金属填充物重建全膝关节翻修术中严重骨缺损的研究进展2024（全文）.docx

金属填充物重建全膝关节翻修术中严重骨缺损的研究进展2024(全文)摘要随着全膝关节置换术(tota1.kneearthrop1.asty,TKA)的广泛开展，因各种原因需行膝关节翻修术的患者数量也逐渐增加。严重骨缺损的重建是膝关节翻修术的大挑战。近年来，骨缺损的重建方法不断发展，基于骨缺损的大小和部位出现了多种翻修策略。严重骨缺损的重建需要诸如自体骨移植、同种异体骨移植或金属填充物等进行重建,：然而，骨移植面临来源受限、吸收塌陷或疾病传播等风险，临床应用受限；而金属填充物因其来源广、可定制、安全性高等优点在实际应用中受到广泛关注，可避免件移植的各种弊端。金屈珞块的优势在于可提供即时支撑、无需加固、不会发生骨坏死和吸收塌陷，然而金属与骨之间的弹性模垃差异可能会导致应力遮挡，增加潜在的骨质丢失风险。Cone和SICCVe均可实现干偶端付的生物固定，但出现假体周国感染时，由于假体骨K入和骨整合，很难轻易取出。本文对金属填充物在全膝关节翻修严重骨缺损重建中的应用进行综述，将有助于评估各种重建方案，提高为患者制定高性能翻修策略的能力。随着全膝关节置换术(tota1.kneearthrop1.asty,TKA)在临床的广泛开展，与之伴随的新问题、新挑战不断增多1,2),主要表现在初期关节置换技术及假体设计不完善，置换后由于假体松动、假体周的感染、假体周围骨折、聚乙烯磨损等原因需行全膝关节翻修术3)0据欧洲部分国家关节登记处2023年度报告显示,2003至2022年膝关节置换术共1544941例，其中98791例接受了膝关节翻修，近5年的翻修率约为6.4%4J0据KUrtZ等I5预测，美国2030年接受全膝关节翻修术的患者数量将达到268200例，较2005年增长近601%。Ka1.1.a1.a等6的研究证实膝关节感染翻修的平均成本是无菌翻修的3倍多，可造成巨大的经济负担,山于实际成功率和失败风险因素的不确定性，全膝关节翻修术的总体效果不如初次TKA理想，翻修术后假体的生存率（10年内86%）也远低于初次TKA（15年内95%）71»全膝关节翻修不仅给社会经济造成巨大负担.，还严重影响患者健康，成为关节外科医生攻坚克难的重要挑战I8Jo现阶段膝关节.翻修面临的一大挑战是病损部位骨缺损的重建，特别是严重骨缺损的重建9,10骨缺损的处理方式取决于缺损部位、缺损大小和剩余骨愤IUK翻修的目的是希望获得稳定、无痛的膝关节并恢复关节力线12o/慎的术前规划至关重要，尽管术前影像学能够为骨缺损提供判断和参考，但诊疗中骨缺损的真实大小通常会被低估13。主要原因在于假体的遮挡导致对残留骨盘的评估产生误差，取出假体时乂会造成新的骨质丢失。因此，缺损的大小和范围只方在术中移除假体后才能得到准确评估，假体移除后的骨缺损也往往比术前评估更严重14。骨缺损重建的常用方法包括骨水泥、骨水泥联合螺钉、打压植骨、结构植骨、金属垫块、干饰端但金属COne和S1.eeVe等15,16。然而，骨水泥是非生物活性材料，只能填补缺损深度和宽度5mm的骨缺损，且不能促进骨缺损的修复再生。植骨虽可适应多种不同大小和形状的骨缺损,但受到手术时间长、操作难度大、材料来源有限、植骨不愈合、畸形愈合、吸收塌陷及疾病传播等风险的限制17。目前金属垫块、Cone和S1.CevC已成为重建严重骨缺损的有效方案18。在重建干怖端严重骨缺损以及那些很难将假体进行有效固定的复杂件缺损中，Cone和S1.eeVe展现出良好的治疗效果I19,20J0近年来，金属填充物用于全膝关节翻修严重骨缺损的重建已取得显著疗效C本文结合膝关节缺损分型和三区固定理论对金属填充物在全膝关节翻修严重骨缺损重建中的应用进行文献综述。一、文献检索策略在万方数据库和中国知网中以"膝关节翻修"、“骨缺损""金属材料""金属塔块""Cone""金属袖套"作为中文检索词进行文献检索。