重建良好的下肢力线一直是人工全膝关节置换等骨科矫形手术的主要目的之一，人工全膝关节置换手术的患者术后满意度和假体使用寿命在很大程度上取决于良好的术后膝关节力线。正确的人工膝关节力线可以让患者获得理想的重力矢量传导并优化膝关节运动，同时避免假体和骨水泥之间的界面因受力不均而导致早期失败，同时最大限度的保证伸膝装置的运动功能。
重建良好的下肢力线一直是人工全膝关节置换等骨科矫形手术的主要目的之一，人工全膝关节置换手术的患者术后满意度和假体使用寿命在很大程度上取决于良好的术后膝关节力线。正确的人工膝关节力线可以让患者获得理想的重力矢量传导并优化膝关节运动，同时避免假体和骨水泥之间的界面因受力不均而导致早期失败，同时最大限度的保证伸膝装置的运动功能。
一
基础知识与理论
根据人体生物力学的规律，膝关节的解剖结构保证了人体体重的力学传导正好经过膝关节的中央或稍偏内侧，因此在进行人工全膝关节置换手术时，也应该按照同样的原则进行手术计划。在研究膝关节置换手术如何能够更好的重建下肢力线之前，让我们先来看一下什么是正常的下肢力线。
在三维空间中，人体下肢力线也分为冠状面力线(即内外翻角度)、矢状位力线和旋转力线。
在冠状面上，正常人体下肢力线在远端向内侧倾斜，并在膝关节处呈轻度外翻成角其生理和生物力学作用主要为使膝关节更加靠近人体重心的垂线，同时保证膝关节线更接近于呈水平方向且膝关节面处单位面积承担的压力负荷更小。
对膝关节进行力学分析，其受力形式为重力作用矢量与肌肉合力作用矢量的合力的方向指向膝关节中央，同时经过股骨头旋转中心和踝关节中心，即下肢力线。
因此，针对临床上存在下肢力线畸形的患者，无论采用何种手术方法，其共同的目的均应该包括重建正常的下肢力线。但对于临床上各不相同的畸形类型和畸形程度，则需要进行详细的测量和术前计划，选择不同的手术方案。
以最常见的膝关节内翻畸形为例，当存在膝内翻时，由于各种原因如：股骨或胫骨发育异常、股骨或胫骨骨折成角畸形愈合、膝关节外侧稳定结构松弛、前交叉韧带功能不良、内侧软骨磨损或骨缺损、膝关节周围肌肉力量不足等因素均可导致重力与肌肉力量的合力作用于膝关节内侧，即内翻畸形。
由此可见，导致内翻畸形的原因是多方面的，因此治疗方案也应针对畸形的成因进行计划，包括人工全膝关节置换手术、股骨髁上截骨和胫骨高位截骨等。
人工全膝关节置换手术是矫正下肢内外翻畸形的有效治疗方法，比较一致的观点是将患者下肢力线矫正至膝关节假体中央的位置，应尽力避免残留内翻畸形，否则更容易出现术后假体的早期松动和失败。
这里顺便提一个小的插曲，在上世纪90年代，曾经存在两种截然不同的观点，Townley等学者认为人工全膝关节置换手术应将术后下肢力线调整至膝关节假体中央稍偏内侧一点的位置，因为正常人体的膝关节负重时，内侧间室所承受的负荷大于外侧间室;
但以Insall为代表的另一些学者则主张，膝关节置换手术后的内翻是不可接受的，甚至宁可将下肢力线调整为轻度外翻也不允许存在内翻畸形。
针对这一点争议，有学者进行了临床研究，对351例膝关节置换手术患者进行随访，结论是若膝关节置换术后内翻超过4°，其术后出现早期失败的风险会大大增加，相比之下，术后存在轻度的外翻畸形则不会增加早期失败的几率。
经过膝关节置换手术几十年的发展和越来越多的临床随访研究的证据支持，目前对这一问题基本达到了共识：膝关节置换术后若存在超过3°的内翻畸形，术后无论短期还是中远期的失败风险均会大大增加。
上面提到了导致内翻畸形的原因千差万别，而且在很多病人中同时存在着多方面因素，因此在术前应该进行充分的力线测量，分析其畸形的成因并制定手术计划。一般而言，在术前计划时应依次考虑以下几方面问题：
(1)确定下肢力线;即在下肢全长片中确定股骨头旋转中心的位置和踝关节中心的位置，经这两点画出下肢力线。
(2)辨别内翻or外翻畸形;若所画出的下肢力线位于膝关节中心的内侧，则为内翻畸形、反之则为外翻畸形。
