全膝关节置换术(total knee arthroplasty, TKA)目前已成为外科治疗终末期膝骨性关节炎安全有效的方法^[1,2,3]，能够有效缓解患者膝关节疼痛、恢复下肢生理力线及改善膝关节功能^[4]。有研究报道，TKA近期临床疗效较好，长期随访优良率可以达到85%～95%^[5]。TKA术中准确的下肢力线、假体位置是影响术后膝关节功能和假体使用寿命的重要因素^[6]。研究表明，下肢力线偏差在±3°以内的假体10年存留率可达到90%，超过±3°则降为73%^[7]。Jeffery等^[8]的研究结果也表明，如果下肢力线偏差在±3°之内，术后12年假体松动率为3%；下肢力线偏差超过±4°则松动率增加至24%。要取得良好的远期临床疗效，很大程度上取决于对手术技巧的掌握。因此，如何在3D空间上准确截骨既是手术成功的第一步，也是影响其远期疗效的关键因素，更是骨科医生必须解决的问题。本文结合目前最新的技术，对TKA中股骨远端髁部及胫骨近端截骨的方法作一综述。

关节置换术是外科领域最成功的创新范例之一，历经一个多世纪的发展，已经成为治疗各类终末期关节疾病的标准手术之一，它极大地提高了终末期关节炎患者的生存质量。最早出现的人工关节是髋关节，由Smith-Peterson制作。在1940年，Campbell和Boyd制作了膝的假体，同一时期，基于Smith-Peterson的髋关节置换术，一些外科医生开展膝关节股骨假体置换术。但由于早期的假体设计简单，它的运动不符合膝关节的运动生理，加之截骨技术的限制，导致多数置换手术失败。失败的主要原因是假体松动和高感染率，而且患者的膝关节临床症状并未得到明显改善。1974年，Insall等^[9]施行第1例TKA。之后，学者们经过不断努力，人工TKA在假体设计、新材料的应用、手术操作技术及并发症预防等方面取得长足的进步，临床效果大大提高，并开始广泛应用于临床，这就是传统的膝关节置换手术。TKA中有关髌骨是否需要置换的问题尚有争议^[10,11,12]。在施行TKA的早期，不置换髌骨，术后常出现膝前区疼痛，临床上因而出现了髌骨假体置换。而欧洲骨科界认为，置换髌骨后常出现髌骨骨折以及假体磨损和松动等并发症，不主张常规置换髌骨。Lygre等^[13]对972例TKA患者术后随访发现，行髌骨置换与未行髌骨置换患者术后膝关节疼痛评分和活动功能并无显著性差异。

提高TKA远期疗效的关键是精确恢复下肢力线与良好的假体安置。术后理想的下肢力线应控制在冠状面上膝内外翻在3°以内，假体的安置应使股骨髁假体相对于股骨后髁轴线外旋3°～6°，并平行于股骨外科髁上轴，可使假体固定界面应力分布均匀，延长假体使用寿命。这就要求术中精确截骨和良好的软组织平衡。精确截骨是手术成功的第一步，为之后的安置假体、平衡软组织、恢复下肢力线打下坚实基础。由于股骨远端及胫骨近端解剖外形复杂，研究者对其进行了大量研究，不断地对截骨方法进行总结与改进。

传统的TKA常通过术前X线检查，术中利用各机械引导装置进行髓内及髓外手工定位划线截骨。在手术过程中，术者凭借手感、经验来定位解剖标志、下肢力线和假体旋转轴线，然后截骨、放置假体和平衡软组织等。股骨远端的截骨根据股骨机械轴和解剖轴的夹角进行，是纠正下肢力线最关键的一步，通常采用髓内定位法，选用5°～7°外翻截骨，截骨量一般为8～10 mm。对于股骨假体旋转力线，目前大多数学者和多数手术定位器械均按照股骨后髁轴线外旋3°来定位实现。利用器械配套的截骨工具行股骨前髁、后髁及前后斜面的髁部截骨。胫骨近端的截骨影响下肢的伸直和屈曲力线，通常采用髓外定位、后倾截骨，其后倾角度一般选定为0°～7°，截骨量一般为8～10 mm。上述所有操作均由术者依据器械公司提供的配套截骨工具来完成，该截骨方法较为成熟并沿用至今。

