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刘宁 三甲
刘宁 副主任医师
哈医大一院 关节外科

浅谈中国关节置换外科的现状与未来(转自王坤正教授)

人工关节置换术经过近百年的发展,已经成为治疗各类中晚期关节疾病的标准手术之一。随着人工关节技术及医疗水平的发展,关节置换的质量也迅速提高,能够有效地缓解疼痛,重建关节功能。我国人工关节置换已经有30 多年的历史,在广大骨科医师的努力下,取得相当大的成果。本文从假体材料、围手术期管理、数字化技术及存在的问题和发展趋势5 个方面简要综述了关节外科近年来的研究进展和我国关节外科的现状及未来方向。哈尔滨医科大学附属第一医院关节外科刘宁

人工关节置换术经过近百年的发展,目前已广泛开展,能有效地根除关节病痛,恢复关节功能以及提高患者生活质量,现已被认为是最成功的外科手术之一。在中国接受人工关节置换术的患者数量也呈逐年增长的趋势。同时,新技术、新方法和先进的围手术期处理的理念已经在国内得到了传播与应用,并在临床上逐渐积累了符合我国国情的关节外科手术技巧和围手术期管理经验。本文就人工关节置换术近年来的现状和进展做一探讨,供广大骨科医师作参考。

一、假体的材料

人工关节假体材料对关节置换的成功率和患者的治愈率起到了决定性作用,但关节负重界面磨损产生磨损颗粒并由此引发局部产生异物反应,进而导致假体周围骨溶解,发生无菌性松动已成为影响关节置换远期效果最主要的原因。因此,如何完善假体材料的性能,降低可能的磨损、离子释放、骨溶解等问题,是目前学者需要共同考虑的问题。目前常用的材料主要有金属、陶瓷及高分子有机材
料三种。

1. 金属材料。金属材料具有较高的力学性能,关节置换植入物的金属材料包括不锈钢、钴基合金、纯钛和钛合金及多孔钽等。不锈钢易被腐蚀,弹性模量高,易发生应力遮挡,现已少用。钴基合金具有良好的抗疲劳性能和耐磨性,目前仍广泛用于全髋系统中的股骨柄和球头,全膝系统中的股骨髁。纯钛和钛合金具有良好的生物相容性,但其摩擦系数高,不适于关节面制造。近年来钛金属表面多与磷酸羟灰石结合修饰,形成表面涂层诱导骨长入,增加假体和骨的结合强度。多孔钽易于骨长入,被称为“金属骨小梁”,是目前关节表面理想材料之一,其应用较晚,仍需大规模研究和随访。

2. 陶瓷材料。生物陶瓷的种类较多,其中氧化铝陶瓷是目前关节置换中最常见的陶瓷材料之一,具有硬度高,亲水性好和低摩擦系数等特点。如今,氧化铝陶瓷已经发展到第四代,具有更好的生物相容性,在硬度、抗磨、润滑性能上有了很大的提高。近年发现羟基磷灰石陶瓷植入机体后可以诱导成骨,增强骨整合能力,同时羟基磷灰石中加入氧化锆可以明显增强结合界面强度。新开发的氧化
锆- 氧化铝纳米陶瓷复合材料不仅表现出令人满意的生物相容性,而且具有较高的抗裂性、耐老化性和低磨损率,但由于应用时间短,尚需更深入的评估。

3. 高分子有机材料。超高分子量聚乙烯材料被广泛应用于髋臼、臼衬、胫骨平台垫等,是关节置换中的首选材料,具有生物相容性好、质量轻、强度较高等优点。但其磨损产生的碎屑常导致植入物无菌性松动甚至假体植入失败。Vaidya 等研究发现,混有维生素E 的高交联聚乙烯可以显著降低全膝关节置换后材料的磨损,并可应用于更年轻及对关节活动度有更高要求的患者。

二、围手术期管理

近年来,围手术期管理在髋膝关节置换术中越来越受到重视。

1.围手术期血液管理。人工髋膝关节置换术围手术期存在大量失血和异体输血率较高等血液管理问题,术中血液管理旨在减少术中和术后失血量,基本措施包括急性等容血液稀释技术,抗纤溶治疗,使用止血带等。氨甲环酸是目前抗纤溶药物的研究焦点,围手术期使用氨甲环酸可显著降低术后失血量及输血率,但不增加深静脉血栓的发生。氨甲环酸的应用目前尚无最佳标准计量,对于出血或存在大出血风险的患者,推荐尽早使用氨甲环酸。目前国内氨甲环酸的主要用法是在全膝关节置换术皮肤切开前及松止血带前均以15 mg /kg 的负荷量静脉滴注,并且在术后额外给予10 mg /kg 的剂量。

2.围手术期疼痛管理。良好的镇痛可使患者术后早期进行功能锻炼,加快康复,减少并发症,并提高患者对手术质量的整体评价。针对关节置换,有效且被广泛接受的是多模式镇痛,常用镇痛方法有超前镇痛、患者自控镇痛、硬膜外镇痛、周围神经阻滞、关节局部镇痛及冷疗镇痛。目前使用较为广泛的方案是术前3 d、术前1 d 及术前半小时单剂量使用非甾体抗炎药物进行超前镇痛; 手术当天行股神经+ 坐骨神经阻滞,术中对伤口周围局部注射“鸡尾酒”( 包括罗哌卡因、肾上腺素、酮洛酸) ,术后切口周围冰敷。镇痛方案的选择要因人而异,即
个体化镇痛。

