第四节 关节外科发展简史
一、人工髋关节
Arthroplasty(关节成形术)一词来源于希腊语arthron和plassein,其意义为由于创伤或疾病造成关节强直时,采用外科手术使其成为能活动的关节。
(一)早期探索阶段(1821—1937)
1.髋关节成形术
Anthony White(图1-1-4-1)是第一位进行髋关节成形术的英国医师。1821年,他为一位股骨头后脱位长期卧床不起的9岁男孩施行关节截骨成形术。术后畸形得以矫正,疼痛缓解,12个月后假关节活动满意。该患者40岁时因其他疾病而死亡,尸检发现股骨与骨盆之间形成纤维连接。
2.非生物材料关节成形术
1840~1860年,美国Carnochan(图1-1-4-2)首先进行了关节内置放非生物材料的关节成形术。他为一位下颌关节强直患者切除下颌骨颈,在关节间隙内放置一小片橡木片,使关节可以运动。后来,由于木片发生被排反应而手术失败。1880年,法国Oilier(图1-1-4-3)利用关节周围软组织形成新的关节面,首创了关节面成形术。此后Lexer,Payr及Baer等用筋膜皮肤施行隔离型关节成形术。1919年,Baer在美国约翰霍普金斯医院用经铬实验处理猪膀胱,同时施行了关节成形术。
图1-1-4-1 英国医师Anthony White(1782—1849)
图1-1-4-2 美国骨科医师John Murray Carnochan(1817—1887)
图1-1-4-3 法国外科医师Louis Xavier Edouard Léopold Ollier(1830—1900)
3.骨水泥型全髋关节置换术雏形
1891年,德国Gluck(图1-1-4-4)用象牙股骨头与髋臼首先进行了全髋关节置换术,用镀镍螺钉固定假体,他还使用了“骨胶”(由松香、浮石粉和塑料混合制成的黏合剂)固定假体。无疑Gluck是骨水泥型全髋关节置换术的先驱。
图1-1-4-4 德国外科医师Themistocles Gluck(1853—1942)
4.髋关节置换术
1923年,Smith-Petersen(图1-1-4-5)在波士顿设计了玻璃杯关节成形术,他被认为是髋关节置换术的鼻祖。最初,他从一患者背部取出一块留置约一年的玻璃碎片,发现玻璃碎片周围有少量纤维组织包绕,里面还有液体,形成发亮的滑液囊。这种现象促使他产生了一个想法,即将异体材料置入关节,使周围组织在修复过程中形成新的关节面。于是,他设计了一种玻璃杯状假体套在股骨头表面实施单杯成形术,因玻璃杯容易破裂而失败。后来又改用赛璐珞(celluloid nitrate)等材料,又由于组织相容性差,产生严重的组织排斥反应而放弃使用。1933年,他采用耐热的硼酸玻璃,术后1~2年,关节面变得光滑而比较坚固。1937年,他改用酚醛塑料,但效果仍欠佳。1934年,Rehn用不锈钢杯给一位先天性髋关节脱位的患者施行髋臼重建术,即将凸面一约0.61cm长突起的钢杯置入髋臼。8周后,进行第二次手术去除钢杯,将一块脂肪垫放入重建的髋臼。
图1-1-4-5 美国骨科医师Marius Nygaard Smith-Petersen(1886—1953)及多种材质关节置换杯
(二)初步形成阶段(1938—1957)
1.钴铬钼合金杯关节置换术
1938年,Smith-Petersen从牙科医师使用的钴铬钼合金材料受到启发。这种合金生物惰性较强,在人体内组织相容性较好,组织反应很小。他用钴铬钼合金杯假体做了1000例髋关节成形术(图1-1-4-6)。但是临床实践表明,假体边缘容易被组织包埋,继而造成金属杯与股骨头间磨损增加,术后患者关节疼痛、股骨头坏死现象十分常见,长期疗效不佳。后来,他的助手Aufrance和Luck都对钴铬钼合金杯关节置换术做了改进,放弃了原来的钟形设计,假体外形更接近圆球形,其内侧面与股骨头间的稳定性增加。
2.不锈钢假体全髋关节置换术
