机器人辅助全膝关节置换术促进CPAK自然力线恢复的临床研究

引言 

全膝关节置换术（TKA）是治疗有症状的终末期膝关节骨性关节炎的一种有效方法，在过去十年中，TKA 已成为全球最常见的关节置换手术[1]。然而，患者的满意度仍然维持82% ~ 89%之间[2]，如何进一步提高术后效果及患者满意度，依然是关节外科急需解决的问题。TKA 中肢体对线不良可能会导致膝关节运动学改变、假体磨损增加、功能效果不佳以及假体过早失效等术后并发症。因此，对力线的理解和优化被一致认为是降低目前TKA术后患者不满意率的关键因素[3]。

为了解决TKA后的不满意和非自然膝关节的问题，目前提出了基于每个患者关节炎前膝关节力线的个性化复位策略[4]。而其中最有代表性的，就是功能对线（FA），即通过调整MPTA和LDFA在预定范围内，以保持膝关节平衡，同时保留患者的膝关节冠状面力线（CPAK）表型。这一策略越来越多地得到机器人和计算机断层扫描引导的手术规划的支持，使术中精确调整成为可能[5]。FA的目的是在限制软组织松解的同时，通过调整假体位置来恢复关节的固有平面和倾斜，但高质量的研究仍然缺乏，如何进行有效的研究仍然是急需解决的问题[6]。

MacDessi等[7]人最近提出了膝关节冠状面力线（CPAK）分类系统，有助于确定可能从各种对线策略中获益最多的人群，被认为是一种实用的、全面的综合评估工具。该系统根据两个独立变量将膝关节表型分为9个不同的变异：体质对线、即算术髋-膝-踝角（aHKA）和关节线倾斜（JLO）[4]，不仅适用于有骨性关节炎的膝关节，也适用于健康人。   

目前通过CPAK分型进行膝关节对线的研究仍然缺乏，且采用不同的对线理念或膝关节置换术后，相较于术前CPAK分型发生改变，其临床结局如何存在争议。Sarang等[8] 就通过回顾性分析134例使用机器人辅助全膝关节置换术的患者，发现术后CPAK改变的116例患者中111例(95.7%)对手术结果满意，认为改变患者的固有关节线和CPAK分型不会显著改变患者的满意度。而Sung等[9]通过对接受UKA的患者1年的随访研究发现，保留原始CPAK力线的患者具有好的临床结果。所以，对MA及FA对线理念下TKA术后CPAK分型的改变及其与临床功能的关系，仍需要进一步研究。

因此，为了提高全膝关节置换术患者的满意度，回顾性研究机器人辅助TKA及手工TKA 两种不同手术方式在临床、影像学及围术期方面的差异，旨在寻找出最佳的治疗方案，以指导临床实践，为全膝关节置换术提供更有效和个性化的对线选择。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析2023年6月至2024年10月本院及医联体单位连续收治的90例膝关节骨性关节炎患者，由同一手术团队进行全膝关节置换术，根据手术方式的不同分为：机器人TKA组45例，年龄为65-71岁，平均年龄（70.5 ± 4.0 ）岁，其中男性20名，女性25名；手工TKA组45例，年龄为67-70岁，平均年龄（71.0 ± 3.0）岁，其中男性28名，女性17名；本研究经伦理委员会审批通过，伦理批件号［2022-176］，所有患者及家属均在术前签署知情同意。

纳入标准：① X线或CT确诊为终末期膝骨关节炎患者，Kellgren-Lawrence 分级为Ⅲ-Ⅳ级；②既往无膝关节手术史；③患者能接受机器人辅助TKA 或传统手工TKA治疗方案；④自愿参加本试验，并签署知情同意书者；⑤初次行TKA患者。

排除标准：① 合并膝关节周围神经系统病变、膝关节活动性感染；② 既往有膝关节置换术的患者；③ 严重心、肺、肝、肾功能不全，术前无法快速纠正者；④ 恶性肿瘤患者，严重血液系统、内分泌系统疾病术前无法快速纠正者；⑤ 麻醉止痛类药物过敏症；⑥其他影响评估结果因素：如酒精药物滥用；认知或交流功能障碍；⑦不愿意合作者（指不能配合治疗或不能按规定方案进行治疗而影响疗效者）及精神病患者。

