膝关节牵伸器矫治膝部屈曲挛缩畸形的评价

               作者：陈建文，秦泗河，焦绍锋，郑学建

【摘要】  ［目的］通过对膝关节牵伸器矫治膝关节屈曲挛缩畸形及生物力学测评结果研究，论证该技术的安全性、临床疗效及特点。［方法］49例患者(52个膝) ，应用标准的牵伸器治疗，采用综合评定标准评价临床结果；5例治疗前后膝部三维CT重建，观察关节结构的改变；检查15例治疗前后腘动脉的直径、血液流速及6例小腿肌电图、神经传导，以观察牵伸对腘动脉及肢体神经的影响；对3例患者分别以3种不同的牵伸及测试方法，初步观测不同的牵伸过程中屈曲角度与膝后软组织受力变化。［结果］52个膝关节功能均有恢复，最终优良率为65%；5例CT三维重建显示术后膝关节结构均较术前合理，关节面无破坏。统计结果显示牵伸过程对腘动脉没有明显的影响，可能对小腿神经有短暂的影响；3例患者用3种不同的牵伸及测试方法，最后结果均不同，说明软组织受力情况与牵伸方法、患者年龄及屈膝畸形程度有关。［结论］该治疗方法是安全的、合理的、有效的；膝后软组织受力受到多种因素的影响，因此牵伸速度应个体化，低负荷均匀的受力可能更有利于软组织的再生、相对更安全。

【关键词】  膝关节牵伸器； 屈曲挛缩畸形； 软组织受力； 评定标准； 评价

　　膝关节屈曲挛缩导致关节活动范围减少、下肢功能障碍［1］，传统的矫形手术易发生皮瓣坏死、血管、神经损伤等严重并发症。用外固定装置逐渐牵伸矫治严重的膝关节屈曲挛缩，已取得了满意疗效［2］，但是既往仅限于临床上应用，未对该治疗方法进行论证性评价研究。作者于2002年5月～2005年4月，应用膝关节牵伸器矫治重度的膝关节屈曲挛缩畸形49例，对临床应用的安全性、实用性和结果进行了较系统的论证和初步的生物力学测评。

　　1  资料与方法

　　1.1  临床资料
   
　　本组49例（52个膝），其中男33例，女16例；年龄3.5岁～42岁，平均19.2岁。病种：脊髓灰质炎后遗症27例，脊髓栓系综合征5例，先天性多发性关节挛缩症6例，先天性胫骨缺如1例，先天性腓骨缺如1例，先天性翼蹼关节1例，类风湿性关节炎1例，小腿血管瘤肌挛缩3例，化脓性膝关节炎后遗症1例，肢体延长并发症1例，不明原因2例。其中双膝关节挛缩3例（均为先天性多发性关节挛缩症），7例既往做过屈膝松解或骨牵引术，术后畸形复发。
   
　　35例合并有较明显的屈髋、马蹄足等畸形，3例合并膝关节脱位和股骨下端发育畸形。49例中，左侧21例，右侧 25例，双侧 3例。术前屈曲畸形角度30°～142°，平均58.50°±28° 。术前膝关节活动度(total arc of motion,TAM)15°～115°，平均68.85°±22.96° 。术前下肢功能状态：跛行4例，一手压股行走13例，扶单拐行走16例，扶双拐行走13例，蹲移及坐轮椅3例。

　　1.2  牵伸治疗过程
   
　　根据患者大腿、膝关节及小腿的最大周径和胫骨、股骨的长度，预先组装个体化的外固定牵伸器。将牵伸器的环套入肢体上，两侧的铰链中心对位膝关节大约的旋转中心，约位于股骨髁后皮质与髁间窝的交切点［1］。在X线监视下，穿1枚?1.5～2.0 mm克氏针通过牵伸器两侧的绞链中心与膝关节的旋转中心；外固定器的钢环应与股骨、胫骨干相垂直，使肢体位于环的中心，以尽可能使股骨、胫骨干及膝关节与环形外固定器受力相一致。术后5～7 d待局部疼痛及肿胀反应明显减轻后，通过旋转双侧铰链远端的螺母，先使关节间隙牵开5～10 mm，以避免在矫正期间发生关节软骨的挤压及滑膜的嵌顿。然后旋转膝关节后方牵伸杆上的螺栓，牵张膝后软组织使屈曲畸形得到矫正。牵伸速度一般为关节水平1 mm/d（牵伸杆伸长3～4 mm/d），通常以旋转牵伸杆上的螺母3～4圈确定,每天分为3～6次为宜。牵伸天数最长180 d，最短14 d，平均46.5 d。牵伸过程中应根据患者的耐受程度及下肢的反应及时调整牵伸速度。牵伸结束时应当使畸形过分矫正使膝关节轻度过伸，然后保留牵伸架维持膝关节过伸2～4周再拆除，根据病情，配戴下肢伸直位矫形支具行走1个月以上，进行膝关节活动度训练，直到膝关节功能恢复满意为止。