1938年,Phillip Wiles(图1-1-4-7)在伦敦Niddlesex医院用不锈钢假体为6位Still病患者做了全髋关节置换术。用螺钉固定髋臼假体,用螺栓将股骨头假体固定在股骨颈上。Phillip Wiles被认定是真正施行全髋关节置换术的第一人。
图1-1-4-6 Smith-Petersen型髋关节钴铬钼金属杯
图1-1-4-7 英国骨科医师Phillip Wiles (1899—1966)及其设计假体
3.人工关节磨损试验研究
1939年,Haboush对Smith-Petersen假体模式作了改进,设计了带边缘的钴铬钼合金杯。1940年,他在纽约进行了2例关节置换术,但因疗效差而被迫放弃使用。之后他在纽约的实验室用水做润滑剂,对钴铬钼合金股骨头假体的丙烯酸酯髋臼假体进行磨损试验。加压使股骨头对髋臼产生480.44N的压力,以16r/min的频率研磨27h,首次对人工关节的磨损情况进行了研究。
4.股骨头假体设计与应用
1940年,美国Moore(图1-1-4-8)和Bohlman在南卡罗莱纳设计重建型人工股骨头假体,其结构复杂,而且柄上有孔可以螺钉固定,在约翰霍普金斯医院为一位53岁股骨近端骨巨细胞瘤患者更换了股骨头。但术后疗效欠佳。
图1-1-4-8 美国骨科医师Austin Talley Moore(1899—1963)及Moore型早期假体
1950年,Moore在南卡罗莱纳州大学工程系教授Sumwal和纽约Austenal实验室主任工程师Hans Reymann的帮助下,设计了Moore型自锁式钴铬钼合金的股骨头假体(图1-1-4-9),1959年,Moore在全美骨科医师训练研讨会上报道了21例置换术的随访结果,其中仅有2例术后发生脱位,1例出现假体松动和下沉。但后来其他使用Moore假体的临床报道的结果却相反,认为术后股骨颈骨质吸收,假体下沉不仅多见,而且是导致置换失败的主要原因。1950年,Thompson等认为短柄股骨头假体的缺陷是固定不牢靠,他们设计了长柄的股骨头假体(图1-1-4-10)。后来,由于不锈钢柄易发生断裂等并发症,而改用钴铬钼合金。其后,相继出现过尼龙飘浮型和固定型杯,以及同轴不锈钢双杯假体等。
1951年,英国的Mckee用不锈钢假体进行全髋关节置换术,术后不到一年由于假体松动而失败。后来,改用钴铬钼合金假体,采用Thompson股骨头假体模式,这是第一代关节面采用金属对金属组合的髋关节假体(图1-1-4-11)。此后,Mckee假体模式被许多人所借鉴Mckee被认为是对现代全髋关节置换术作出巨大贡献的学者之一。
图1-1-4-9 Moore型自锁式钴铬钼合金的股骨头假体
图1-1-4-10 Thompson型股骨头假体
图1-1-4-11 英国骨科医师George Kenneth McKee(1906—1991)和Mckee-Farrar型髋关节假体
从1951年开始,Leventhal用钛股骨头假体进行关节置换的尝试。他于1957年宣称骨可以长入这种钛合金材料的假体。尽管他没有出示证据,但是Leventhal的工作给人们提供了一种可以被接受的新材料。1952—1957年,Willse等用冷固化丙烯酸酯骨水泥进行动物实验,获得了大量数据,为人工关节的骨水泥技术作出贡献。在20世纪50年代,很短的时间内就发展了30余种髋关节假体,大大促进了人工关节的发展。
(三)发展阶段(1958—1970)
1.现代人工髋关节研究与实践
(1)关节摩擦和润滑机制研究:
1950年,Charnley(图1-1-4-12)注意到一位用Judet丙烯酸酯假体进行髋关节置换的患者,术后2年在关节活动时发出吱吱的响声,使他产生了进行关节摩擦和润滑机制研究的设想。1950年,Charnley在新科学杂志上报道了动物实验的结果,他认为动物关节面类似海绵,具有弹性,内含滑液,使关节保持低摩擦性质。采用润滑液润滑假体关节面以获得低摩擦效应是不可能的,应当寻求低摩擦系数的材料来制作假体以达到目的,从而确立了人工关节低摩擦的理论。