1.2 手术方法

1.2.1 观察组

全身麻醉后，患者取仰卧位，采用气囊止血带，采取前正中切口，髌旁内侧入路显露膝关节，术前通过对患者的CT扫描进行术前分析，并建立术前计划，术中将患者、机器人放置于合适位置后，开始行机器人手术，主要步骤：①安装股骨、胫骨参考架，并置入股骨、胫骨标记钉子；②骨注册与验证，将CT骨模型与病人骨骼进行匹配，保证术中平衡、截骨等操作时的精准度；③关节动态平衡：在骨注册后移除股骨和胫骨的骨赘，再进行关节平衡；通过伸展间隙、屈曲间隙的采集，确定膝关节屈伸内外侧间隙（见图1）；④触觉反馈下截骨：采用直角锯、矢状锯等，进行股骨、胫骨截骨，机器人系统会自动划定截骨边界，防止损伤软组织及血管神经；⑤试模复位、力学评估及骨表面处理：安装试模后，再次进行屈伸间隙平衡，评估受力及膝关节内外侧间隙平衡。⑥植入假体（史赛克豪美迪克骨科公司，美国）：冲洗术区后，调制骨水泥，并进行假体植入，刮除多余渗出骨水泥，并再次在机器人辅助下行内外侧间隙平衡测试，确定理想膝关节间隙和下肢力线。

1.2.2 对照组

所有患者均采用传统手术器械进行，均根据以下MA目标进行对齐：冠状位对齐（胫骨近端和股骨远端机械轴均为中立）；股骨旋转（相对于髁突后轴外旋3°，或相对于外科经髁上轴中立，以产生一个矩形屈曲空间）；胫骨旋转（平行于Insall线），股骨屈曲6°（3°~ 5°）；胫骨后倾角（3°），若试验后出现不平衡，则进行软组织松解，最终植入膝关节假体（捷迈邦美公司，美国）。MA一直是，并且仍然是全球最常见的TKA对齐技术。

1.2.3 术后处理及康复

常规对两组内所有患者均使用抗生素预防感染，并使用低分子肝素皮下注射、双下肢气压治疗以防止深静脉血栓形成。同时，术后常规使用镇痛泵行有效镇痛，康复师在术后第一天即介入，指导患者进行有效的康复练习。

1.2.4 观察指标

随访1年，对比两组手术相关指标（手术时间、术中出血量、止血带使用时间、术后下地时间、住院天数和住院费用）、膝关节功能评分KSS（美国膝关节学会评分系统），拍摄膝关节的双下肢全长X线，并测量以下数据（见图2）：①髋膝踝角（hip-knee-ankle angle, HKA）②股骨远端外侧角（distal femoral angle, LDFA）；③胫骨近端内侧角（medial proximal tibial angle, MPTA）；④CPAK 分型：aHKA= MPTA-LDFA，JLO=MPTA+LDFA 

1.3 统计学方法

采用 SPSS 25.0软件进行统计分析。对正态分布的计量资料以均数±标准差进行表示，组间比较采用独立样本 t 检验；计数资料以例数 (%) 表示，组间比较采用χ2 检验；等级资料以例数(%)表示，当 P<0.05时，可判断差异具有统计学意义。

2 结果

2.1对比两组手术相关指标

表1 对比两组手术相关指标 

机器人组手术时间及止血带使用时间均长于手工组，但机器人组的术后下地时间较手工组更早（P＜0.05）。见表1

2.2对比两组影像学结果及膝关节表型变化

表2 对比两组影像学指标

机器人组与手工组均能有效恢复膝关节骨性关节炎患者下肢力线，但机器人组术后MPTA角明显小于手工组，且有统计学意义（P＜0.05），机器人TKA可最大限度恢复胫骨近端内侧自然力线参数。见表2

2.3对比两组CPAK自然力线恢复

表3 对比两组术前术后CPAK冠状面分型对比n%

机器人组与手工组患者术前冠状面CPAK分型中占比最高的均为CPAK I 型，但机器人组术后CPAKI 型比率高于手工组，机器人TKA可最大限度恢复CPAK自然力线参数。见表3

2.4对比两组膝关节功能KSS评分

表4 对比两组膝关节功能评分KSS 

机器人组与手工组均能有效改善膝关节骨性关节炎患者术后功能，术后12月两组功能评分机器人组高于手工组，但无统计学意义；但机器人组在短期术后1月内功能评分明显高于手工组，有统计学意义（P＜0.05），见表4 

