引用本文： 孫振輝, 李楠, 張弢, 辛景義, 馬信龍. 全踝關節置換術治療晚期踝關節炎研究進展. 中國修復重建外科雜志, 2018, 32(10): 1313-1316. doi: 10.7507/1002-1892.201803028 復制
據統計，踝關節炎（ankle osteoarthritis，AOA）患者約占所有人群的 1%[1-2]。與髖、膝關節以原發性骨關節炎為主不同，AOA 病因主要為創傷，其中骨折占 37.0%，扭傷占 28.3%[3]。踝關節發生創傷后，60% 患者會出現關節炎、距骨內/外翻傾斜，這與距骨周圍骨-韌帶失穩導致距骨在跟骨上異常位移或旋轉有關[4]。AOA 其他病因包括踝周肌力失衡、神經系統疾患、遺傳、免疫、代謝病等，上述因素均會導致踝關節軟骨細胞生物學和生物力學異常，最終退變形成關節炎[5]，關節炎晚期會引起關節嚴重疼痛和功能障礙[6]。
AOA 臨床治療包括保踝和踝關節去除（融合、置換）兩種方案。踝關節融合和全踝關節置換術（total ankle arthroplasty，TAA）適合于晚期 AOA 或對稱性（后足力線正常）AOA。踝關節融合可有效解除疼痛，但遠期踝周圍關節退變發生率較高。20 世紀 70 年代之前，踝關節融合是晚期 AOA 治療的金標準，目前仍是部分臨床醫生的首選方案[7]。相對踝關節融合而言，TAA 能夠解除疼痛、保留踝關節活動度、減輕踝周圍關節退變[7]。但因為 TAA 手術操作復雜且學習曲線較長[8-9]，同時患者多為體質量指數較大的男性創傷關節炎者[10]，術后無菌性松動、假體下沉等并發癥較多[11]，所以手術效果遠不及髖、膝關節置換術[12]。近年來隨著計算機輔助技術（3D 規劃、導航、機器人等）在髖、膝關節置換術中的成功應用[13-14]，旨在提高截骨和假體安置精準度的計算機輔助 TAA 技術逐漸開始臨床應用。本文就 TAA 治療晚期 AOA 的現狀及進展作一綜述，探討其發展方向。
1 TAA 現狀
Lord 和 Marrott 首先采用關節假體進行了 TAA，盡管 TAA 能在解除踝關節疼痛同時保留踝關節活動度、減輕或避免后足關節退變[7]，但由于踝關節周圍軟組織薄弱、生物力學復雜、假體設計自身缺陷等，早期 TAA 手術效果較差，臨床進展緩慢[15]。Kostuj 等[16]報道德國目前每年施行約 1 300 例 TAA，而踝關節融合例數是 TAA 的 3 倍。
隨著對踝關節解剖結構、生物力學認識的深入以及假體設計的進步，TAA 從第 1 代限制型假體到目前的第 3 代生物學固定、3 組件活動墊片假體，假體設計取得長足進步，手術效果也明顯進步[17]，近年來臨床 TAA 手術量逐年增加。Pugely 等[18]統計了 1991 年—2010 年美國醫保支付的 5 871 例 TAA，20 年間增長了 12.3 倍（1991 年 72 例增加至 2010 年 888 例），施行 TAA 手術的醫院從 1991 年的 3.1% 增加至 2010 年的 12.6%。Seaworth 等[19]統計了紐約市 1997 年—2010 年 420 例（444 踝）接受 TAA 的患者，從 1997 年的 4 踝增加至 2010 年的 87 踝；其中 2007 年、2008 年、2009 年、2010 年 TAA 數量分別為 24、45、72、87 踝，4 年間手術量增加了 3.6 倍。Stavrakis 等[20]統計結果提示從 2006 年起臨床踝關節融合患者比例逐漸降低、相應的 TAA 患者逐年增多。
2 傳統 TAA