(3)计算下肢畸形角度;分别连接股骨头旋转中心和膝关节中点、膝关节中点与踝关节中点，该两条线的夹角即为下肢畸形角度
(4)畸形位于股骨?胫骨?还是膝关节。
①分别经过股骨内外髁远端、胫骨内外侧平台做两条切线，测量其夹角，即为膝关节畸形，这种畸形的成因可能为韧带松弛和软骨或骨的磨损缺损所致;
②连接股骨头旋转中心和膝关节中点，测量其与股骨内外侧髁远端切线之间的夹角，其内侧夹角应为93°;
③再连接踝关节中点与膝关节中心的连线，该直线与膝关节内外侧平台切线之间的夹角正常时应为87°。
正常值：α=93°β=87°
关节成角=0°
本病例中：α=88°
股骨侧内翻：
93-88=5°
β=81°
胫骨侧内翻：
87-81=6°
关节成角=4°
内翻：5+6+4=15°
当明确分析出下肢畸形的成因和构成后，应该以此为依据进行手术计划。理论上说，关节内存在的畸形应通过关节置换而进行校正，而对于严重的关节外畸形应该选择股骨或胫骨的截骨矫形手术。
在临床实际中，通过关节置换进行以矫正关节外畸形可以大大减少手术创伤、医疗花费和康复时间。然而严重的关节外畸形如外翻超过20°时，单纯进行关节置换往往难以获得满意的治疗结果，且关节外畸形的位置距离关节越近，手术难度就越大。
二
内翻畸形
膝关节病变所导致的冠状位力线异常最常见的是膝内翻畸形，内翻畸形通常见于终末期的关节疾病患者，常常伴有严重的疼痛，膝关节功能受限，行走困难，是临床上人工膝关节置换手术中最常见的畸形类型，占所有行人工全膝关节置换术患者的80%以上。
毫无疑问，严重内翻膝是膝关节置换手术的适应症，但如何优秀的重建一个严重内翻膝的下肢力线，是临床上常见的技术难点，手术技术要求很高，此外，除了需要在术中对内翻畸形进行纠正，并平衡软组织，术后还需系统的康复训练。
内翻膝形成的病理解剖多为胫骨侧病变所导致的，原因包括以下几方面因素：
(1)膝关节内翻畸形的力学原因是由于膝关节内侧间室相对于外侧间室负担着更大的体重负荷，导致内侧间室内的软骨磨损加速。
(2)在重力反复刺激下，胫骨内侧形成的增生骨赘会增加内侧软组织的张力，从而导致内外侧韧带张力不平衡，进一步导致加重内侧磨损。
(3)膝关节内侧的软组织结构由三层结构组成，浅层结构包括内侧支持带和鹅足(股薄肌、缝匠肌、半腱肌的联合腱);中层包括内侧副韧带浅层和后斜韧带;深层包括内侧副韧带深层、关节囊和半膜肌腱在胫骨后方的止点。
随着病程的发展，内侧软组织(包括内侧副韧带，后内侧关节囊，鹅足，半膜肌等)会出现挛缩，同时胫骨平台出现骨缺损，从而进一步加剧膝关节的内翻畸形。在多数严重的内翻膝术中可以发现胫骨平台内侧的磨损往往非常严重，甚至在胫骨截骨后仍存在着较大的骨缺损。
(4)此外，一些膝关节外的损伤或病理改变如股骨或胫骨的骨折畸形愈合、Paget病、或既往行高位胫骨截骨术的患者，也同样存在着发展为内翻膝的风险。
当膝关节内侧软组织结构的挛缩进一步发展加剧，患者的膝关节内翻畸形可能会伴随出现屈曲挛缩，同时在胫骨、股骨的后内侧处出现增生骨赘，这些骨赘可能还会造成膝关节活动范围的进一步减小。
在严重内翻膝患者中，由于力线的偏离，长期应力的堆积，加上内侧胫骨平台磨损，膝关节两侧的受力变得不均匀。随着内侧间室越来越窄，相对应下，外侧间室则会被撬起，间室逐渐增宽，在负重行走时，外侧软组织受到牵拉，其长久结果必定导致外侧软组织的张力下降和长度延长。
采用人工全膝关节置换术治疗内翻畸形的关节疾病患者，在术中需要面临的问题包括重建下肢力线、实现内外侧软组织平衡、获得良好的屈伸间隙以及处理可能存在的骨缺损。
内翻膝的体格检查应包括步态、膝关节活动度，内翻角度测量、肌力测定，以及内外侧韧带的稳定性测验。
对于内翻膝的患者，术者应仔检查膝关节的稳定程度，评估内外侧韧带的张力是术前重要的步骤，特别需要强调的是对患者施以外翻应力，观察患者内翻畸形可获得矫正的程度，其代表着患者内侧软组织挛缩程度，对术中进行内侧松解有十分重要的指导意义。
