全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后下肢腫脹測量方法研究進(jìn)展

楊 琳，阮 洪，李慧武，翟贊京，楊志英

1.上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第九人民醫(yī)院，上海 200011；2.上海交通大學(xué)護(hù)理學(xué)院

全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)（total knee arthroplasty,TKA）是治療終末期骨關(guān)節(jié)炎的有效手段，隨著人們對生活質(zhì)量的不斷追求，TKA 手術(shù)量急劇增加[1]。因TKA 手術(shù)操作、圍術(shù)期失血、應(yīng)用抗凝藥等綜合作用，極易導(dǎo)致病人術(shù)后出現(xiàn)下肢腫脹[2]。術(shù)后腫脹呈現(xiàn)高發(fā)、持續(xù)時間久、多部位發(fā)生的特點(diǎn)，90.7%的病人在出院后2～3 周出現(xiàn)下肢腫脹[3]，至術(shù)后1 年仍有26.9%病人報告膝部腫脹，19.1%病人報告小腿腫脹[4]。腫脹后發(fā)生的關(guān)節(jié)源性肌肉抑制，導(dǎo)致股四頭肌力量進(jìn)一步下降[5-6]，不利于術(shù)后早期康復(fù)鍛煉[7]，增加深靜脈血栓、關(guān)節(jié)僵硬的風(fēng)險。且腫脹引起的水皰、皮膚破損增加了術(shù)后感染的風(fēng)險。腫脹帶來的不適體驗和對治療結(jié)局的重要影響，使其成為醫(yī)護(hù)人員和病人共同關(guān)注的焦點(diǎn)。但TKA 術(shù)后腫脹難以有效干預(yù)、腫脹機(jī)制分類不明，而測量TKA 術(shù)后下肢腫脹是探索相關(guān)機(jī)制、開展精準(zhǔn)干預(yù)的基礎(chǔ)。癥狀的持續(xù)提示監(jiān)測需由院內(nèi)延伸到院外居家情境，但傳統(tǒng)的卷尺測量腿圍法存在諸多局限性，需不斷改進(jìn)技術(shù)以滿足研究和實(shí)踐的需求。現(xiàn)對國內(nèi)外TKA 術(shù)后下肢腫脹的測量方法進(jìn)行綜述，以期為臨床實(shí)踐研究提供參考。

1 卷尺測量腿圍法

1.1 測量方法 下肢腫脹的傳統(tǒng)測量方法為卷尺測量腿圍。測量時，病人取仰臥位，臀部保持在中立位置，充分放松小腿肌肉，膝蓋伸直，下肢稍外展外旋[8]。如果膝蓋伸直角度小于0°，則在足后跟下方放置一個堅硬的圓柱體支撐。測量者站在靠近測量肢體的位置，可在測量位置處標(biāo)記測量點(diǎn)，使用非彈性卷尺放置并緊貼在測量點(diǎn)上進(jìn)行周徑測量。為減少信息偏倚，即測量者主觀因素對結(jié)果的影響，有研究者建議在測量時實(shí)施盲法，將面向測試者的卷尺一面設(shè)為無刻度面，當(dāng)測試者認(rèn)為卷尺對齊后，再從刻度面得出周徑數(shù)據(jù)[9]。周徑值精確到0.1 cm，可重復(fù)測量，取平均值。