三、数字化骨科技术

随着计算机技术的发展及影像数据处理系统的开发,数字化技术应用于人工关节置换术表现出不可替代的应用价值,主要应用方向包括关节置换虚拟手术、关节假体设计和制造及计算机辅助手术操作。

1.关节虚拟手术。关节虚拟手术是通过三维( three dimentional,3D) 重建,用精确的器官构造模拟骨关节在外力交互作下发生变形切割的过程,并通过视觉、听觉、触觉反馈等形式来提供逼真的置换手术现场感。“虚拟仿真”可重现各类关节损伤、从不同角度观察、预演手术,便于选择最佳方案以减少术中出血,降低手术风险。

2.关节假体设计及制造。通过对正常人关节CT 扫描,运用数字化技术对关节形态及截骨后形态进行测量,建立数字化关节模型数据库,为关节假体设计提供形态学数据。精确设计与骨骼解剖形态一致的个性化假体,利用快速成型技术获得个性化假体,同时可利用关节实体模型进行个性化截骨和假体预测,制定术前计划。

3.计算机辅助系统。通过计算机辅助,使截骨更准确,假体安装更精确,术后力线恢复更接近生理状态,即为计算机辅助手术操作系统,主要包括手术导航和机器人系统。导航系统通过术者录入患者的影像学资料或解剖标志来启动手术导航,可以准确、实时确定假体和手术器械的位置和方向,有助于提高手术精度和指导截骨、软组织平衡、下肢力线以及假体旋转控制等。机器人辅助关节置换在术前规划、术中精确地切骨和假体的定位等有明显优势。机器人系统可降低翻修术去除骨水泥时导致骨折或骨皮质穿透的风险,提高假体安装位置的精确性和匹配度。

四、目前中国关节外科的主要问题

1. 地区发展不平衡。中心城市大医院许多医师关注的重点已不在初次常规性置换手术,兴趣点更集中于复杂翻修或困难病例的治疗。而在经济欠发达地区,相当一部分专科医师尚未掌握这门技术,仍处学习阶段。

2.手术指征掌握不严。对于某些病例,尤其是青壮年,一些指征放得过宽,过于依赖关节置换,忽略了其他治疗方法的作用,如关节融合、截骨矫形等,错误地将人工关节技术等同于“关节外科”。应当强调指出,解除关节疾患的方法多种多样,采取关节置换术只是其中的方法之一,这门技术在矫形骨科、创伤骨科、骨肿瘤科等领域都是不可或缺的治疗手段。

3. 过于求新,追逐时髦。掌握任何一种新手术必须经历一学习过程,多数医师往往需要治疗30 例以上的经验积累,此后仍需要经常行同类手术熟练其操作技巧。现代医学提倡循证医学,临床医师都认同这样的道理,即最新的疗法或药物未必是最好的。遇到最新进入市场的产品,即使对于经验丰富、技术娴熟的骨科医师,在其更换使用假体的类型时,也需要通过最初几例手术了解新假体和配套器械的特点。目前骨科医师可接触到的各种新型关节假体设计理念很好,但最终效果仍有待临床长期随访结果验证。

五、中国关节外科未来方向

1. 骨移植材料仿真化。现阶段骨移植材料都存在一定缺点,原因就是不能完全模拟正常人的组织与器官。仿真化使人们看到了骨与软骨修复的曙光,未来研究的重点将集中在构建出与正常组织生物学特性及机械特性相近似的人造骨和软骨组织,可望为患者提供与正常人体相同功能形状的骨与关节。

2. 功能重建最佳化。人工关节功能重建未来可根据仿生学原理,利用各种先进的加工制造技术,在人工关节表面加工出微纳米结构。这种多角度的几何结构不仅有助于减少人工关节表面的摩擦,同时还可通过在人工关节表面微结构内种植干细胞或骨细胞来提高其生物相容性,从而将人工关节外科推向一个更接近人体生理功能的新高度。

3. 微创置换技术。人工关节的微创置换是近年来关节外科发展的一大特点。传统的广泛暴露的关节置换手术,存在失血多、创伤大、功能恢复慢等不足,使越来越多的学者尝试采用小切口和微创关节置换的技术。未来需对技术、工具和假体等进一步改进,以使微创关节置换更加标准化和系统化,更加简单和准确。特别是智能化导航技术与微创置换技术的结合,可以有效地避免因暴露困难而导致的假体力线不良等并发症,是未来发展的方向。

4. 3D 打印在关节置换中的应用。个体化治疗是骨科发展的一个方向,3D 打印技术是数字化技术的集中体现,可以通过制定高精度的手术方案和植入假体,实现手术的个体化、精准化,从而提高高难度手术的成功率; 除此之外,3D 打印技术还可以用于制备个体化手术导板和假体,使个体化植入物与患者骨骼的匹配更精准。采用3D 打印技术制造的组织工程关节支架不仅具有匹配的解剖外形,而且其内部功能性三维多孔结构为体液渗入、细胞和组织生长提供空间。随着3D 打印技术的不断发展,自体“生物型人工关节”将在未来成为可能。

5. 人工关节登记随访系统。通过人工关节登记系统,可获取完善的关节置换人群的流行病学资料,不断显示各类置换术的统计学资料,据此可论证导致手术失败的危险因素; 有利于骨科医师提高技术,提高假体制造水平,无论是对关节置换技术,还是对社会效益,都有积极的作用。在我国,卫生部在2012 年向全国推行《人工关节置换病历登记系统》,目前仍处于试用阶段。全国性的关节登记系统的构建是未来发展的方向,有待于骨科同行的参与和相关机构的支持。

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