对于固定畸形的内翻膝患者，往往需要术中对内侧软组织进行广泛松解;而对于术前可获得手法应力矫正的内翻膝，其畸形往往由骨缺损引起，术中进行正确截骨后，多数即可获得良好的间隙平衡。
股骨和胫骨内侧存在明显的骨缺损应在术前仔细评估缺损的部位和程度，术前应准备限制型假体，并准备假体所匹配的垫块以及延长杆等配件。
此外，韧带以及周围肌肉的肌力的情况决定着假体使用的类型，不稳定的关节更适用带有限制型延长杆髁限制型假体。内翻膝患者常常同时伴有屈曲挛缩畸形，活动度检查时应予以注意。除了骨科专科检查外，患者的一般情况应予以仔细的检查及评估。
术前影像学评估和测量对于所有的人工全膝关节置换术都十分必要。术前要求进行站立位双下肢全长X线片，为了方便测量长度应在摄取X线片时加上标准测量Marker。因为很多内翻膝的患者是由关节外畸形导致的，双下肢全长片不仅可以排除关节外畸形，而且更方便术者测量内翻畸形的角度，对术前详细的计划有非常重要的作用：
通过站立位全长片评估患侧的下肢的内翻畸形程度，根据正常下肢力线与实际胫骨力线轴的夹角评定内翻的程度(轻度<10°;中度10°~20°;重度>20°);
通过测量机械轴和解剖轴的夹角，决定股骨远端截骨时的外翻角;
粗略估计胫骨平台截骨平面，评估内侧胫骨平台是否在胫骨截骨后存在骨缺损的情况，以便及时备齐垫块，自体骨或异体骨移植材料;同时排除弓形股骨，髋内翻等影响截骨角度的因素并评估假体使用型号。
膝关节侧位片以及髌骨轴位片有助于评估胫骨平台在矢状位上的磨损情况以及髌骨病变情况。
非负重位的膝关节AP位X线片也同样非常重要，在非负重位情况下的膝关节内翻程度与负重位往往存在不同。若在非负重位内翻角度明显小于负重位，说明了内侧软组织的挛缩程度不大，内翻造成的原因可能是由胫骨的缺损所致，此时，在术中不可广泛松解软组织，否则将会导致内侧软组织过度松弛。
许多生物力学研究明确阐述了各解剖结构与膝关节伸直-屈曲间隙之间的关系，大体上而言，松解后斜韧带至后方关节囊以及半膜肌胫骨止点处的解剖结构影响伸直间隙多于屈曲间隙;而对内侧副韧带前角及鹅足止点处的松解则更多的影响屈曲间隙。
对内翻畸形的矫正有许多技术可以实现。但无论使用哪种技术，术者首先应明确各个解剖结构对屈曲和伸直间隙的影响，这样才能更有针对性的纠正不同原因造成的间隙不平衡。
三
外翻畸形
外翻膝定义为解剖外翻角度大于10°，外翻膝畸形通常见于类风湿性关节炎、伴有股骨外侧髁发育不良的骨性关节炎、创伤后关节炎以及一些代谢性骨病，通常合并屈曲挛缩。根据国外文献报道，不同的医疗中心所给出的外翻膝手术效果的结果差异较大，这可能与适应症选择和手术技术有关。
与内翻膝相比，外翻膝无疑对医生和患者而言是一种更具挑战的病变类型，其临床病例数量也远远低于内翻膝，在所有膝关节置换手术中所占比例不足10%。因此多数医生对外翻膝置换手术的熟悉程度往往低于内翻膝置换手术。
外翻膝进行关节置换手术的难度在于以下几点：
1. 在人体膝关节中，相比内侧而言，膝关节外侧可供医生松解操作的软组织结构更为有限。
2. 人体腓总神经绕腓骨小头后方，行走于膝关节外侧，在外侧操作过程中或因软组织大量松解而拉长，容易导致腓总神经损伤。
3. 许多外翻膝关节本身存在着股骨发育异常或严重骨缺损，在术中无论是外翻角度的判定还是外旋位置均会影响力线的准确定位。特别是股骨后髁结构异常，因此在术中使用后髁连线定位外旋的方法会出现明显偏差。
4. 多数外翻膝存在髌骨外侧支持结构挛缩，术后的髌骨轨迹容易出现异常而导致膝前区并发症。故推荐使用通髁线作为股骨外旋截骨定位的参照。也可以使用计算机导航来完成手术。
很多时候，外翻膝不仅存在着外侧软组织的挛缩，如髂胫束、腘肌腱和关节囊等，同时也伴随着不同程度上的膝关节内侧软组织结构松弛，往往需要能够提供一定限制性的膝关节假体。