Jastifer 等[21]隨訪了 1998 年—2003 年間采用 STAR 假體行 TAA 的 18 例患者，隨訪時間 10.2～14.6 年（平均 12.6 年），假體總體存活率為 94.4%（17/18）。末次隨訪時疼痛視覺模擬評分（VAS）由術前 8.1 分降低至 2.1 分，美國矯形足踝協會（AOFAS）評分由術前 32.8 分增加至 78.1 分。Kostuj 等[16]隨訪了德國足踝協會成立 2.5 年內志愿登記的 TAA 患者 621 例，末次隨訪 415 例患者中 89.9% 效果滿意，9.4% 效果一般，0.7% 效果差；因為力線不良或感染而需要更換組件的 TAA 真翻修（true revisions）率為 7.6%。
Stavrakis 等[20]隨訪了美國加利福尼亞州 1995 年—2010 年登記的 8 491 例踝關節融合（86.90%）和 1 280 例 TAA（13.10%）患者，TAA 早期并發癥（包括再入院率、假體或內植物周圍感染率）均顯著低于踝關節融合（OR 值分別為 0.67、0.28；P<0.05）；TAA 遠期距下關節融合率、再次踝關節融合率也顯著低于踝關節融合（風險比分別為 0.45、0.22；P<0.05）。Lawton 等[22]系統分析了 2006 年—2016 年的 TAA 文獻，結果表明 TAA 翻修率為 7.9%；TAA 術后 5 年內失敗率[19]為 7.1%～19%，10 年失敗率為 24%～31%。
Simonson 等[8]統計了 25 篇關于 TAA 學習曲線中并發癥情況的文獻（2 414 例、2 453 踝），結果發現并發癥發生率為 44.2%。Pangrazzi 等[12]隨訪了 96 例（104 踝）采用 Salto Talaris 假體行 TAA 的患者，平均隨訪時間 46 個月；104 踝中術中及術后共 35 踝發生并發癥，并發癥發生率為 34%。
由此可見，傳統 TAA 手術發展遠遠落后于髖、膝關節置換[23]，主要原因包括踝關節解剖形態較小、高接觸應力等自身因素以及 AOA 同時伴有的力線不良、踝失穩、軟組織平衡不良等患者因素。盡管 TAA 手術效果明顯優于踝關節融合，但仍具有較高的并發癥。傳統 TAA 手術操作復雜且學習曲線較長[8-9]，術后并發癥較多、12% 患者對手術效果不滿意[11]。
3 計算機輔助 TAA
研究表明，匹配的脛距關節接觸面積僅為 11～13 cm2，步行時承載 5 倍體質量[24]，因此 TAA 要求的假體位置和力線恢復精度均高于膝關節置換術。Espinosa 等[25]有限元分析結果表明，Mobility 假體脛距冠狀位力線不良>2° 時，聚乙烯墊片接觸壓力峰值和均值增大，超出聚乙烯墊片層裂的 10 MPa 閾值；Fukuda 等[26]發現距骨假體旋轉不良>7.5°，導致墊片邊緣負載（edge loading）并增加骨-假體接觸應力，最終導致距骨假體松動。
術中良好的軟組織處理[27]、合適的假體選擇、精確的假體安置[24]和力線恢復等是影響 TAA 療效至關重要的因素；TAA 力線不良是影響假體使用壽命的重要原因[28-29]。Maffulli 等[7]系統分析表明 TAA 手術失誤發生率高達 12.6%；早期 TAA 術后力線不良發生率高達 45%[30]；Barg 等[31]指出距骨假體前后偏距比值>0 組 TAA 患者踝關節疼痛、活動度和 AOFAS 評分均顯著低于偏距正常組。
隨著計算機輔助技術在骨科領域的廣泛應用，術前個體化導板設計、導航、機器人手術等在膝關節置換中取得良好效果，由此旨在提高截骨精度和假體安置準確度的 TAA 計算機輔助技術，近年也得到初步開展。計算機輔助 TAA 可以縮短手術時間、提高假體安置位置和力線精度、降低手術操作難度、減少術中透視時間[32]。2007 年 Adams 等[33]尸體標本研究證實，計算機輔助 TAA 可以達到經驗豐富醫生依賴于透視的傳統脛骨截骨方法效果。盡管 TAA 患者逐漸增多，至今臨床尚未開發適合于 TAA 的術中導航或機器人設備；目前美國通過食品藥品監督管理局（FDA）認證的 TAA 導航系統僅有 Wright 公司的 PROPHECY 導板系統。