3 讨论

3.1 机器人TKA及其优势

机器人系统是在计算机导航辅助手术基础上发展而来的，不仅能为医生提供基于解剖数据的截骨和假体植入位置参考信息，还拥有可以执行部分手术操作或引导医生在安全工作范围内进行操作的机械臂或工作组件，进一步提高了 TKA 的精准性， 是当前膝关节外科领域发展热点。按照医师在术中介入操控程度，机器人系统分为主动式/自动式（active）、半主动式（semi-active）和被动式（passive）三类[10]。

机器人辅助关节置换技术具有许多优势，1、提高了假体精准性。Hampp等通过尸体研究，发现与传统手工TKA相比，机器人TKA的截骨和假体放置准确性均更高（P＜0.05）。Kort等通过对10533例机器人和手工TKA的META分析证实，机器人TKA术后可获得更加精确的HKA角，LDFA角，MPTA角，而角度偏差的减小延长了假体寿命。2、由于机器人系统术中不需要开髓，这就减少了术中出血，骨量丢失以及脂肪栓塞的风险。3、软组织干扰少，促进患者快速康复。Kayani等通过前瞻性队列研究，发现机器人辅助TKA能有效减轻患者术后疼痛，改善膝关节屈曲程度，缩短住院时间。

3.2 CPAK分型的提出与优缺点

CPAK是一种基于体质力线和JLO的实用的、全面的冠状位膝关节力线分类方法；在健康人群或骨关节炎的膝关节中，CPAK分型存在显著的种族差异。健康人群中，高加索人最常见的膝关节表型是CPAKⅡ型，其次为CPAK I型。而亚洲人群中则发现大多具有结构性内翻力线，CPAK I型是最常见的表型。Miyamoto等就通过回顾性分析500名接受初次TKA的膝骨关节炎患者，研究其CPAK分型的分布情况，发现日本患者中最常见分布为 I型(53.8%)，其次为Ⅱ型(25.4%)，且大多数膝骨关节炎患者的关节呈内侧倾斜，伴有体质内翻。本研究中发现：机器人组与手工组患者术前冠状面CPAK分型中占比最高的均为CPAK I 型，但机器人组术后CPAKI 型比率高于手工组，机器人TKA可最大限度恢复CPAK自然力线参数。

3.3 功能与CPAK的相关性

目前关于中国膝骨关节炎中CPAK分型的研究甚少，且采用不同的对线理念或膝关节置换术后，相较于术前CPAK分型发生改变，其临床结局如何存在争议。本研究中发现，机器人组与手工组均能有效改善膝关节骨性关节炎患者术后功能，长期随访两组功能评分无显著差别，但机器人组在短期术后功能评分明显高于手工组；与此同时，由于亚洲人群中则发现大多具有结构性内翻力线，胫骨近端内侧角平均值为87.0°。所以对于CPAKI型膝骨关节炎，在机器人辅助TKA术中，遵循功能对线理念，通常术中优先采用胫骨内翻截骨策略，不仅同时调整了屈伸间隙，而且优化了膝关节及踝关节的力线。 Lee和 Chang等的研究都证实，对膝内翻患者行 TKA 手术能够有效改善距骨的倾斜，纠正踝关节的异常力线。所以，对机器人辅助下中国人术前术后CPAK分型的改变情况及功能结局，不同CAPK分型的患者如何进行机器人辅助TKA，仍需要进一步研究。

3.4 本研究局限

当然，本研究尚存在一些不足之处；首先，本研究采用回顾性设计，没有进行完全随机对照，存在选择偏倚的可能性；其次，随访时间仍相对较短，限制了研究结果的普遍适用性，因为早期功能结局可能无法可靠地预测远期结局或植入物存活情况。未来的研究应包括延长随访期，以评估恢复术前膝关节表型对TKA结果的长期影响。

3.5 结论

综上所述，机器人辅助全膝关节置换术能够优化早期临床疗效，与机械轴对线相比，功能学对线在恢复患者固有冠状面CPAK分型、避免软组织松解、早期下地活动，在术后功能康复方面更具优势。

参考文献

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[10] 机器人辅助全膝关节置换术治疗严重膝骨关节炎的临床研究_王炜.pdf[Z].

基金资助：重庆市卫生健康委医学科研项目（2025WSJK032）