在PubMed>WebofScience、Goog1.eScho1.ar和ScienccDircct数据库中以"revisionkneearthrop1.asty""bonedefect""meta1.""augment""cone""cones""s1.eeve”和”S1.eeVeS"作为检索词进行文献检索，选择英文语种C检索时间为自数据库建立至2023年12月。文献纳入标准：（1）与"金属填充物在全膝关节浦修严重骨缺损重建”主题相关的临床或基础研究；（2）文献类型为已正式发表的论著、综述和病例报告。排除标准：（1）主题相关度不高的文献；（2）质量过低、证据等级不高的文献；（3）无法获取全文的文献。最终共纳入文献78篇，包括67篇英文文献、11篇中文文献。二、骨缺损的分型准确评估骨缺损的程度和类型对制定术前规划至关重要。膝关节.翻修术中骨缺损的分型主要包括Rand分型、Bargar和Gross分型、Huff和SCUICO分型、CIatWOrthy和GrOSS分型、Engh和AmmCCn分型等21,22,23,24,25,其中被广为采纳的是Engh和Ammeen在1999年根据骨的缺损量和缺损部位提出的安德森骨科研究所（andersonorthopedicresearchinstitute,AORI）分型（图1）21他们希望创建一种遵循简单和可重复的标准分型法，并基于此分型法指导外科医生针对每种类型的缺损采取相应的解决方案。AoRI分型将股针（F）和胫骨（T）分开分型，基于相似的缺损分为股骨F1.、F2、F3和胫骨T1、T2、T3型缺损，其中AoR1.2、3型被称为严重骨缺损C三、三区固定在膝关节翻修中，假体的稳固性对术后早期活动和康熨至关重要，并能延长远期使用寿命。如何获得有效的早期固定尚无统一标准。Morgan-Jones等26）于2015年提出了膝关节翻修二区固定理论中将股骨远端和胫骨近端分别划分为三个可实现固定的解剖区域：1区，关节面或骨惭；2区，干偶端；3区，长骨骨干（图2）。这种分区系统为翻修术前规划提供了一个框架。他们认为多数翻修手术需要获得至少两个区的稳定固定才能降低后期失败发生的概率。同时好的术前规划需要解决以卜三个问题：（1）哪些区域可用于固定；（2）哪种固定方法合适；（3）哪种假体最适合。如果术前没有提出并回答这些问题，可能会出现固定不牢，最终导致早期失败。1区固定是初次TKA的主要固定方式，而在翻修时很难实现比较好的1区固定。虽然可通过竹水泥、付移植物和金属垫块来实现1区固定，但翻修患者仅获得1区固定是远远不够的，还需联合2区或3区固定才能获得牢舔的固定27,28目前1区结合3区固定是翻修术的主要固定方式,但2区干加端的固定也同等重要。因为最大的应力往往集中在2区，应力分布不均会导致假体松动，阻碍假体骨整合29,30)。2区固定还有利于恢电关节力线并维持旋转稳定性.由于2区干惭端和骨标的几何中心对齐，无需偏移，因此在2区固定可使用较短的延长杆，从而减轻股骨弓的前移效应。如果2区不能获得牢靠的固定，尽管3区固定能分散部分干怖端应力，但随时间延长应力会导致1区固定不牢，造成翻修手术的早期失败。因此，获得有效的2区固定对远期假体的稳定性十分重要，特别是在干能端存在严重骨缺损的情况So目前S1.eeve和Cone是实现有效2区生物固定最常用的金属填充物31,32U四、金属填充物重建骨缺损(-*)金属垫块H1984年BrOOkS等33使用楔形金属垫块重建胫骨骨缺损并取得良好疗效开始，金屈垫块便受到广泛关注而得以快速发展。金属垫块具方良好的生物力学特性，可通过骨水泥或螺钉与关节假体连接，Ig建非包容性的骨缺损34h与同种异体骨移植相比，金屈垫块具花来源广、模块化程度高、操作简单、手术时间短、并发症少等优点35。目前金属垫块多为矩形和楔形，有5、10、15mm等规格，可配合膝关节假体在术中应用，对股骨远端或胫骨平台内外侧骨缺损进行重建36。