Berlet 等[32]對 15 具尸體標本 CT 掃描后建立三維模型，并制作個體化 PROPHECY 截骨導板，假體置換由無 TAA 導航操作經驗的 4 名醫生施行，假體選擇 INBONE。結果發現術前規劃和術后假體位置任意角度誤差<2°、位移誤差<1.4 mm。因此，Berlet 等認為個體化導板輔助 TAA 具有截骨精準、可靠、可重復性好的優點。
Hsu 等[34]隨訪了 2012 年—2014 年收治并接受 TAA 的 42 例踝關節炎患者（42 踝），所有患者均采用 PROPHECY 輔助截骨，假體選擇 INBONE Ⅱ 29 例、Infinity 13 例，隨訪 3 個月以上。手術時間 （100±11）min，其中 INBONEⅡ 組（104±11）min、Infinity 組（92±4）min，術前脛骨前面角（tibial anterior surface angle，TAS）內翻（1.9±6.4）°（內翻 10°～外翻 14°），術后內翻（0.1±0.9）°；術前脛骨側面角背伸（0.0±0.7）°，術后（0.0±0.4）°。所有患者力線均在±3° 范圍內，而且截骨精準度與術前踝關節畸形無關；所有患者假體型號術中選擇與術前規劃差異均在 1 個型號內，其中 75% 型號和術前規劃一致。
Waly 等[35]認為個體化導板可以達到 TAA 預期截骨力線 2° 內的誤差，Reb 等[36]指出導板可以減少 TAA 手術器械、簡化操作、避免依賴傳統器械力線桿等確定截骨力線，能夠滿足脛骨和距骨的截骨精準度，其學習曲線扁平，可重復性好。然而目前關于個體化導板輔助 TAA 臨床應用的文獻較少。Daigre 等[37]隨訪了 2012 年—2014 年采用 PROPHECY 導板輔助的 INBONEⅡ假體 TAA 患者 44 例，結果發現術后假體力線滿足術前規劃 3° 誤差內占 79.5%、4° 內占 88.6%、5° 內達 100%；脛骨假體型號正確率為 98%，距骨假體為 80%。
Werner 等[38]對 2011 年—2013 年采用 INBONEⅡ假體行 TAA 的 73 例（74 踝）患者進行了隨訪，其中 65 踝采用傳統操作器械，9 踝采用 PROPHECY 導板輔助手術，結果發現兩組平均手術時間分別為 151.6、129 min（P=0.056），透視次數分別為 38、30 次（P=0.01）；選擇傳統組 8 踝與導板組 4 踝比較，手術時間分別為 125.3、125.5 min，透視次數分別為 32.8、29.1 次。因此，Werner 等認為在早期導板應用的學習曲線過程中，其優勢難以體現。
Hamid 等[39]隨訪了 2014 年 8 月—2015 年 9 月接受 TAA 的 87 例患者，手術均采用 Infinity 假體；其中 35 例采用 PROPHECY 導板、52 例采用傳統器械。導板組 89% 患者、傳統器械組 87% 患者術中施行了額外手術。術后兩組冠狀位 TAS、脛骨與距骨假體穹窿面成角、脛骨假體矢狀位力線比較均無明顯差異。導板組脛骨假體準確率為 94%、距骨假體為 68.5%。按照手術室每分鐘平均醫療消費 23.20 美元計算，導板組患者每例可降低醫療消費 863 美元。
總之，隨著手術技術和假體設計進步，晚期 AOA 施行 TAA 的病例逐漸增多。TAA 手術操作難度較大，同時踝關節復雜的生物力學環境要求 TAA 高精度恢復踝關節力線，假體位置、軟組織平衡等手術技術對假體使用壽命具有重要影響。基于術前 CT 的個體化導板技術能夠提高手術精準度、縮短手術時間，但其臨床效果有待進一步隨訪觀察；同時臨床需要進一步開發適合 TAA 的術中導航和機器人手術系統。