1.2 應(yīng)用情況 該方法是臨床常用的下肢腫脹測量方法，廣泛用于以TKA 術(shù)后下肢腫脹為結(jié)局指標(biāo)的干預(yù)性研究中[2,10-12]。但不同研究者在選擇測量位置時標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，多數(shù)研究選擇了以下位置：髕骨上10 cm[2,10-11]、髕骨上5 cm[2]、髕骨中心（膝蓋周徑）[2,10]、髕骨下10 cm[10,12-13]、脛 骨 結(jié) 節(jié) 下10 cm[2]、足 踝[12]。Bakar 等[14]在探索卷尺測量用于健康人下肢周徑的信度評價時，選擇了下肢的9 個測量點(diǎn)：跖骨、踝跟、腳踝、腓腸肌遠(yuǎn)端起點(diǎn)、腓腸肌最寬處、腓骨頭、膝中、大腿中、腹股溝水平。由于下肢腫脹的卷尺測量通常不止1 個測量點(diǎn)，為縮短測量時間，趙丹等[15]改良普通卷尺，形成寬版雙刻度測量尺，便于同時測出兩處腿圍，例如髕骨中心和髕骨上10 cm，方便臨床應(yīng)用。該測量方法的優(yōu)點(diǎn)是便攜、成本極低，但也存在諸多局限性：①肢體的測量平面難以重復(fù)準(zhǔn)確定位[8]。部分研究者以體表標(biāo)志作為參照點(diǎn)，再根據(jù)參照點(diǎn)定位測量平面時，由于體表參照點(diǎn)是一塊區(qū)域（例如髕骨），導(dǎo)致每次測量難以定位到相同位置。測量時軟尺下滑等造成不易與肢體縱軸垂直，導(dǎo)致測量不準(zhǔn)確。而部分以肢體最腫脹或最細(xì)處作為平面的測量，因受視覺因素影響，難以在同一平面上重復(fù)測量，主觀性強(qiáng)，致其準(zhǔn)確性和可靠性不佳。對此，卓修建等[8]提出使用防水記號筆定位測量平面，每次測量均用軟尺在記號筆位置重復(fù)測量，但研究僅針對小腿測量平面。②不同測量點(diǎn)的卷尺測量結(jié)果可靠性有差異，TKA 病人腫脹的測量點(diǎn)未統(tǒng)一。Bakar 等[14]研究中受試者下肢的9 個參照點(diǎn)由理療師應(yīng)用一種改進(jìn)的卷尺裝置（Leg-O-Meter）統(tǒng)一確定，并用記號筆標(biāo)出，比較6 名觀察者對58 名健康人下肢的各周徑測量結(jié)果。結(jié)果顯示，組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intraclass correlation coefficient,ICC）為0.92～0.99（P<0.05），但不同參照點(diǎn)的可靠性存在差異。由于測量尺在足踝處會有滑落趨勢，跖骨處在測量時會從骨突的不同側(cè)面進(jìn)行測量，而膝中的測量可靠度高，可能是由于軟組織相對較薄。③多種因素影響測量信度。丹麥的一項研究顯示，不同經(jīng)驗的理療師對膝關(guān)節(jié)周徑的測量結(jié)果差異有統(tǒng)計學(xué)意義[9]。有研究表明，測量腫脹時肢體擺放的不同位置會導(dǎo)致評估者間的信度降低[16]。TKA 術(shù)后病人的傷口處常貼有敷料，導(dǎo)致部分測量點(diǎn)的周徑測量偏差無法避免。因此，卷尺測量腿圍法在測量多部位肢體腫脹時，需要多次定位測量、耗時較長，且評估者間信度較差，在不同部位間存在差異，測量結(jié)果的準(zhǔn)確性難以保障。病人住院期間，通過統(tǒng)一測量可減少部分誤差，但對于出院后病人的腫脹監(jiān)測，需要老年病人或家屬實(shí)施，難以保障測量結(jié)果準(zhǔn)確性。

2 生物電阻抗技術(shù)

2.1 評估原理 人體的細(xì)胞內(nèi)液及細(xì)胞外液均具有導(dǎo)電性，在電流的激發(fā)下，生物組織會產(chǎn)生復(fù)雜的電阻抗[17]。生物電阻抗測量的原理是不同類型的組織、氣體、血液和流體的電阻抗是不同的，通過置于體表的電極向待測部位注入微弱的安全電流，通過檢測電極檢測待測部位的電壓信號，之后根據(jù)信號計算相應(yīng)的阻抗值用于后續(xù)分析[18]。下肢腫脹時，體內(nèi)流體體積增加，對電流的阻抗減小[19]。這一規(guī)律在膝關(guān)節(jié)積液生物阻抗檢測模型中得以驗證，膝關(guān)節(jié)積液程度加重將導(dǎo)致人體表面電勢和阻抗值下降，局部積液導(dǎo)致該區(qū)域電勢低于其他區(qū)域[20]。生物電阻抗測量技術(shù)因其有無創(chuàng)、安全、易用、便攜、成本相對較低的優(yōu)點(diǎn)在醫(yī)療領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，如測量人體的水分含量、肥胖程度等，該技術(shù)設(shè)備類型包括單頻生物電阻抗、多頻生物電阻抗和生物電阻波譜設(shè)備[21]。