有学者认为金属垫块适用于非包容件件缺损中骨皮质缺损25%或在骨-假体界面有40%面积的假体未得到宿主骨支掾的情况37,38o胫骨骨缺损常发生于胫骨平台的负垂区，出现假体力线偏移，不能实现均匀负重，造成假体下方楔形骨缺损，需用楔形垫块进行重建。例如，处理胫骨内侧骨缺损时可选择楔形金属垫块来矫正缺损造成的膝关节内翻畸形1,39。相较矩形地块，楔形垫块在骨-假体界面处产生的剪切力更大，因此楔形垫块的角度通常不能超过15°,否则过大的剪切力会导致假体松动40曲块在安放前通常需要额外去除宿主骨以匹配垫块，这势必会加重骨缺损。同时截骨还需适应假体安放的旋转角度，以保证假体和垫块对齐41。股骨远端骨缺损常发生在一侧或两侧，多为不对称性骨缺损，应尽可能使用与骨缺损形状相近的金属地块重建缺损，而非截除对侧来获得两侧对称，要保证金属垫块在填补骨缺损的同时尽可能减少宿主骨的移除，从而保留更多的骨盘42。股骨垫块通常呈矩形，厚度为5-10mm,可匹配内侧觊和外侧慷的缺损，并应用于股骨远端C将垫块置于股骨外踝后侧可恢复股骨的偏心距，将内旋的股骨假体矫正至正常的旋转位置，并解决屈伸间隙不匹配的问题。Wer1.e等43应用金属垫块重建严重的AORI3型股骨远端件缺损5例，平均随访37个月，假体在位良好，无任何松动的影像学表现。Pate1.等44使用金属垫块和延长杆对79例AOR1.2型骨缺损进行重建，3例因无菌性松动而需再次翻修；尽管有15.6%的股骨假体和15%的胫骨假体周围存在非渐进性放射线透光带,但未影响假体远期生存率，11年后92%的假体仍稳定，未出现明显的并发症使用金属地块后，远期假体周国出现的放射线透光带已引起广泛关注。透光带主要出现在胫骨侧，但多数为非进展性，短期不会对假体生存造成明显的影响。当缺损较大时，通过一个金属垫块无法有效重建，可联合使用两个垫块进行组装处理45。ChUng等46使用双金属垫块治疗17例直径15mm、严重不对称的非包容性胫件缺损。将个垫块通过螺钉固定至胫骨托，然后用骨水泥将第二个垫块固定到第一个塔块上。平均随访69个月后，仅3例出现了假体周曲的放射线透光带，但均无假体松动、塌陷或不稳表现。因此，他们认为双模块的组装方式处理15mm的严重非对称、非包容性胫骨近端骨缺损疗效显著。但实际应用中并非叠加的型块越多效果就越好°1.ee等47对39膝使用不同数量的金屈垫块处理感染性TKA翻修术中的骨缺损，随访88个月后发现随着金属格块数贵的增加假体周围放射线透光带的宽度出现增加，可见垫块数所的增加会导致影像学上的不稳定。金属地块的优势在于可提供即时支撑，无需加固，不会发生骨坏死和吸收塌陷【481。然而在实际应用中金屈垫块也有不少缺陷：需要额外去除更多宿主骨以匹配毡块，假体和垫块之间的摩擦可能导致产生磨损碎屑，以及对周围组织潜在的腐蚀等C此外，金属与骨之间的弹性模啾紫异可能会导致应力遮挡，增加潜在的骨质丢失风险，加重原有的竹缺损49。因此，闫昭等11认为金属垫块适用于AoR1.2型或老年患者的3型胫骨骨缺损。同时，需要注意的是，当金属垫块安放的位置偏外时，要警惕对侧副韧带造成慢性切割。（二）Cone骨小梁金属Cone,即骨小梁金属锥形块，常用于重建AoR1.2和3型等干胡端骨质大部分缺失的骨缺损H,50Jo粗金属骨小梁Cone是以多孔但为原材料定制成型的金属假体，近十多年来被广泛应用于重建膝关节股骨或胫骨侧干怖端严重的骨缺损51,52,53,54o但是一种高多孔金属，内部孔径为400600m,孔隙率高达75%85%,具有良好的组织相容性和抗腐蚀性,利于骨组织长入,有望实现生物固定55,56。多孔包金属假体的弹性模量约为3GPa,远低于常用的钛合金假体（I1.e）GPa）,介于软骨下骨板（1.5GPa）与皮质骨（15GPa）之间。因此，多孔坦的弹性模量与人体松质骨相当，具有承担生理负荷的能力，可降低应力遮挡的效果，有利于骨质再生和重珊，有效降低发生假体松动的概率570同时，多孔但金属假体的屈曲强度约为10Nm,与人体腓骨屈曲强度（812.5Nm）相近，因此多孔钮支撑股骨头的作用类似于腓骨植骨【58,59。