图1-1-4-12 Sir John Charnley (1911—1982)
(2)假体材料研究与应用:
1962年,德国一个塑料工厂的推销员到医院推销一种高分子聚乙烯齿轮,并将齿轮推荐给Charnley。他用这种材料做成模型进行实验。几周以后,Charnley确信这是一种较好的假体材料。他根据髋关节低摩擦的生物力学原则,设计出22.5mm直径的金属股骨头与高分子聚乙烯髋臼组合的假体,用聚甲基丙烯酸甲酯(骨水泥)固定,从而创建了低摩擦的人工关节置换术(low friction arthroplasty,LFA)(图1-1-4-13)。从此,人工关节生物力学的研究得以迅速发展,开创了人工关节置换的新纪元。在20世纪60年代,人工髋关节置换术最严重的并发症是感染,当时Charnley关节置换术的感染率为7%。1966年,Charnley首先使用了空气层流净化手术室、个人空气隔离系统和预防性抗生素(图1-1-4-14),使术后感染率大大降低。由于Charnley对人工关节做成的巨大贡献,他被公认为现代人工关节之父。
(3)关节表面置换术研究与应用:
20世纪70年代,年轻和活动较多的患者人工髋关节置换术失败率较高。针对这一问题,关节表面置换术重新兴起。这种手术具有切除骨质少,而更符合髋关节的解剖生理特性。配套应用的假体是高强度合金与超高分子聚乙烯,即使失败了,也推迟了做常规全髋关节置换的时间。1966—1969年,瑞士Mueller和法国Gerard首先开展了非骨水泥型的钴铬髋关节表面置换术。1972年,Furuya用超高分子聚乙烯进行髋关节表面置换术。20世纪70年代中期,Amstutz设计了双杯髋关节表面置换术。但是由于术后假体松动、骨质吸收等并发症,多数假体已放弃使用。在此期间,德国Wagner和美国Amstutz仍在继续研究和应用关节表面置换术。
图1-1-4-13 Charnley型低摩擦全髋关节假体
图1-1-4-14 Charnley空气层流净化手术室与个人空气隔离系统
2.骨水泥型与非骨水泥型假体研究与实践
(1)早期研究:
纵观人工髋关节的历史,假体模式从最初的压力配合过渡到Charnley骨水泥型全髋关节置换术。20世纪70年代起,由于骨水泥界面的老化、破裂而引起假体松动等并发症,非骨水泥假体再度兴起,部分学者开始探索“生物固定”的方式。多孔表面按孔隙大小分为巨孔型和微孔型。1971年,表面微孔型钴铬钼股骨头假体首先在巴黎出现,这种假体孔径较大,约几个毫米。同期Lord也设计了孔径较大的珊瑚石样珍珠面假体(图1-1-4-15),这种假体的特点是柄全长都布满了多孔表面。这样,在柄远端孔隙内由于骨长入牢靠而产生应力遮挡效应,使股骨近端骨质萎缩。另外,在假体柄断裂后,不易被取出,增加了返修术的难度,因此,而被迫放弃了这类假体的应用。
图1-1-4-15 Lord珍珠面假体
20世纪70年代以后,出现了另外一些根据严密紧压原则(full-fit,press-fit)设计的假体。假体与骨之间的孔隙不大于1mm,一般无颈领,柄的形状上宽下窄,使其更适合髋腔的形状而紧密相贴以达到固定牢靠的目的(图1-1-4-16)。
图1-1-4-16 德国医师Karl Zweymüller与Zweymüller型紧压配合式假体
(2)旋入型与非旋入型髋臼假体:
髋臼假体主要有旋入型和非旋入型两种。Sivash最初设计的旋入型假体表面有七圈线型的沟(图1-1-4-17),但因松动率高而被放弃使用。之后,Mittelmeier首先设计了表面有螺纹的假体,还有人设计了锥形的金属旋入型髋臼假体。对带螺纹旋入式髋臼假体的看法仍未完全统一,这种假体目前在欧洲依然常规使用,而在美国由于考虑到置换时髋臼假体角度难以控制以及旋入式假体远期松动率较高等问题,医师们已很少采用。针对这种情况,也有医师主张使用表面既有螺纹,又有多孔层覆盖的髋臼假体。
图1-1-4-17 Sivash最初设计的旋入型髋臼假体
(3)金属外壳半球形髋臼假体:
Harris首先设计并使用半球形带金属外壳的髋臼假体,由于受到生物力学实验的支持而广泛流行(图1-1-4-18)。其内衬为超高分子聚乙烯,金属外壳表面为多孔型或多层金属网结构。另外,在聚乙烯内衬被磨损后,容易再置换。
图1-1-4-18 美国医师William H.Harris与金属外壳的髋臼假体
(4)陶瓷假体:
1970年,Boutin在法国首先应用钙铝酸盐陶瓷假体进行全髋关节置换术。但由于术后发生了股骨头与股骨干分离而失败。1972—1973年,Grissl和Mittelmeier分别用各种类型陶瓷假体进行了全髋关节置换术,术后都发生了较高的(头或)臼破裂的并发症(图1-1-4-19)。目前出现的改良的陶瓷假体的髋关节置换术(图1-1-4-20),还需要经过一段时间的考验才能对其做出正确地评价。陶瓷材料虽然具有较低的摩擦系数、生物相容性好、能诱导骨组织长入的优点,但由于硬度高容易破碎,同时其抗疲劳强度差,不适宜单独作为假体的材料。
图1-1-4-19 德国医师Wolfram Mittelmeier与碎裂的陶瓷股骨头假体
图1-1-4-20 常用的陶瓷材料假体
(5)混合型假体:
近年来,还出现了混合固定的全髋关节置换术。即骨水泥型股骨柄假体和非骨水泥型的髋臼假体相匹配。骨水泥型假体可以允许术后早期负重活动以及较少发生术后股部疼痛,而非骨水泥型髋臼假体又避免了骨水泥型假体容易产生术后骨水泥破裂和假体松动的缺陷。这种类型假体目前趋向应用于60岁以上的患者。
近20年来,非骨水泥型假体比骨水泥型假体应用广泛。近年来人们认识到,虽然短期疗效优于骨水泥型假体,但长期效果两者无明显差异。个别学者认为,采用非骨水泥假体,一旦出现松动,在返修术时骨的缺失量可能比骨水泥型要少,返修术需要的植骨量也少,因此主张对年纪较轻的患者首选非骨水泥型假体。但研究表明,假体无菌性松动部分由于机械变化所致,减少假体的应力和改善关节面的压力强度有助于减缓松动,从而促进了现代骨水泥技术的诞生和发展,大大提高了骨水泥型全髋关节置换术的疗效,所以又出现了骨水泥型假体的回潮。随着病例数的增多,严谨的研究结果将对骨水泥和非骨水泥型假体的优劣做出正确的评价。
二、人工膝关节
(一)早期探索阶段(1860—1950)
早在19世纪中叶,有人提出通过修整病变膝关节面,达到改善关节功能。其方法是切除病损关节面,用生物或人造材料置入关节间隙,进行所谓“隔膜型”膝关节切除成形术。法国Verneuil(1863)(图1-1-4-21)和Ollier(1886)(图1-1-4-22)分别首次利用自体筋膜组织施行“隔膜型”膝关节成形术后,人们还相继尝试了许多其他内置材料,如猪膀胱、自体皮肤、肌肉、骸前囊等生物材料,以及尼龙、玻璃等合成材料。这些早期探索主要针对结核、感染等引起的膝关节强直、畸形患者,术后初期效果满意,后期常因排斥反应、继发感染或关节再强直而失败。
1938—1941年,Campbell和Smith-Petersen金属杯髋关节成形术的启发(图1-1-4-23,24),研制了金属股骨髁假体应用在膝关节成形术。由于疗效较差,这种手术未能推广。
图1-1-4-21 法国外科医师和病理学家Verneuil,Aristide Auguste S (1823—1895)
图1-1-4-22 法国外科医师Louis Léopold Ollier(1830—1900)
图1-1-4-23 美国医师Willis Cohoon Campbell(1880~1941)
图1-1-4-24 美国医师Marius Nygaard Smith-Petersen(1886—1953)
(二)形成阶段(1950—1970)
1.完全限制型(铰链式)假体
具有良好的内在稳定性,对关节周围韧带等软组织的功能完整性要求较低。较长的髓内固定柄也使得铰链关节对线十分方便,手术操作简单易行。