據統計，踝關節炎（ankle osteoarthritis，AOA）患者約占所有人群的 1%[1-2]。與髖、膝關節以原發性骨關節炎為主不同，AOA 病因主要為創傷，其中骨折占 37.0%，扭傷占 28.3%[3]。踝關節發生創傷后，60% 患者會出現關節炎、距骨內/外翻傾斜，這與距骨周圍骨-韌帶失穩導致距骨在跟骨上異常位移或旋轉有關[4]。AOA 其他病因包括踝周肌力失衡、神經系統疾患、遺傳、免疫、代謝病等，上述因素均會導致踝關節軟骨細胞生物學和生物力學異常，最終退變形成關節炎[5]，關節炎晚期會引起關節嚴重疼痛和功能障礙[6]。
AOA 臨床治療包括保踝和踝關節去除（融合、置換）兩種方案。踝關節融合和全踝關節置換術（total ankle arthroplasty，TAA）適合于晚期 AOA 或對稱性（后足力線正常）AOA。踝關節融合可有效解除疼痛，但遠期踝周圍關節退變發生率較高。20 世紀 70 年代之前，踝關節融合是晚期 AOA 治療的金標準，目前仍是部分臨床醫生的首選方案[7]。相對踝關節融合而言，TAA 能夠解除疼痛、保留踝關節活動度、減輕踝周圍關節退變[7]。但因為 TAA 手術操作復雜且學習曲線較長[8-9]，同時患者多為體質量指數較大的男性創傷關節炎者[10]，術后無菌性松動、假體下沉等并發癥較多[11]，所以手術效果遠不及髖、膝關節置換術[12]。近年來隨著計算機輔助技術（3D 規劃、導航、機器人等）在髖、膝關節置換術中的成功應用[13-14]，旨在提高截骨和假體安置精準度的計算機輔助 TAA 技術逐漸開始臨床應用。本文就 TAA 治療晚期 AOA 的現狀及進展作一綜述，探討其發展方向。
1 TAA 現狀
Lord 和 Marrott 首先采用關節假體進行了 TAA，盡管 TAA 能在解除踝關節疼痛同時保留踝關節活動度、減輕或避免后足關節退變[7]，但由于踝關節周圍軟組織薄弱、生物力學復雜、假體設計自身缺陷等，早期 TAA 手術效果較差，臨床進展緩慢[15]。Kostuj 等[16]報道德國目前每年施行約 1 300 例 TAA，而踝關節融合例數是 TAA 的 3 倍。
隨著對踝關節解剖結構、生物力學認識的深入以及假體設計的進步，TAA 從第 1 代限制型假體到目前的第 3 代生物學固定、3 組件活動墊片假體，假體設計取得長足進步，手術效果也明顯進步[17]，近年來臨床 TAA 手術量逐年增加。Pugely 等[18]統計了 1991 年—2010 年美國醫保支付的 5 871 例 TAA，20 年間增長了 12.3 倍（1991 年 72 例增加至 2010 年 888 例），施行 TAA 手術的醫院從 1991 年的 3.1% 增加至 2010 年的 12.6%。Seaworth 等[19]統計了紐約市 1997 年—2010 年 420 例（444 踝）接受 TAA 的患者，從 1997 年的 4 踝增加至 2010 年的 87 踝；其中 2007 年、2008 年、2009 年、2010 年 TAA 數量分別為 24、45、72、87 踝，4 年間手術量增加了 3.6 倍。Stavrakis 等[20]統計結果提示從 2006 年起臨床踝關節融合患者比例逐漸降低、相應的 TAA 患者逐年增多。
2 傳統 TAA