2.2 測量方法 不同生物電阻抗設(shè)備測量方法略有差異，主要體現(xiàn)在電極放置位置的不同，與其設(shè)備的工作原理不同有關(guān)。Loyd等[7]研究生物電阻抗測量的6個步驟：①病人平躺超過10 min，下肢不覆蓋紗布或敷料。②放置電極。位置分別是大腿中線髕骨上20 cm、大腿中線髕骨上10 cm、內(nèi)外踝中點(diǎn)、內(nèi)外踝中點(diǎn)下方10 cm 處。③連接電極線。④打開設(shè)備，等待5 s，記錄數(shù)值。⑤在另一側(cè)肢體上重復(fù)上述操作。⑥使用公式[1-(腫脹肢體生物電阻抗值/未腫脹肢體生物電阻抗值) ×100%] 計 算 腫 脹 值。 Pichonnaz 等[19]應(yīng) 用Impedimed SFB7 設(shè)備測量時按照上述步驟，采用四線測量方法，避免皮膚阻抗對測量結(jié)果的影響。放置電極前，首先測量脛骨內(nèi)側(cè)髁邊緣與內(nèi)踝頂端之間的脛骨長度。遠(yuǎn)端電流注入電極放置在內(nèi)踝中間的位置，近端電流注入電極放置在遠(yuǎn)端電極上方1.25（補(bǔ)充單位）的脛骨長度處。遠(yuǎn)端測量電極放置在踝關(guān)節(jié)線正上方，近端測量電極放置在與近端電極相同水平的對側(cè)肢體上[22]。電阻抗數(shù)值的記錄均精確到0.1 Ω。