最早用于临床的限制型膝假体由Walldius于1951年设计(图1-1-4-25),假体材料为丙烯酸酯,只能做单轴运动,设计活动度为过伸5°,屈曲115°。随后,Shiers也设计了类似假体,但机械结构更为简单,并将材料改为不锈钢,1960年进一步发展为钴铬钼合金。60年代起,几乎所有的完全限制型假体均改用骨水泥固定。
完全限制型假体松动率高且易下沉,术后感染率高,临床效果差。综合文献报道,铰链式假体失败率约在20%~30%。Young (1971)等认为,Walldius铰链式膝假体的使用寿命最长不超过10年。尽管那时人们就已意识到这些问题,但在当时条件下,铰链假体仍然是人工膝关节置换术的主要选择。
2.非限制型或半限制型(非铰链式)假体
1958年,加拿大Macintosh提出了另一种形式的半膝关节置换术,即只置换病变胫骨平台,却获得了相当的成功(图1-1-4-26)。起初假体材料选用丙烯酸,后改为金属,采用紧压配合方式固定。这种假体尽管在矫正畸形、恢复关节功能方面效果欠佳,但能缓解疼痛,并可最大限度地减少了手术切骨。该假体至今仍有应用,特别是用于类风湿关节炎的治疗,早期效果较为满意。
(三)现代发展阶段(1970—至今)
进入20世纪70年代,随着许多相关学科的飞速发展,人工膝关节置换术迎来了黄金发展期。在这一阶段,无论假体设计、手术器械更新与技术提高,还是手术适应证范围、治疗效果等方面都有了明显的进步。假体研究重新从单纯铰链式更多地转移到了半限制型和非限制型假体。
图1-1-4-25 瑞典医师Börje Walldius(1913~1998)和Walldius假体
图1-1-4-26 Macintosh假体
1.半限制型膝假体
20世纪70年代在大力研制非铰链式假体同时,对铰链式假体也做了一些设计上的改进,在维持铰链式假体良好的内在稳定性基础上,抛弃了单轴铰链结构,改用联结式结构,使得假体具有一定范围内的多平面活动能力,临床效果有所改善,但总体效果仍远不及非限制型假体。这一时期,最具代表性的限制型和半限制型假体有如下几种。
(1)Guepar型膝假体:
由法国Guepar小组1970年设计(图1-1-4-27),属铰链式结构,它是在总结50年代限制型假体优缺点的基础上产生的。其特点是:①术中骨组织切除少,便于返修术;②模拟正常膝关节,其铰链旋转轴线偏关节线后上方;③关节屈曲不受限;④股骨髁假体前方设有与髌骨相关节的浅槽;⑤假体有左右侧之分,股骨假体柄带有外翻角。
图1-1-4-27 Guepar假体
(2)球心形膝关节假体:
由美国密执安大学Matthews和Kaufer等设计,1973年首次用于临床(图1-1-4-28),属半限制型关节。其主要特点是在平台正中突起一柱,其顶端为球状,与股骨髁假体髁间臼(内衬有聚乙烯)相关节,这种结构除在伸膝位严格控制内外翻活动之外,允许关节在各个方向的活动。
(3)Sheehan型膝假体:
属铰链结构。由爱尔兰Sheehan(图1-1-4-29)设计,1971年进入临床。股骨髁假体外形模拟正常膝关节,有左右侧之分。内外髁分叉由前向后逐渐增大,屈膝90°时,可有约20°旋转。伸膝位有2°~3°侧方活动,屈膝45°,侧方运动达到6°~7°。
图1-1-4-28 球心形膝假体
图1-1-4-29 Sheehan假体
(4)其他半限制型膝假体:
还有Herbert型、Noile型、运动旋转型(1978)、Trillar型、GSB型、Attenborough等。
2.非限制型假体
20世纪70年代以后,非限制型假体的研制有了许多重大突破。
(1)多中心形膝假体:是由加拿大Gunston(1969年,图1-1-4-30)首先成功研制的。这也是第一次将膝关节功能解剖和生物力学原理应用于假体设计,并是第一个采用金属-高分子聚乙烯材料组合的膝关节,用骨水泥固定,具有划时代的意义。Gunston被公认为现代人工膝假体之创始人。
图1-1-4-30 加拿大骨科医师Frank H.Gunston CM及Gunston假体
