踝关节假体

图1.15是今天典型的人工踝关节置换术。

图1.15人工踝关节置换术

1.1技术发展历程

早期踝关节疾病很多通过融合术治疗。人工全踝关节置换最早提出于20世纪60年代。年，RichardSmith试图通过球一窝假体来置换病患的踝关节，代替踝关节融合术，但因其踝部不稳定，无法正常行走而放弃。，Morton_Murdock将髋关节假体翻转°行踝关节置换术，早期成功率80—85%，但远期不理想。年Lord和Marrotte进行了第一次真正意义上的人工全踝关节置换术，所用假体为二组件式，胫骨部分为金属材料，距骨部分为UHMWPE材料，术中加行距下关节融合[30]。进入20世纪的80年代，共有20多种踝关节假体被临床应用。这些假体多为二组件式假体，主要采用骨水泥固定。80年代以后的10-15年间，人工踝关节技术发展由于较高的松动率和半脱位而陷入停滞，甚至认为踝关节和腕关节一样．具有难以逾越的未知障碍。

人工踝关节置换术的进一步发展与足踝生物力学研究密切相关。20世纪90年代起，人们从开展踝关节生物力学和运动学的研究，从深化的踝关节生物力学概念出发，认识到疾病种类、肌力平衡、骨接触面、固定方式等，都对踝关节假体构成影响。认识到踝关节正常运动轨迹为横轴、纵轴和垂直轴等多向运动，而在运动过程中接受多向应力，包括压应力，扭应力和剪应力等，这种多轴运动的剪力和扭力对假体固定的具有很大的破坏性。只有在人工全踝假体设计中充分考虑这些因素，方能使假体的存活率提高。进一步的主要改进包括：生物学固定，并扩大其间固定面积，改进固定方向；假体的骨接触面全部改为喷涂微孔化，同时，微孔表面进行HA喷涂；为抵消主要为矢状位剪力，胫、距骨内设矢向骨内柱；足伸屈范围与内外翻范围受到严格限制，以增加稳定性；滑动核做成生物活动光滑面及形状限制式部件。嗣后l0余年中所施行的全踝置换病人越来越多，翻修率明显下降，即使翻修，其间期也大大延长，疗效斯趋稳定，已有10-15年随访报道，称达到满意的中远期疗。Waldemar．LinkSTAR假体的设计改进，推动了其他踝假体的改进，其中包括HINTERGRA踝假体、Salto踝假体、Buechel-Pappas踝假体、TNK(NJ)陶瓷假体等。

纵观近几年所发生的踝假体设计改进，逐渐出现趋同化。其主要设计理念包括：半限制理念；多轴运动协同理念；由2件套转变为3件套；胫骨侧为平板形；滑动核上面为平面，下面为凹弧面；距骨侧为凸弧形球面；生物固定法；要求对胫骨、距骨的切骨尽量减少。但是由于居高的松动率、假关节、不愈合、韧带痛、步态僵硬和步速下降等并发症，使得人工踝关节置换术至今仍然没有取得像人工髋、膝关节那样的临床满意效果。

1.2人工踝关节假体的基本结构与类型

根据假体的限制程度，人工踝关节可分为限制性、非限制性和半限制假体[31-33]。

1.限制性假体

该类假体对某个方向的活动有限制能力，如对前后向或对旋转向的限制，常用的有铰链式设汁，能提供极强的内稳定，不易脱位，也不形成对内外踝的撞击。但高限制性假体在正常踝关节运动时产生的应力易集中于骨与骨水泥界面，产生很高的假体松动率，尤其是胫骨部件。代表性假体包括Oregon假体、Buchlolz假体、Smith假体等。

2.非限制性假体

代表性假体有Geoge/Buchholz、Newton、STAR假体等。这类假体基于解剖仿生设计，稳定性依赖踝关节周围韧带。这种设计能减少应力集中，但其不稳定性和对内、外踝及软组织的撞击是产生临床并发症的原因。

HINTEGRA全踝假体由Hintermann等人于年发明[34]，属于非限制性、三组件式的假体（图1.16）。通过对例踝置换进行的平均18.9月的随访，91踝（75%）为创伤性关节炎，16踝（13％）为原发性骨关节炎。术后满意率为84%，踝关节完全无疼痛率为68%。

图1.16HINTEGRA非限制型全踝假体

3.半限制性假体

半限制性假体也称第三代假体。就其设计理念来说，即允许有限的背伸和跖屈运动，又允许有严格限定的内旋和外旋活动，同时还有少量的前后滑移运动，其活动轴满足了内/外踝横轴、足纵向的纵轴和冠状面旋转轴的要求。但在实际应用时，只有为数不多的假体能承受运动应力，包括剪力、扭力和压应力等的频繁作用，经得起10~15年或更长时间的考验。