Jastifer 等[21]隨訪了 1998 年—2003 年間采用 STAR 假體行 TAA 的 18 例患者，隨訪時間 10.2～14.6 年（平均 12.6 年），假體總體存活率為 94.4%（17/18）。末次隨訪時疼痛視覺模擬評分（VAS）由術前 8.1 分降低至 2.1 分，美國矯形足踝協會（AOFAS）評分由術前 32.8 分增加至 78.1 分。Kostuj 等[16]隨訪了德國足踝協會成立 2.5 年內志愿登記的 TAA 患者 621 例，末次隨訪 415 例患者中 89.9% 效果滿意，9.4% 效果一般，0.7% 效果差；因為力線不良或感染而需要更換組件的 TAA 真翻修（true revisions）率為 7.6%。
Stavrakis 等[20]隨訪了美國加利福尼亞州 1995 年—2010 年登記的 8 491 例踝關節融合（86.90%）和 1 280 例 TAA（13.10%）患者，TAA 早期并發癥（包括再入院率、假體或內植物周圍感染率）均顯著低于踝關節融合（OR 值分別為 0.67、0.28；P<0.05）；TAA 遠期距下關節融合率、再次踝關節融合率也顯著低于踝關節融合（風險比分別為 0.45、0.22；P<0.05）。Lawton 等[22]系統分析了 2006 年—2016 年的 TAA 文獻，結果表明 TAA 翻修率為 7.9%；TAA 術后 5 年內失敗率[19]為 7.1%～19%，10 年失敗率為 24%～31%。
Simonson 等[8]統計了 25 篇關于 TAA 學習曲線中并發癥情況的文獻（2 414 例、2 453 踝），結果發現并發癥發生率為 44.2%。Pangrazzi 等[12]隨訪了 96 例（104 踝）采用 Salto Talaris 假體行 TAA 的患者，平均隨訪時間 46 個月；104 踝中術中及術后共 35 踝發生并發癥，并發癥發生率為 34%。
由此可見，傳統 TAA 手術發展遠遠落后于髖、膝關節置換[23]，主要原因包括踝關節解剖形態較小、高接觸應力等自身因素以及 AOA 同時伴有的力線不良、踝失穩、軟組織平衡不良等患者因素。盡管 TAA 手術效果明顯優于踝關節融合，但仍具有較高的并發癥。傳統 TAA 手術操作復雜且學習曲線較長[8-9]，術后并發癥較多、12% 患者對手術效果不滿意[11]。
3 計算機輔助 TAA
研究表明，匹配的脛距關節接觸面積僅為 11～13 cm2，步行時承載 5 倍體質量[24]，因此 TAA 要求的假體位置和力線恢復精度均高于膝關節置換術。Espinosa 等[25]有限元分析結果表明，Mobility 假體脛距冠狀位力線不良>2° 時，聚乙烯墊片接觸壓力峰值和均值增大，超出聚乙烯墊片層裂的 10 MPa 閾值；Fukuda 等[26]發現距骨假體旋轉不良>7.5°，導致墊片邊緣負載（edge loading）并增加骨-假體接觸應力，最終導致距骨假體松動。
術中良好的軟組織處理[27]、合適的假體選擇、精確的假體安置[24]和力線恢復等是影響 TAA 療效至關重要的因素；TAA 力線不良是影響假體使用壽命的重要原因[28-29]。Maffulli 等[7]系統分析表明 TAA 手術失誤發生率高達 12.6%；早期 TAA 術后力線不良發生率高達 45%[30]；Barg 等[31]指出距骨假體前后偏距比值>0 組 TAA 患者踝關節疼痛、活動度和 AOFAS 評分均顯著低于偏距正常組。
隨著計算機輔助技術在骨科領域的廣泛應用，術前個體化導板設計、導航、機器人手術等在膝關節置換中取得良好效果，由此旨在提高截骨精度和假體安置準確度的 TAA 計算機輔助技術，近年也得到初步開展。計算機輔助 TAA 可以縮短手術時間、提高假體安置位置和力線精度、降低手術操作難度、減少術中透視時間[32]。2007 年 Adams 等[33]尸體標本研究證實，計算機輔助 TAA 可以達到經驗豐富醫生依賴于透視的傳統脛骨截骨方法效果。盡管 TAA 患者逐漸增多，至今臨床尚未開發適合于 TAA 的術中導航或機器人設備；目前美國通過食品藥品監督管理局（FDA）認證的 TAA 導航系統僅有 Wright 公司的 PROPHECY 導板系統。