(2)设计原则研究:1973年,英国Freeman在总结前人工作的基础上,提出了人工膝关节假体的几个设计原则。主要包括:①便于今后返修;②为减少松动,假体应设计成非限制型或半限制型,以减少扭转、侧方应力集中传递到假体骨组织交界面。最大限度地增加承力部分的假体与骨组织接触面积;③采用金属—聚乙烯低摩擦界面,降低假体磨损。增加接触面积,减少单位面积上的负荷;④减少髓内长柄和骨水泥的使用,避免死腔,预防和降低感染;⑤标准的假体置入技术;⑥假体设计要求有5°超伸和至少90°的屈曲活动范围;⑦能提供一定范围的旋转;⑧限制膝关节各个方向的过度活动应依靠关节周围软组织,特别是内外侧副韧带。这些观点成为膝假体设计的理论依据。
(3)全髁型、ICLH型及Townley等解剖型膝假体的应用:非限制型假体的基本结构逐步趋于一致:①出现股骨髁假体前翼,其表面设有浅槽,与髌骨共为关节,防止髌骨脱位,减轻髌股关节疼痛;②平台中央隆起,类似髁间棘结构,增加关节侧方稳定性;③增加胫骨平台与骨组织接触,减少平台下沉;④胫骨平台适当后倾,增加关节活动范围;⑤聚乙烯平台下方附加金属底托,使应力均匀分布,并减少聚乙烯蠕变、磨损;⑥平台设有髓内固定柄,减少松动发生;⑦置换髌股关节。
(4)手术器械得到改进,开始出现各型膝假体的专用配套器械,以保证假体的正确安置。
(5)各型膝假体的使用范围大致明确。限制型假体仅用于再次膝关节置换术或有严重骨缺损、软组织不稳的患者。非限制型假体用于除此之外的大部分病例。
(四)几款具有代表性的限制性假体
1.全髁型和后方稳定型膝假体
由美国纽约特种外科医院的Insall,Ranawat等(图1-1-4-31,32)设计。该医院对20世纪70年代人工膝关节的发展做出了重大贡献。他们先后研制了多种膝假体,由起初的单髁型、双髁型逐渐转变到双髌型、全髁型、后稳定型等。
图1-1-4-31 英籍美国骨科医师John Nevil Insall(1930—2000)
(1)全髁型膝关节假体(TCP):
1973年Insall等设计(图1-1-4-33)。该假体采纳多种假体的优点,临床疗效显著,10年以上随访优良率在90%左右。它的原型设计至今仍在应用,并成为衡量其他类型膝关节假体的“金标准”。
图1-1-4-32 印裔美国骨科医师Chitranjan Singh Ranawat
图1-1-4-33 早期全髁型假体TCP Ⅰ
(2)后方稳定型髁假体(如Insall-Burstein型,IB):
目前应用较多,是在TCP Ⅱ的基础上发展而来,1978年面世。标准后方稳定型膝假体设计屈伸范围为120°,为亚洲人特殊设计的膝假体可达140°。1980年在聚乙烯平台下方,增加了金属底托(图1-1-4-34)。
2.模拟半月板功能的膝关节假体
1977年,英国牛津的Goodfellow和O’Connor设计了仿半月板功能的Oxford膝关节假体,并于1986年进一步改良、完善,推出旋转滑动型膝假体(RTK,英国科灵公司生产)。同年,在美国DePuy公司生产的低接触应力膝假体((LCS假体)也采用了类似的设计原理。这些假体更符合膝关节运动时的生物力学,从理论上说,应获得很好的术后疗效,近、中其临床效果也证实这一点。Buechel对208例应用LCS膝关节假体病例术后2~7年随访,优良率为91.8%。Polyzoides对345例(443膝)术后平均6.6年随访,临床满意率达95%以上。
图1-1-4-34 标准Insall-Burstein Ⅱ后方稳定型髁假体
目前,人工全膝关节置换术已成为临床常用的手术,10年以上的临床优良率达90%以上。每年有大量的患者接受人工全膝关节置换术,降低假体返修率、处理再次手术问题已经十分突出。另外,如何防止假体远期松动、磨损及提高膝关节置换术后的生存率是目前亟待解决的主要问题。