　　1.3  临床评价

　　1.3.1  膝关节功能评价标准（表1）

　　表1  膝关节功能评价标准（略）

　　注：≤4分为很差；≤8分为差；≤12分为可；＜16分为良；16分为优。

　　1.3.2  X线测量
   
　　摄取所有患者牵伸前、牵伸中及牵伸后的膝关节正侧位X线片，测量屈曲的角度、股骨胫骨的前弓畸形角度、观察关节的脱位情况。膝关节屈曲角度=股骨轴线与胫骨轴线的交角-股骨和/或胫骨的前弓角。

　　1.3.3  牵伸前后膝关节结构的变化
   
　　随机选择5例患者，进行治疗前后的膝关节螺旋CT检查及三维重建，以观察膝关节结构的改变。

　　1.3.4  牵伸对腘动脉及神经的影响
   
　　(1)随机选择15例患者，利用超声多普勒检查牵伸前及结束后腘动脉的直径及血液流速，以初步认定牵伸对腘动脉的影响。
   
　　(2)随机选择6例患者，检查患肢术前及治疗结束后的小腿肌电图及神经传导、神经诱发，以观察牵伸对肢体神经的影响。

　　1.4  牵伸下屈膝角度演变与膝后软组织受力分析
   
　　利用自行设计的角度及受力测试仪（与中医研究院骨伤研究所生物力学实验室合作），分别安装于铰链及牵伸杆上，初步观测牵伸过程中的屈曲角度与膝后软组织的受力（图1）。随机选择3个病例，采用3种不同的牵伸及测试方法，但每天均旋转牵伸螺栓3圈（6个面/1圈，1 mm/1圈）为一个轮回，直到牵伸结束，全程记录膝关节被牵伸到不同的角度下膝后软组织的受力变化。具体测试方法为：（1）1次转够3圈，每3 h测量1次角度及受力 ，测量时间为7∶30；10∶30；13∶30；16∶30；19∶30；22∶30；（2）多次转够3圈，每3 h转3个面(1/2圈) ，同时测量角度及转之前后的受力，时间安排为7∶30；10∶30；13∶30；16∶30；19∶30；22∶30；（3）分次转够3圈，每6 h转1圈，同时测量角度及转之前后的受力，时间安排为7∶30；13∶30；19∶30。

　　2  结果
   
　　本组49例中23例屈膝畸形得到完全矫治，膝关节伸直达到0°；基本被矫正的24例（残留的屈膝畸形<15°）；2例矫正不满意。38例（40个关节）有完整的随访记录，随访时间3个月～3年，平均6.8个月，治疗结果(表2) ，优良率65%。

　　表2  38例（40个关节）矫治前、矫治后及随访时膝关节功能评价（略）

　　图1  在膝关节牵伸器上安装自行设计的电子角度及受力测试仪（略）   

　　术前术后膝关节屈曲角度的X线测量统计：术前平均膝关节屈曲58.50°±21.28°，术后平均膝关节屈曲角度4.12°±4.61°，术前术后比较t=18.141，P=0.000两者具有显著性差异。关节活动度手术前平均68.85±22.96，牵伸治疗结束后平均50.29±21.20，牵伸后较手术前有所减少，但通过治疗结束后的关节功能训练，多数能得到较好的恢复，平均65.00±19.70（表3），三者比较统计学处理结果见表4。
   
　　表3  手术前、治疗结束时及康复训练后膝关节活动度（略）

　　表4  手术前、治疗结束时及康复训练后膝关节活动度比较统计学结果（略）

　　5例患者的术前术后螺旋CT三维重建，术前呈屈膝、半脱位或伴旋转状态，髌韧带紧张、髌股关节顺位不良，关节间隙较窄；术后膝关节结构均较术前合理，关节间隙正常,关节面无破坏及塌陷，但有明显骨质疏松表现。