Berlet 等[32]對 15 具尸體標本 CT 掃描后建立三維模型，并制作個體化 PROPHECY 截骨導板，假體置換由無 TAA 導航操作經驗的 4 名醫生施行，假體選擇 INBONE。結果發現術前規劃和術后假體位置任意角度誤差<2°、位移誤差<1.4 mm。因此，Berlet 等認為個體化導板輔助 TAA 具有截骨精準、可靠、可重復性好的優點。
Hsu 等[34]隨訪了 2012 年—2014 年收治并接受 TAA 的 42 例踝關節炎患者（42 踝），所有患者均采用 PROPHECY 輔助截骨，假體選擇 INBONE Ⅱ 29 例、Infinity 13 例，隨訪 3 個月以上。手術時間 （100±11）min，其中 INBONEⅡ 組（104±11）min、Infinity 組（92±4）min，術前脛骨前面角（tibial anterior surface angle，TAS）內翻（1.9±6.4）°（內翻 10°～外翻 14°），術后內翻（0.1±0.9）°；術前脛骨側面角背伸（0.0±0.7）°，術后（0.0±0.4）°。所有患者力線均在±3° 范圍內，而且截骨精準度與術前踝關節畸形無關；所有患者假體型號術中選擇與術前規劃差異均在 1 個型號內，其中 75% 型號和術前規劃一致。
Waly 等[35]認為個體化導板可以達到 TAA 預期截骨力線 2° 內的誤差，Reb 等[36]指出導板可以減少 TAA 手術器械、簡化操作、避免依賴傳統器械力線桿等確定截骨力線，能夠滿足脛骨和距骨的截骨精準度，其學習曲線扁平，可重復性好。然而目前關于個體化導板輔助 TAA 臨床應用的文獻較少。Daigre 等[37]隨訪了 2012 年—2014 年采用 PROPHECY 導板輔助的 INBONEⅡ假體 TAA 患者 44 例，結果發現術后假體力線滿足術前規劃 3° 誤差內占 79.5%、4° 內占 88.6%、5° 內達 100%；脛骨假體型號正確率為 98%，距骨假體為 80%。
Werner 等[38]對 2011 年—2013 年采用 INBONEⅡ假體行 TAA 的 73 例（74 踝）患者進行了隨訪，其中 65 踝采用傳統操作器械，9 踝采用 PROPHECY 導板輔助手術，結果發現兩組平均手術時間分別為 151.6、129 min（P=0.056），透視次數分別為 38、30 次（P=0.01）；選擇傳統組 8 踝與導板組 4 踝比較，手術時間分別為 125.3、125.5 min，透視次數分別為 32.8、29.1 次。因此，Werner 等認為在早期導板應用的學習曲線過程中，其優勢難以體現。
Hamid 等[39]隨訪了 2014 年 8 月—2015 年 9 月接受 TAA 的 87 例患者，手術均采用 Infinity 假體；其中 35 例采用 PROPHECY 導板、52 例采用傳統器械。導板組 89% 患者、傳統器械組 87% 患者術中施行了額外手術。術后兩組冠狀位 TAS、脛骨與距骨假體穹窿面成角、脛骨假體矢狀位力線比較均無明顯差異。導板組脛骨假體準確率為 94%、距骨假體為 68.5%。按照手術室每分鐘平均醫療消費 23.20 美元計算，導板組患者每例可降低醫療消費 863 美元。
總之，隨著手術技術和假體設計進步，晚期 AOA 施行 TAA 的病例逐漸增多。TAA 手術操作難度較大，同時踝關節復雜的生物力學環境要求 TAA 高精度恢復踝關節力線，假體位置、軟組織平衡等手術技術對假體使用壽命具有重要影響。基于術前 CT 的個體化導板技術能夠提高手術精準度、縮短手術時間，但其臨床效果有待進一步隨訪觀察；同時臨床需要進一步開發適合 TAA 的術中導航和機器人手術系統。