不同器械公司的定位及截骨工具所依据的基础理论基本相同，主要基于欧美人体解剖特点而设计和研发的大小不一致的截骨工具。亚洲尤其是中国人的膝关节解剖特点有别于欧美^[14]，依赖器械公司的传统工具很难达到真正意义上精确截骨的目的。Mahaluxmivala等^[15]对673例患者施行传统TKA，术后测量下肢力线小于4°的患者仅为18.6%，而下肢力线大于10°的患者为6.1%。由于TKA术中所需角度及截骨量往往通过术者的手感和经验判断，并对手术器械进行适时调整，主观性较强。即使是经验丰富的关节外科医生，也会出现下肢力线对位误差大于3°的情况，且发生率不低于10%^[15]。所以，在传统TKA中，精确截骨仍然是手术医生急需解决的问题。另外，术者在手术过程中需要对众多的手术器械进行装配、重复使用，以及股骨远端的截骨采用髓内定位，增加了感染、脂肪栓塞的风险和手术时间。

计算机导航手术是医学影像技术、计算机技术和空间示踪技术的发展与结合，在骨科中最早被应用在脊柱外科领域。1992年，Sautotetal首先完成了椎弓根螺钉导航系统的实验室开发和应用，之后逐渐推广到关节外科。1993年，法国Saragaglia小组率先进行无需影像资料的膝关节手术导航系统的研发，并于1997年首次成功应用于临床。近几年来，欧美国家计算机辅助外科手术(computer assisted surgery, CAS)越来越广泛地被应用于膝关节外科^[16]。在CAS的帮助下，截骨厚度可精确到1 mm，角度控制精确到0.5°～1°。

所有的导航系统都有坚固的身体标记物，通过锚钉或固定针固定于患者的股骨、胫骨和骨盆上，信号接收器使身体标记物视觉化，安装有特殊软件程序的计算机系统进行识别和计算各参数，从而精确地指导手术。计算机系统按照术中所得力线数据、解剖形态的改变及大小可计算出截骨角度、截骨量以及推荐假体型号等。通过截骨模板的导航实施截骨，术者依据导航仪的提示，在股骨和胫骨关节端固定带有红外线发射器的截骨导向器，用标准锯片来完成相关截骨。截骨时分别指示出股骨和胫骨机械轴线角度，相当于在直视下进行截骨，大大降低了整体下肢机械轴偏差的可能性。有关下肢机械轴线偏差在±3°范围内的比例，Bäthis等^[17]报道，导航组为96%，传统组为78%，Tingart等^[18]研究结果类似。计算机导航辅助TKA使假体安放位置更加精确化^[19,20]，降低假体位置和下肢轴线偏差的风险。另外，计算机导航辅助TKA可实现良好的术前规划、术前模拟操作等。

Venkatesan等^[21]研究发现，计算机导航TKA与传统TKA相比，除在恢复下肢力线、减少术中出血量以及减少脂肪栓塞发生率等方面具有优势外，没有直接依据证实计算机导航在术后临床疗效上的优势。此外，术中有很多无法控制的因素可能也影响截骨精度，如术者主观性、锯片厚度、模板精度及截骨中锯片微小倾斜等。与传统TKA截骨术相比，计算机导航TKA截骨术需要更多的时间，而且还会增加其他并发症发生的概率，如固定针松动，假体压力增加导致应力性骨折等^[22]。另外，由于导航系统学习曲线长、设备费用昂贵、技术要求高以及这种高端技术只能在个别大型医院开展等众多因素，也限制了导航系统的推广应用。

随着计算机辅助技术、工程学技术、定制生产技术与影像成像技术的不断发展，医学也进入了数字化时代。TKA个体化模板技术就是数字医学发展的产物。TKA个体化模板是依据患者术前患侧MRI或CT扫描数据，采用逆向工程、计算机辅助设计和快速成型等技术设计而成，是一种应用于术前规划、模拟截骨和术中操作的新的膝关节置换方法，具有提高TKA截骨精确性、简化手术步骤、缩短手术时间、减轻手术损伤等优势。具体方法为：先根据患肢的扫描数据，行下肢3D重建，确定各关节的中心和轴线；再把股骨远端髁部和胫骨近端按等比例大小进行实体模型重建，依据截骨参数要求设计截骨模板定位孔的位置和方向。通过反求技术提取股骨远端与胫骨平台个体化模板的模型，再使用快速成型技术加工出模板的实物。术中检验模板与股骨远端和胫骨平台的贴合性，根据患者个性化的骨性标志、最佳贴合位置来确定模板的位置并以此进行截骨操作。早期的TKA个体化截骨模板具有定位和截骨的双重功能，摆脱了传统TKA对器械厂家提供的截骨工具及机械导向装置的依赖，实现了TKA的解剖截骨。2006年，Hafez等^[23]首次提出基于CT数据制作个体化截骨模板在TKA中的应用，并在尸体标本上进行实验，取得了较好的效果。该TKA个体化模板技术虽然摆脱了传统TKA对厂家提供器械的依赖，为膝关节置换中精确截骨提供了一种新的理念；但也有不足之处，如无临床应用评价，缺乏合理的术前规划，模板制作过程中存在较多问题等。