目前最常见的半限制型假体设计大多为三组件式，材料上多采用金属/UHMWPE/金属组合，假体的固定多采用生物固定，如STAR假体、Agility全踝假体等。

图1.17为Link公司STAR型假体，于年进入临床使用。一个可移动的聚乙烯滑动核（HDP）置于胫骨滑动基板与距骨帽之间，HDP厚度mm，与距骨接触面为mm2，与胫骨接触面为mm2。踝关节伸屈运动发生于聚乙烯与距骨间，内外翻发生于下位关节，上关节面可在软组织与双踝限制下前后左右滑动，及作内外旋运动。因此，能防止骨—假体界面或骨—骨水泥界面应力增加和集中。该假体植入骨内部分为：胫骨内为矢状平行双柱，距骨矢状深板。采用非骨水泥固定，早期为HA涂层，后改为纯钛加钙磷酸盐（TiCaP）涂层。能经受步行、慢跑等运动。Wood等[35]对~年间的例非骨水泥STAR踝关节置换进行了平均46个月(24～个月)的随访，假体5年生存率为92.7%。近年类同STAR假体设计又有许多报道，显示10年以上高生存率的报道增多。

图1.17STAR半限制型人工全踝关节

AGILITYTM假体由Dupuy公司生产，三组件式、非骨水泥固定、目前在美国应用最为广泛（图1.18）。Stephen等[36]对例踝置换进行了平均9年的随访，除去33例36踝病人术后因其他原因死亡不计，有1例(11%)进行返修或踝关节融合，1例进行了截肢，余下的78例81踝病人中，手术效果满意率大于90％。

图1.18AGILITYTM半限制型人工全踝关节

1.3人工踝关节置换的生物力学问题

人工踝关节技术的发展紧密依靠足踝生物力学的研究。现有假体植入后的生物力学分析具有特别重要的意义。

踝关节是人体负重最大的关节，而且必须满足矢状面、额状面、横断面三个平面内的运动，使踝关节假体设计与置换术产生特有的复杂性。因此，行踝关节置换必须兼顾患者的工作活动强度、病因、关节畸形和强直程度等因素，置换术的适应症也就变得越来越局限。

就足踝部的生物力学特征而言，因病损累及多个关节和关节内外结构均可引发退行性病变，因而进行研究十分困难。轴向和旋转应力如何从小腿向足踝部传导，这一点了解甚少。实际上与其他关节假体一样，踝关节置换在临床和生物力学上成功与否和假体外形设计与软组织张力之间的平衡有着密切的联系。

临床随诊评估表明：置换STAR踝关节假体后，患者一般行走无疼痛，而长距离步行或下楼梯时存在轻度疼痛。患者还可提踵用足趾站立，使踝关节伸直4—5次，提示跖屈功能良好，但术后如有下肢肌肉萎缩则会影响到这一作用。

术后肌电图显示：负重相中期股直肌和股二头肌作用期延长以稳定负重的下肢。摆动相末期腓骨长肌出现特定的期前收缩使踝关节跖屈，为负重期的动作作准备。胫前肌肌电图正常。腓肠肌大致正常，但活动期延长。值得注意的是，未行手术的对侧下肢诸肌有模仿手术侧肌肉活动从而保持双下肢动作对称的倾向。

术后步态分析表明：早年的临床资料显示术后步频和步长减少可导致步行速度下降，但步态对称而且有节律；由于行走速度下降，步态负重中期和足推进期足与地面作用力的垂直分力和前后分力均有下降，负重相末期步态加速相减低；踝关节的动力学改变是对称性的，足跟触地期踝关节闭屈增加，负重相中期和末期以及摆动相前期踝关节背伸不足；负重相末期以及摆动相前期踝关节背屈严重不足，下肢推进力减弱。

Wood[36]等认为，除踝关节动力学原因之外，常与术前病变致残和致残时间有一定关系。他进行了10例踝关节置换(STAR)后的步态分析，发现：步态测试时，平步无明显畸形，步速、步长正常(术后2年)；如果加大步速和步长．患踝侧显示推进期延迟(5.7％-9.1％)、负重相延长(2.8％-7.2％)；令高抬腿原地跑步，急躁推进期延迟12.4％、负重相延长8.7％；再令恢复平步行走，推进期和负重相重新恢复到正常或接近正常(1.7％-3.1％)。

Kofoed等评价步态分析结果时指出：步态分析实际是更多地在检查踝关节置换后患踝的背伸和闭屈的程度。采用STAR假体后，如果踝关节术后骨小梁长入假体接骨面顺利，在6-12周骨愈合期间即从事了踝关节的功能康复训练，做到了患踝的背伸＞1°、跖屈＞18°-21°，背伸度和跖屈度总和超过25°-30°时，步态分析可以做到无异常发现，其负重相、推进期与正常无异。Kofoed进一步指出，要求假体术后有25°-30°活动度总体上违背了STAR假体设计生产的初衷。因为设计者并不要求术后有这样人的伸屈度，要求术后维持9°-16°的活动度，可以满足上、下梯和平步的要求即可，过大的活动度影响踝假体的稳定性及其存活时间。不论背伸和跖屈度是多少，或是超常地大，只要其中有一个指标，如背伸度＜9°或跖屈度＜1°，在平步步态分析中就会表现出滞态。因此，Nelissen认为不能苛求人工全踝置换后患者的步态、劳动能力都要达到正常人或同龄人一样。

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