此外，其表面高摩擦系数可增加重建后假体的稳定性。这些特性使粗金属骨小梁Cone被广泛应用在人工关节领域，包括初次复杂膝关节置换及翻修中，用以应对较大的干播端骨缺损，成为一种理想的干胱端骨缺损重建材料60,61与结构性异体骨移植相比，Cone不存在骨不愈合、骨吸收及疾病传播等风险，但昂贵的价格、需要移除更多的宿主骨进行匹配、生物固定后取出困难以及较高的感染发生率也需要在使用时利弊权衡。Cone在临床中展现了良好的疗效。Meneghini等62使用多孔钮COne治疗15例AOR1.2B和3型胫骨缺损，平均随访34个月后出现假体-宿主骨界面骨整合的影像学证据，无松动、移位、下沉或失败迹象CHoward等63使用多孔粗Cone治疗20例AoR1.2B及3型股骨缺损，结果显示所有患者在平均随访33个月后出现影像学上的骨整合，未出现任何与Cone相关的并发症。Cone在影像学上的成功骨整合是由于材料的高多孔性使其能早期实现骨长入，同时较低的弹性模H也能传递更多的负荷并保留骨成64,其远期疗效同样令人欣慰。Kamath等65使用Conc治疗66例中度到重度的严重付缺损，随访5-9年后无翻修生存率达到95.4%,仅有2例发生无菌性松动。Potter等66的研究使用Cone就修159例，5年生存率也高达96%。除假体松动，假体周围感染是使用Cone的一大潜在风险。1.achiewicz等67的meta分析纳入8项研究，在233例Cone重建的骨缺损中无菌性松动2例，而假体周围感染却高达11例，成为二期翻修后再次手术的主要原因。而一旦出现假体周囤感染，由于假体骨长人和骨整合，一般很难取出，往往会造成更大的骨缺损68。当巨大骨缺损累及干惭端和骨干，单个Cone不足以重建或重建稳定性不足时可选用联合植骨进行治疗，但潜在的骨质吸收塌陷风险将影响远期疗效.Boureau等69创新性地将两个Cone进行橙加重建7例巨大股骨缺损，随访期间未出现因Cone间磨损而导致的并发症，影像学上也没彳假体或Cone移位松动的征象，该研究为Cone替代同种异体骨或巨型假体提供了证据支掾，为临床治疗也提供了新方案，但是远期疗效还需进一步验证69o（三）S1.eeveSIeeVe的形状呈阶梯状，表面具有粗微孔涂层，形成一个相互连接的多孔表面。术中一般借先行股骨或胫骨恻扩的，再将S1.eeVe与宿主骨通过压配固定进行连接，无需骨水泥。SIeeVe外部的阶梯结构和椭圆形横截面使其在轴向和纵向都具有良好的稳定性，多孔表面可增加骨向内生长的倾向,利于周周骨沉积及重塑，实现假体与宿主骨的生物固定，避免同种异体移植物潜在的并发症和疾病传播的风险71oSIeeVe有各种尺寸和长度，可重建多种形状的干惭端骨缺损I72o对非件水泥固定的SICeVC需在置入即获得干怖端足够轴向和旋转稳定10o多孔SIeeVe主要用于胫骨大面积缺损的重建，当其与宿主借结合时可承担部分轴向负荷，有效保护干怖端的固定并提高膝关节的旋转稳定性,在植入S1.eeve前需要修整宿主骨，从小到大逐次扩馈直至获得旋转和轴向稳定，从而使缺损区与S1.eeve在外形上高度匹配，同时末端延K杆的联用可增加其稳定性。S1.eeve的优点是阶梯式设计带来的旋转稳定性、高度骨整合活性的钮涂层和干怖端骨的即时负重以防止应力遮挡。但对TKA术后感染翻修植入临时假体的患者，松质骨丢失严重且皮质骨严重硬化，需要特别注意在扩憧过程中的骨折风险I39,731»近年来S1.eeVe在临床的应用取得显著疗效。1.iU等31使用S1.eeve联合无骨水泥的延长杆重建37例需翻修的AORI2和3型骨缺损，平均随访6.4年，宿主骨与S1.eeve紧密结合，周的无明显的放射线透光带形成，S1.eeve生存率为100%。B1.och等74使用S1.eeve对319例进行TKA辅修的患者平均随访7.5年，发现3年生存率为99.1%、5年生存率为98.7%、10年生存率为97.8%cgarwa1.