外翻膝还常常伴有关节外畸形，或是髋关节、踝关节的结构异常，在术前计划和术中力线定位时应综合考虑以上因素，恢复下肢良好力线，最大限度的满足关节正常的生物力学要求，才能获得长期稳定的术后功能。
正常值：α=93°β=87°关节成角=0°
本病例中：
α=102°
股骨侧外翻：102-93=9°
β=90°
胫骨侧内翻：90-87=3°
关节成角=3°外翻：9+3+3=15°
外翻膝的结构特点决定了手术技术与内翻膝存在着较大差异，手术医生需要对其具备全面的认识与判断，才能在术中采取相应的手术技术，恢复理想的下肢力线和间隙平衡。
膝外翻病人出现外翻畸形的原因并不相同，而不同的畸形成因决定了不同的手术方式。在临床上，当医生面对一个膝外翻的患者时，应针对以下方面进行仔细辨别：
1. 应明确畸形的成因是骨性畸形还是软组织畸形：其中骨性畸形多由于干骺段的重塑导致外侧骨量的缺损，通常来源于股骨外侧髁的远端、后方以及胫骨外侧平台。膝外翻病例中，畸形主要来源于股骨侧，胫骨侧较轻，常为股骨外侧髁远端及后方的发育不良或缺损，或来自股骨干骺段的外翻，胫骨侧则可能会出现外侧平台中央的塌陷，表现为包容性骨缺损。对于单纯骨缺损而造成的外翻畸形，在病程早期可在内翻应力下手法矫正，手术难度较小。而软组织畸形是出现了外侧软组织的挛缩，常为继发性改变，主要包括外侧副韧带、髂胫束(ITB)、腘肌腱、后外侧的关节囊、腿后肌群的挛缩，伴有或不伴有内侧软组织结构的松弛。其中，髂胫束和后方关节囊属于伸直位稳定结构;外侧副韧带在膝关节整个运动范围均起到稳定作用;腘肌腱和后外侧关节囊则属于屈曲位稳定结构，在术中可根据软组织情况与间隙，在对应结构进行松解。
2. 应明确畸形为关节内畸形还是关节外畸形：关节外畸形一般位于股骨髁上干骺端或股骨干外翻畸形，可由骨折或其他原因所致。而关节内畸形一般由于股骨外侧髁发育不良或骨缺损导致。鉴别方法：通髁线—关节线(股骨髁远端连线)平行试验判断：正常两者为3°，几乎平行，若大于3°，则提示有发育不良或骨缺损等关节内畸形。通常在外翻膝病例中，经常会兼有关节内和关节外畸形两方面因素。对于这种情况，需要评估两者在外翻畸形中所参与的比例，以及关节外畸形距离膝关节的远近程度，才能正确的选择手术方案，对于关节外畸形严重，置换术中难以实现关节内矫正的患者，应考虑进行截骨矫形。
3. 外翻畸形的分型：目前，针对外翻膝分型的主要依据主要为外翻程度、内侧副韧带松弛与否、是否存在骨缺损等几个方面，如Lombardi分型、Krakow分型、Bourne分型等，最常用有有Krakow分型和Ranawat分类方法。
Krackow将外翻膝分为：I型 轻微的外翻畸形及轻微的软组织拉伸;II型 明显的外翻畸形(>10°)及明显内侧副韧带的拉伸松弛;Ⅲ型 严重的外翻畸形伴内侧副韧带的功能不全，且存在股骨异常畸形。并指出，对于I型和II型的畸形可采用软组织松解的方法得以矫正，但对于Ⅲ型膝外翻，通常应用限制性膝关节假体或铰链膝假体。
而Ranawat将外翻膝分为：I型 轻度外翻且内侧软组织基本正常;II型 严重外翻(外翻超过10°)且内侧软组织张力松弛;III型 严重外翻伴关节外畸形，且内侧软组织松弛。
针对外翻成因，术中外翻畸形的处理原则包括：松解外侧挛缩的软组织，使其与松弛的内侧结构平衡;若内侧副韧带过于松弛，则考虑采取内侧紧缩技术，减小内侧间隙，以实现内外侧软组织平衡;严重的骨缺损可使用金属垫块恢复骨面高度;在假体选择方面，必要时应考虑使用髁限制性假体提供冠状面的关节稳定性。
李想
中国人民解放军总医院·副主任医师
医学博士，中国人民解放军总医院骨关节外科副主任医师。主要方向为关节矫形重建，擅长运用人工髋、膝关节置换手术治疗终末期股骨头坏死、骨性关节炎、先天性髋关节发育不良、类风湿性关节炎、强直性脊柱炎、关节周围感染等疾病。AAHKS（美国髋膝外科学会）国际会员，中华关节外科杂志通讯编委，海峡两岸医药卫生交流协会老年医学专委会青年委员。
