配。

3.2 精確的軟組織平衡能否獲得更好的臨床療效有待進一步研究

最新的多項研究表明，術(shù)后應(yīng)力平衡與應(yīng)力不平衡的膝關(guān)節(jié)在臨床療效和膝關(guān)節(jié)功能評分方面無顯著差異。MacDessi 等[11]通過一項2 年以上隨訪的回顧性研究表明，盡管傳感器輔助TKA 能夠改善膝關(guān)節(jié)軟組織平衡和間室應(yīng)力平衡，但并沒有改善臨床療效，對術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生率及翻修率也沒有顯著改善。因此，精確的軟組織平衡能否改善膝關(guān)節(jié)假體的生存率和關(guān)節(jié)的生物力學(xué)仍有待進一步研究。在一項單中心、前瞻性、隨機對照雙盲研究中，納入初次TKA患者152例，其中傳感器輔助TKA組76例，對照組76例。以膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間室應(yīng)力差小于15磅力作為平衡標準，在對照組中36%（27/76）的患者膝關(guān)節(jié)不平衡，而傳感器組中僅5.3%（4/76）。但術(shù)后1年隨訪時，兩組KSS 評分、牛津大學(xué)膝關(guān)節(jié)評分、膝關(guān)節(jié)活動度及患者滿意度差異均無統(tǒng)計學(xué)意義[32]。Livermore 等[33]在一項371例患者的回顧性研究中，采用導(dǎo)航聯(lián)合傳感器輔助TKA，研究結(jié)果表明，導(dǎo)航技術(shù)聯(lián)合傳感器輔助TKA 組在患者報告的結(jié)果測量信息系統(tǒng)（patientreported outcomes measurement information system,PROMIS）、影像學(xué)評估及并發(fā)癥發(fā)生率等方面與傳統(tǒng)TKA組比較均無顯著差異。

對于傳感器技術(shù)在TKA臨床療效評價中存在爭議的原因，有研究指出可能與傳感器和真實墊片材質(zhì)不同有關(guān)[34]，另有研究指出可能與關(guān)節(jié)間室應(yīng)力的正常范圍尚不清楚有關(guān)。對于平衡良好的TKA，膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間室的應(yīng)力值應(yīng)為多少，目前尚缺乏相關(guān)研究。有學(xué)者指出，應(yīng)用傳感器輔助TKA的“平衡”定義標準似乎過于嚴格，因為傳感器是一種高度敏感的工具，它對輕微的位置變化和關(guān)節(jié)假體的調(diào)整（旋轉(zhuǎn)或平移）會做出敏感的反應(yīng)[7,35]。在一項258例患者的回顧性研究中，Meneghini等[7]的研究結(jié)果不支持膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)間室應(yīng)力差小于15磅力作為平衡標準。該研究結(jié)果顯示，術(shù)后4個月隨訪時，以15磅力為標準的兩組患者膝關(guān)節(jié)功能評分、滿意度評分差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。與應(yīng)力差＞60磅力組患者相比，應(yīng)力差＜15磅力組患者加利福尼亞大學(xué)洛杉磯分校（the University of California Los Angeles,UCLA）膝關(guān)節(jié)活動評分更高，但兩組患者KSS 評分系統(tǒng)和歐洲五維健康量表（EuroQol Five Dimensions Questionnaire,EQ-5D）評分差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。另有研究提出，行走及爬樓梯時肌肉相互作用的動態(tài)過程無法完全通過特定運動點的靜態(tài)平衡重現(xiàn)[25]。67.1%的傳感器輔助TKA患者為達到膝關(guān)節(jié)在屈曲10°、45°和90°時的平衡標準，需要接受額外的軟組織松解，這些軟組織松解可能是常規(guī)TKA手術(shù)過程中不需要的步驟，在一定程度上可能會造成膝關(guān)節(jié)在整個屈伸運動過程中的過度松弛[30,36-38]。因此，關(guān)于“平衡”標準范圍的探究，以及針對每例患者個體化的測量與設(shè)計具有重要意義[39,40]。對于傳感器輔助TKA的臨床效益和膝關(guān)節(jié)假體長期生存率的研究，仍有待多中心、更大樣本量的長期隨訪。

4 小結(jié)

傳感器技術(shù)能夠在TKA術(shù)中提供實時、動態(tài)的間室應(yīng)力反饋，為軟組織平衡提供客觀數(shù)據(jù)。然而，對于膝關(guān)節(jié)間室應(yīng)力平衡的定義及傳感器輔助TKA能否改善膝關(guān)節(jié)遠期功能和患者滿意度，目前尚未達成統(tǒng)一的共識。理想狀況下，應(yīng)力平衡的標準需通過精心設(shè)計的運動研究來確定，軟組織平衡的改善需考慮是否影響長期臨床療效、膝關(guān)節(jié)功能評價和假體生存率。此外還需兼顧傳感器技術(shù)的成本和軟組織過度松解的潛在風(fēng)險。因此，骨科醫(yī)師的經(jīng)驗和傳感器技術(shù)的適應(yīng)證選擇對傳感器技術(shù)成功應(yīng)用于TKA至關(guān)重要。清楚了解傳感器技術(shù)的優(yōu)缺點，明確傳感器技術(shù)的適應(yīng)證，才能使關(guān)節(jié)外科領(lǐng)域由傳統(tǒng)手術(shù)向個體化、智能化方向發(fā)展。

【利益沖突】所有作者均聲明不存在利益沖突