由于膝关节股骨髁关节面及胫骨平台有软骨覆盖，CT对膝关节关节面软骨不能很好地显示成像，在行膝关节图像分割、3D重建及模板的制作过程中，可因忽略了关节软骨，导致膝关节建模失真。所以，基于下肢CT扫描数据设计制作的截骨模板存在一定的误差，影响模板与截骨面的贴附性及截骨精度。同时，CT辐射量较大，增加了对患者身体的损害，这些因素也已引起了广泛的重视。而MRI能够较好地显示骨和软组织，可以多层面成像，且具有无辐射、无骨伪影、高对比度、高分辨率等优点。因此，利用专业的3D建模软件对膝关节MRI扫描数据进行处理，在膝关节3D重建中较CT具有明显优势，从而保证了截骨定位模板的精确性。

个性化截骨定位技术是2010年美国俄亥俄洲立大学骨科医院专家与美国邦美公司合作研究开发的，它基于MR 3D成像技术，依据患者个体膝关节解剖特点设计并制作个体化截骨定位模块。术前对每例患者行患侧髋、膝、踝关节MRI检查，获取MRI数据后行下肢3D重建，准确确定下肢力线情况和膝关节骨性畸形特点，根据膝关节的3D模型利用相关软件，在手术医生的参与下设计，并制作出与股骨远端、胫骨近端匹配的个体化截骨定位模块，使术中截骨更加准确，恢复良好的下肢力线，从而达到理想的手术效果，避免股骨髓内定位打开股骨髓腔的副损伤。目前，国际上大的关节厂商都在开发此项技术。Ng等^[24]回顾性分析569例使用邦美公司基于MRI技术的个体化截骨定位模板，以及155例使用传统工具进行TKA的病例资料，数据表明个体化截骨组下肢力线偏差在±3°范围外的离群值比例为9%，传统组为22%。使用基于MRI技术的个体化截骨定位模板研究表明，下肢力线离群值大于3°的比例为11%，大于5°的为3%；在股骨假体旋转定位方面更有优势^[25,26]。Nunley等^[27]研究结果表明，实验组下肢力线偏差在3°范围外的离群值比例为32%，传统组为40%。也有文献报道，个体化截骨定位模板并不能提高下肢力线的准确性^{[28,29,30,31]}。由于模板制作技术、数据研究方法及样本量选择不同等原因，可能会使实验数据统计结果有所差异。在研究截骨精度对下肢力线影响的同时也应考虑到膝周软组织因素。另外，TKA术后力线一般通过X线片来进行测量，但是很多研究已经证实，通过X线片测量术后力线易导致误差。更多的研究表明个体化截骨定位模板具有十分独特的优势。Lombardi等^[22]通过术前重建股骨远端及胫骨近端，使用快速成形技术加工出与患者骨性标志精确吻合的个体化定制截骨定位模板实物，检查其匹配性，通过临床实验表明，模板除了提高截骨的精确性，操作上具有比计算机导航系统更容易、更方便，不需要大量设备的投入等优势。截至目前为止，只有邦美公司将该技术引入国内，经初步临床验证，手术效果比较理想，精确性高，创伤小，恢复快，手术费用较传统TKA略有增加，但手术的获益是显而易见的，患者比较满意。由于该个体化截骨定位模板从术前的膝关节影像学数据获取、模板的设计及制作至最终的术中应用需要时间稍长，约为6周，加之检查增加的额外费用、患者难接受性等因素限制，该技术并未在国内得到很好的推广和应用。

TKA的目标是为了重建良好的下肢力线，维持膝关节韧带的平衡，从而缓解膝关节疼痛，改善功能，提高患者生活质量。因此，精确截骨是手术成功的关键环节。国内现行的人工TKA术中截骨方法主要依赖传统的机械引导装置进行辅助定位截骨。随着数字化技术的不断发展，计算机辅助的个体化、数字化截骨技术可设计精确化的截骨方法或工具，实现个体化解剖截骨，最大限度地减少手术创伤和术后并发症，使膝关节术后功能恢复更加理想，该技术将成为TKA发展的新方向。