等75使用S1.eeve重建104例膝关节翻修术中严重骨缺损的患者，平均随访43个月，102个SIeeve实现了R好的骨长入，仅2个因假体松动需再次翻修。他们认为除潜在的感染因素外，未使用延K杆进行有效的固定是高危因素，并建议在重建类似骨缺损时都应使用延长杆。这与MOrgan-JoneS等【26）采用的2区联合3区固定获得更牢域的固定是一致的。带延K杆的S1.eeve可很好地实现干惭端区域与骨干区域的牢固固定，且延长杆可将应力从骨-假体界面转移到远端皮质骨，更好地保护千佛端。尽管S1.eeve的应用取得显著成效，但还需严格注意适应证，如大量空洞或节段件件缺损，尤其在无法实现初始轴向和旋转稳定时，应浅慎使用S1.eeVe。A1.exander76使用S1.eeVe对30例AORI2B和3型骨缺损进行重建，尽管末次随访时影像学上植入的S1.eeve均已实现骨整合，但仍有6例因疼痛等原因需再次手术。他们认为除延长杆过长引起外，还与术前纳入的AoR1.3型骨缺损过于严重，且S1.eeve应用后无法获得有效的稳定性有关，因此术前全面的规划尤为重耍.S1.eeVe也存在价格昂贵、件整合后取出困难等缺点，但较COne假体周围感染的发生率低.Fischer等77J比较了Cone和S1.eeve的生存率和临床疗效，尽管两者假体生存率、短期和长期随访结果中的羌异均无统计学意义，但.Cone在短期、长期四访中假体周的感染发生率更高（P<O.O5）o他们认为Cone和S1.eeve的不同材料特性可能是导致感染发生率存在差异的原因。S1.eeVe具有致密的表面，而Cone的结构是由相互连接的孔隙形成，更大的总表面积是引起晚期感染风险升高的潜在因素。在TKA术后感染翻修的患者中应用SIeeVe同样具有良好疗效。KIim等78使用S1.eeVe重建TKA术后感染二期翻修患者的付缺损，平均随访5.3年，各项功能评分得到显著提升，影像学上也显示出良好的骨长入，未发生无菌性松动。因此，他们认为S1.eeve是重建感染翻修患者所方骨缺损类型的一种可鞋的固定方案。综上所述，在进行翻修术时，骨缺损的处理是较为棘手的问题，加上患者个体差异较大，处理起来非常困难，详尽的病史、体格检杳和影像学评估是术前规划的It要步骤,潼慎移除已失效的假体对于避免进一步的骨质丢失十分重要。AORI分型不仅提供了方效的缺损分型方案，也为骨缺损的治疗提供了指导。三区固定理论能进一步指导制定稳定有效的重建方案，避免假体早期失效。尽管金属填充物在由建翻修术中严重骨缺损时可避免同种自体或异体骨移植的各种应用弊端，并展现出良好的应用前景，但需谨慎选用。金属垫块的应力遮挡是不容忽视的问题，Cone和S1.eeVe一旦翻修失败，其骨长人会使再次取出更为困难，势必造成更严重的骨缺损，加大再次翻修的难度，同时带给患者巨大的痛苦。COne和Sk1.eVe在重建股骨和胫件AoR1.2、3型骨缺损中都是可行且有效的选择，可实现干怖端骨的生物固定。目前面对AoRI2、3型骨缺损选择哪种方法尚无统一定论，不仅需要根据具体的分型，还要参考所要植入的假体系统。S1.eeve更适用于钛金属袖套(meta1.backedtitaniums1.eeve,MBT)系统，而Cone适用于多个系统，在一定程度上Cone要比S1.eeve更容易对干标端进行独立重建、恢复关节力线以及保持屈伸稳定性。但S1.eeve拥有专属的陀套安装工具，操作往往更简单，耗时更短，通过压配固定直接与宿主骨接触即可获得初始的稳定性，而Cone与假体间往往需要骨水泥进行固定。无论采用何种方法重建骨缺损，都应该遵循一定的原则。首先，在取出失效假体时一定要尽可能保留宿主骨，避免进一步加重骨缺损.其次，要尽房恢复正确的关节力线和旗骨而度，井维持侧副韧带张力，平衡屈伸间隙。最后，术者应具备术中灵活处理件缺损的应变能力。未来随着3D打印技术的不断成熟和增材制造技术的不断完善，个性化的金属填充物和假体将会为患者带来更多的福音。