   
　　15例患肢手术前腘动脉血液最大流速平均为45.47±16.80 cm/s，矫正结束后最大流速平均为51.33±15.86 cm/s，两者比较t=-1.453，Ｐ=0.168无显著性差异。手术前腘动脉管径平均0.48±0.10 cm，矫正结束后腘动脉管径平均0.49±0.11 cm，两者比较t=-0.936，Ｐ=0.365无显著性差异（表5）。
   
　　6例患肢术前及结束后的神经传导检查，胫神经运动潜伏期明显延长者仅1例，传导速度减慢者两例，但患者均无明显神经麻痹的自觉症状。
   
　　表5  牵伸治疗前后腘动脉管径与血液最大流速的统计学结果（略）

　　3例患者分别3种不同的牵伸方法，例1采用第1种测试方法测试了18 d，结果显示随着牵伸屈曲角度逐渐减少，软组织所受到的牵伸力呈递减趋势(图2a)；相关性检验，屈曲角度与软组织受力两者有相关性，P＜0.01。例2采用第2种测试方法，有25 d完整的测试记录，角度与软组织受力情况见(图2b、2c）；比较旋转牵伸螺栓前后的软组织受力，t=-2.122 ，P=0.035两者具有显著性差异，软组织受力旋转牵伸螺栓后的大于旋转牵伸螺栓前的（表6）；软组织受力与角度变化相关性检验，两者无相关性。例3采用第3种测试方法，有16 d完整的测试记录，角度与软组织受力情况见(图2d、2e)；比较旋转牵伸螺栓前后的软组织受力，t=0.086，P=0.932两者无显著性差异（表6）；屈曲角度与软组织受力相关性检验P＜0.01，两者有相关性。统计学处理采用SPSS 12.0软件包。
   
　　表6  旋转牵伸螺栓前后的软组织受力的统计学结果（略）

　　3  讨论

　　3.1  一般技术及原理
   
　　Ilizarov技术及原理矫治关节挛缩及畸形，显示出比传统的治疗方法具有更多的优越性［3］。经皮穿针在膝关节上下安装外固定牵伸器，通过缓慢、逐渐的机械牵伸，使得膝关节屈曲畸形得到逐渐的矫正。这种牵伸不是简单地使得软组织弹性伸长，而是受到牵拉的肌肉、神经、血管和皮肤，发生细胞分裂而再生性延展。新生的肌肉、肌腱、筋膜，可以预防对关节慢性屈曲挛缩快速伸展时，并发组织及肢体坏死［4］。

　　3.2  疗效评定及临床结果分析
   
　　目前有关Ilizarov技术矫治膝关节屈曲挛缩畸形的疗效评定尚无一个统一的标准，Herzenberg等［1］根据屈曲挛缩最终矫正的程度分为：优，0°～5°；良，6°～15°；可，16°～29°；差，≥30°。在其治疗的10个病例14个膝关节中，结果为优的有3个膝关节，6个良，2个可，差的有3个膝。Huang［2］不仅考虑了屈膝矫正的程度，同时也将关节的活动度及并发症作为治疗结果评定的指标：优：为残留畸形<5°，关节活动度与对侧正常关节比较相差<10°，没有并发症；良：为残留畸形<15°，关节活动度与治疗前比较没有差异或更好，仅有轻微的并发症不影响治疗结果；可：残留畸形<30°，关节活动度与治疗前比较差异不大，有较严重的影响较大的但是短暂的并发症，或虽并发症较轻但却是永久的需要后续手术才能获得满意的效果；差为残留畸形>30°，关节活动度明显减少，有严重的并发症需再次较复杂的手术，或有永久的后遗症。其治疗了10例患者，仅1例烧伤屈膝挛缩病例最终结果为优。
   
　　作者采用评分的方法（表1），比较客观地对治疗前后及随访时膝关节功能进行评价。没有将并发症列入评分项，是因为本组病例在治疗过程中均未并发严重的并发症，而其他的一些并发症在列表的评分项中已有所体现。治疗结束评定和随访时结果显示膝关节功能明显优于矫治前（表2），最终治疗的优良率为65%。

　　图2a  例1采用第1种测试方法（略） 

　　图2b  例2采用第2种测试方法（略） 

　　图2c  例2采用第2种测试方法（略） 

　　图2d  例3采用第3种测试方法（略）

　　图2e  例3采用第3种测试方法（略） 

　　注：图中测量数值表示，屈膝角度为实测度数(单位：°)，膝后受力为10×实测受力值(单位：kg)