2.3 應(yīng)用情況 國外學(xué)者已將生物電阻抗測量技術(shù)用于TKA 術(shù)后下肢腫脹的干預(yù)性研究和腫脹發(fā)生的影響因素研究[7,23]。Pichonnaz 等[19]對生物電阻波譜（bioelectrical impedance spectroscopy，BIS）測量TKA術(shù)后下肢水腫的信度進(jìn)行評價，并與腿圍周徑測量法、下肢體積測量法進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)BIS 評價者內(nèi)部和評價者間的可靠性非常好（0.96～0.99）。評估者內(nèi)部和評估者間一致性均非常好，ICC 為0.89～0.99，95%一致性界限(95% limits of agreement,95% LoA)<5.2%，敏感性為0.96，特異性為0.96。BIS 在TKA 術(shù)后2 d、8 d 的測量區(qū)分度以受試者工作特征（ROC）曲線下面積（area under the curve,AUC）表示，分別為[0.99,95%CI(0.98,1.00)]、[1.00,95%CI（0.90,1.00）]，顯 著優(yōu)于腿圍周徑測量法和下肢體積測量法（P<0.01）。BIS 的測量結(jié)果與體積測量和腿圍測量的相關(guān)系數(shù)分別為0.73,0.75。BIS 實(shí)際測量的腫脹程度高于腿圍周徑和下肢測量結(jié)果，是由于當(dāng)細(xì)胞外液量加倍時，肢體的體積并不會成倍數(shù)增加，腫脹對于腿圍周徑只有很小的影響。因此，BIS 直接測量細(xì)胞外液的變化，可更敏感、準(zhǔn)確地測量腫脹的變化[19]。Loyd 等[24]認(rèn)為BIS設(shè)備價格昂貴，可選擇同類原理的單頻生物電阻抗（single frequency bioelectrical impedance assessment,SF-BIA）設(shè)備替代BIS，通過比較56例病人應(yīng)用SF-BIA與腿圍測量的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)SF-BIA 測量的ICC 為0.99,95%CI(0.96,0.99)，遠(yuǎn)高于腿圍周徑測量法ICC 為0.69,95%CI(0.21,0.90)。測量的標(biāo)準(zhǔn)誤差（SEM）為0.01,95%CI(0.01,0.01)，遠(yuǎn)低于腿圍周徑測量法SEM為0.03,95%CI(0.02,0.05)。MDC90指標(biāo)可用于反映腫脹在何種水平時發(fā)生真正的變化。研究得出，SF-BIA測量時MDC90=2%，即臨床醫(yī)生可以將腫脹減少的百分比≥2%視為真正可檢測的腫脹變化。而在腿圍周徑測量中，MDC90=6%～18%，提示數(shù)據(jù)的變化達(dá)到6%～18%時認(rèn)為腫脹發(fā)生了變化。這樣的差異同樣提示SF-BIA 檢測腫脹微小波動的能力更高，可更敏感地測量腫脹變化。隨著遠(yuǎn)程醫(yī)療健康的發(fā)展，已有研究者將生物電阻抗測量膝關(guān)節(jié)或下肢腫脹的技術(shù)用于可穿戴設(shè)備的系統(tǒng)[18,25]。在Inan 等[18]開發(fā)的基于多模式傳感技術(shù)支持的可穿戴膝關(guān)節(jié)健康系統(tǒng)中，下肢腫脹測量模塊應(yīng)用了生物電阻抗技術(shù)。通過集成于設(shè)備中的4 個干電極片（膝上前側(cè)2 個、膝下后側(cè)2 個）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收集，但實(shí)踐發(fā)現(xiàn)仍存在穿戴不適的局限性，提出未來需研制更舒適、靈活的紡織材質(zhì)電極來改善穿戴體驗。生物阻抗信號受膝蓋位置和運(yùn)動的影響，故需要受試者在處于相似位置時記錄測量值，以便于縱向數(shù)據(jù)的直接比較。對此，開發(fā)了一種腿部位置識別算法來確定受試者是否處于最佳測量姿勢（腿部完全伸直水平位），并實(shí)現(xiàn)了僅在受試者處于最佳位置時記錄生物電阻抗數(shù)據(jù)，在保障數(shù)據(jù)有效性的同時減少電量損耗。該系統(tǒng)可用于各類需監(jiān)測膝關(guān)節(jié)健康情況的人群，目前僅實(shí)現(xiàn)了單部位的腫脹測量，尚未報道其在TKA 術(shù)后病人中應(yīng)用。國內(nèi)學(xué)者在該領(lǐng)域的研究目前聚焦于構(gòu)建基于生物電阻抗的下肢水腫測量系統(tǒng)，并通過建模解決如何根據(jù)電阻抗測量結(jié)果計算、預(yù)測積液量的問題，但尚未在TKA 人群中應(yīng)用。王光景[26]設(shè)計了基于生物阻抗的下肢水腫測量系統(tǒng)，并在10 例水腫病人中測試應(yīng)用，結(jié)果顯示水腫程度高時細(xì)胞外液的阻抗變化率大，區(qū)別于非水腫狀態(tài)，提示阻抗值變化率可作為水腫程度判斷的指標(biāo)，在臨床中有很大的應(yīng)用前景。王岑[17]構(gòu)建了膝關(guān)節(jié)近似人體仿真模型，并模擬不同膝關(guān)節(jié)積液程度，運(yùn)用生物阻抗進(jìn)行測量，提出了基于生物阻抗的膝關(guān)節(jié)積液嚴(yán)重程度預(yù)測模型。研究結(jié)果進(jìn)一步應(yīng)用于大鼠膝關(guān)節(jié)積液模型，推導(dǎo)出積液含量與膝關(guān)節(jié)阻抗間的關(guān)系式，計算結(jié)果與實(shí)際液體含量的計算誤差率低于10%，說明膝關(guān)節(jié)積液測量可通過生物電阻抗檢測方法實(shí)現(xiàn)[27]。喻聰龍等[28]研制了基于生物電阻抗測量與藍(lán)牙技術(shù)的水腫監(jiān)護(hù)系統(tǒng)，可便攜、實(shí)時地監(jiān)測水腫情況，并將數(shù)據(jù)傳送、顯示、存儲至移動電子設(shè)備，但該系統(tǒng)僅有在健康人群中試用的報道。國內(nèi)外學(xué)者均嘗試了生物電阻抗技術(shù)在下肢腫脹測量中的應(yīng)用，獲得了較好的效果，但測量只針對膝關(guān)節(jié)單部位，未探索多部位（大腿、小腿、膝關(guān)節(jié)、足踝）同時測量的技術(shù)，尚未見基于該技術(shù)的可穿戴設(shè)備在TKA 人群中應(yīng)用。而TKA 術(shù)后下肢常存在多部位腫脹，僅針對單部位的腫脹測量難以實(shí)現(xiàn)癥狀的分類識別與精準(zhǔn)管理，需進(jìn)一步探索有效的測量方式。