随着计算机技术的迅猛发展,计算机辅助设计和计算机辅助制造假体(CAD/CAM)也已进入临床(图1-1-4-35),这种根据每个患者特殊情况,量体裁衣制作的假体,更符合人体解剖结构,特别适用于膝关节解剖结构有严重变形的患者,如幼年类风湿关节炎、先天性髁发育不良等。但制作周期长,价格贵,有时甚至需要与此配套的特殊器械,因此妨碍了它的推广。
三、关节镜外科
1912年4月,在柏林第41届德国外科医师学会会议上,丹麦外科医师Severin Nordentoft(图1-1-4-36)报告了第一篇关于膝关节内镜的论文,并展示了他自己制作的用于膝关节检查的“套管式内镜”。通过它可以观察膝关节前部结构,包括髌上囊、髌骨下表面、滑膜组织、滑膜皱襞、半月板前部结构,后来称为:“Arthoscopia Genu(膝关节镜)”。此后, 关节镜作为一种诊断兼治疗性微创手术器具开始了其辉煌的发展历程,而关节镜手术也与关节成形术并列成为20世纪骨科领域中的重大发明之一。
图1-1-4-35 CAD软件辅助设计假体
图1-1-4-36 丹麦医师Severin Nordentoft (1866—1922)
日本Kenji Takagi在1918年首次用膀胱镜(图1-1-4-37)为一例膝关节结核患者进行检查时,能清晰地观察关节内部结构使他备受鼓舞,并于1920年设计了第一台关节镜。由于镜管太粗,使用不便,几经改进,直到1931年才制造了一台直径3.5mm的关节镜,可用来检查经生理盐水扩张后的小关节。在探索过程中,Takagi发明了12款具有不同视角、不同直径和不同聚焦功能的关节镜(1#到12#关节镜),并发明了与关节镜配套使用的活检钳和烧灼器。与此同时,Eugen Bircher于1921年将Jacobeus(图1-1-4-38)腹腔镜和气体介质用于膝关节,并称为“关节内镜”。1921—1922年间发表了关节镜诊断创伤性关节炎和急性半月板损伤的论文。
图1-1-4-37 日本骨科医师Kenji Takagi(1888—1963)3.5mm关节镜
不幸的是,第二次世界大战严重阻碍了关节镜的发展。战后,Kenji Takagi教授的学生Masaki Watanabe(图1-1-4-39)继承了他的研究工作,并发展了关节镜理论和技术,改进了关节镜设计及操作系统。他研制的21#关节镜被认为是真正成功的、能专门用于关节检查的内镜系统,使在关节镜下施行手术成为可能,Watanabe也因此成为关节镜外科发展史中最重要的人物之一。 1955年,Watanabe在关节镜下做了滑膜黄色巨细胞瘤切除术,并在1962年完成首例关节镜下半月板切除术。1957年,他出版了第一部关节镜图谱,随后(1969)修订再版。Watanabe因在关节镜外科领域的杰出贡献,被誉为“现代关节镜之父”。
图1-1-4-38 瑞士医师Eugen Bircher (1882—1956)
图1-1-4-39 日本医师Masaki Watanabe(1911—1994)研制的21#关节镜
1974年John Joyce Ⅲ医师倡导,国际关节镜协会(IAA)在美国费城成立,Watanabe教授被推举为第一任主席,第二任主席由Robert Jackson担任。IAA的主要任务是通过组织培训和举办学术会议,传播、交流关节镜外科技术,极大地推动了关节镜外科技术在全世界的发展和普及。1982年,John B McGinty(图1-1-4-40)在IAA北美分会的基础上领导组建了北美关节镜协会(AANA),AANA与IAA保持着最密切的联系与合作,始终活跃在关节镜外科领域的最前沿,使北美关节镜外科的发展水平能够代表国际关节镜外科的最高水平。
图1-1-4-40 美国医师John B McGinty(1940—2014)
时至今日,关节镜技术的概念已经发生了根本性的变化,关节镜早已不仅是一种辅助的关节检查手段,而且是关节疾病和运动伤的主要治疗手段。关节镜下手术及关节镜辅助切开手术不仅成功地用于大多数膝关节伤病的诊治,而且已经越来越多地应用于肩、肘、腕、髋、踝等关节,手术适应证范围不断扩大。在现代骨科中,关节镜手术已经成为不可或缺的常规手术。