　　3.3  生物力学测试结果的初步分析
   
　　测试结果总的趋势显示，在一定牵伸力作用下膝后软组织逐渐延长，屈膝畸形逐步得到矫正［4］。屈膝角度在牵伸力的作用下呈递减，牵伸力一定范围存在波动。对３个病例３种不同的牵伸方法测试显示３种不同的结果，充分反应了牵伸力受到的影响因素更多，包括：患者的年龄、病史、屈膝的病因和程度以及患者的下肢肌力、测试时的状态、牵伸组件的摩擦力等［5］。这种结果也告诉我们，在牵伸过程中必须遵循个体化原则［6，7］。由于本组测试的例数较少，这只能是一个初步的测试结果，但为以后更的评价提供了一种方法。实验结果总的显示低负荷持续的牵伸比高负荷间歇的牵伸更有利于胶原的延长［1］。从作者的临床观察及3例的力学测试结果分析，第2种牵伸方法即每3 h转半圈（0.5 mm），软组织受力稳定而持续，患者在无明显痛苦的状态下完成屈膝畸形的矫正。

　　3.4  该治疗方法的优点及安全性评价
   
　　通过牵伸治疗前后膝关节CT三维重建显示，治疗后膝关节的结构关系能够恢复良好，关节面未见明显损伤及塌陷。但关节周围骨质普遍疏松，此与下肢负重减少有关，因此应鼓励患者在治疗过程中适当下肢负重。通过对治疗前后腘动脉管径与血液最大流速的观察，发现牵伸对大血管没有明显的影响，同时在临床上也未发现肢体缺血情况。通过对牵伸前后及牵伸过程中下肢神经反应的观察及神经传导的检测，发现神经受影响的几率较大，但一经发现停止牵伸短暂休息后，神经功能均能恢复正常。由于整个牵伸过程是持续的、动态的、可调控的，因此该治疗方法是安全的，多种并发症是可以被控制的。其优点集中体现在［1，3，8］：（1）它是一个微创外科程序，对患者的损伤很小，患者痛苦小；（2）容易被掌握；（3）治疗期间可以活动肢体和膝关节；（4）可以减少神经、血管的并发症；（5）不容易出现皮肤坏死；（6）适用于任何原因的屈膝挛缩，同时能矫正多个下肢复杂畸形；（7）畸形矫正完全，不容易复发。
   
　　总之，应用Ilizarov器械和技术逐渐缓慢的牵伸矫正膝关节屈膝挛缩畸形，是一个简单有效的符合生物学的治疗方法［9］，其为相似疾病的治疗也提供了一种可靠的途径。但需要对该技术进一步的规范，加强临床及基础研究，将为该类疾病的治疗带来光明的前景。

【】
  　　［1］ Herzenberg JE,Davis JR,Paley D,et al.Mechanical distraction for treatment of severe knee flexion contractures［J］.Clin Orthop,1994,301:80-88.

　　［2］ Huang S.Soft tissue contractures of the knee or ankle treated by the Ilizarov technique［J］.Acta Orthop Scand,1996,5:443-449.

　　［3］ Barquet A,Suero C,Cortes O,et al.Slow,gradual exteral fixation distraction for treatment of postburn knee flxion contracture［J］.Plast Reconstr Surg，1993,4:946-949.

　　［4］ Atar D,Lehman W,Grant AD,et al.The Ilizarov apparatus for treatment of melorheostosis［J］.Clin Orthop,1992,281:163-167.

　　［5］ Simpson A,Cunningham J,Kenwright J.The forces which develop in the tissues during leg lengthening［J］.J Bone Joint Surg(Br),1996,78:979-983.

　　［6］ 秦泗河,陈建文,郑学建,等.膝关节牵伸技术治疗先天性多发性关节挛缩症屈膝畸形［J］.中华外科杂志,2004,16:993-996.

　　［7］ 秦泗河,夏和桃,郑学建,等.新型Ilizarov膝关节牵伸器的研制和临床应用［J］.矫形外科杂志,2004,11:805-808.

　　［8］ Kiely PD,Mcmahon C,Smith OP.The treatment of flexion contracture of the knee using the Ilizarov technique in a child with haemophilia B［J］.Haemophilia,2003,9:336-339.

　　［9］ Damsin JP,Ghanem I.Treatment of severe flexion deformity of the knee in children and adolescents using the Ilizarov technique［J］.J Bone Joint Surg(Br),1995,7:140-144.