3 彩色多普勒超聲

3.1 測量原理 彩色多普勒超聲技術(shù)在肢體腫脹測量時的目的不同，測量原理也不同。①診斷腫脹原因：對關(guān)節(jié)置換術(shù)后肢體腫脹部位的皮膚、皮下軟組織、深筋膜及肌肉組織進(jìn)行掃描，根據(jù)聲像圖所示的靜脈管徑粗細(xì)、管腔內(nèi)回聲情況、探頭加壓時管腔是否壓癟、血流信號等，對腫脹原因進(jìn)行診斷分型[29]。②評價腫脹程度。通過測量表皮與筋膜間的距離作為皮膚厚度，包括表皮、真皮和皮下組織層[30]。

3.2 測量方法及應(yīng)用情況 彭志平等[29]應(yīng)用彩色多普勒超聲診斷儀診斷關(guān)節(jié)置換術(shù)后下肢腫脹的原因時，使用探頭頻率為5～12 MHz，沿各段靜脈解剖分布走形，自上而下檢查下肢深靜脈各段內(nèi)徑，管腔內(nèi)有無血栓形成及血栓累及的部位、范圍、活動度以及管腔內(nèi)血液充盈情況，并結(jié)合探頭加壓及遠(yuǎn)端肢體擠壓試驗證實(shí)診斷。最終將腫脹的原因分為靜脈性水腫（51%）、淋巴性水腫（24%）及其他未見異常者（25%），該研究未測量腫脹程度。彩超設(shè)備在使用時需要專業(yè)人員操作，對檢查場所有一定的要求，較難用于術(shù)后病人居家測量。

4 3D 掃描

德國學(xué)者提出將光學(xué)3D 體積測量系統(tǒng)用于下肢周徑和體積測量[31]。該方法已應(yīng)用于關(guān)節(jié)鏡術(shù)后腫脹干預(yù)的效果評價，測量時干預(yù)組病人脫去下肢彈力襪，等待30 min 讓四肢血流恢復(fù)至正常狀態(tài)，站在裝有掃描裝置的旋轉(zhuǎn)測量平板上，掃描時間不到1 min。掃描時系統(tǒng)會生成3D 數(shù)字模型和下肢各部位的周徑、下肢體積，具有較好的可靠性和準(zhǔn)確度[32]。但上述裝置需病人至設(shè)備所在的固定地點(diǎn)測量，便攜性不佳。手持式3D 掃描儀可用于人體數(shù)據(jù)的測量，常用于3D 打印設(shè)備的數(shù)據(jù)收集，更具便攜性。Pei 等[33]比較手動測量、手持式高精度3D 掃描儀（EVA Artec，13 700 英鎊）和低成本手持3D 掃描儀（iSense，289 英鎊）在膝關(guān)節(jié)3D 打印輔具應(yīng)用中的測量結(jié)果顯示，手持式高精度3D 掃描儀比手動測量的結(jié)果偏高2.5 mm，但一致性極好（ICC 為0.99～1.00），且測量的可重復(fù)性更好。低成本掃描儀與高級掃描儀的測量一致性也很好，ICC為0.99，但測量結(jié)果會高估周長的0.1%～1.5%，掃描時長比手持式高精度3D 掃描儀長97 s，但數(shù)據(jù)處理速度快9 倍。尚未報道3D 掃描技術(shù)用于TKA 病人術(shù)后肢體腫脹的測量，其便攜、測量快速準(zhǔn)確的優(yōu)勢值得關(guān)注，但對測量者及環(huán)境的要求尚需探討，可在未來研究中進(jìn)一步嘗試探索其適用情境。

5 水置換容量法

水置換容量法是學(xué)界公認(rèn)的測量肢體體積的金標(biāo)準(zhǔn)，常用于乳腺癌術(shù)后病人上肢水腫的測量。水置換容量法基于簡單的物理原理，即當(dāng)肢體浸入裝滿水的容器中，溢出水的體積則代表下肢的體積，可在校準(zhǔn)的容器中稱重或測量溢出水[34]。受試者將腿慢慢放入容器中，足跟放在靠近容器后側(cè)的板上，使膝關(guān)節(jié)形成直角，該方法可用于靜息病人的靜態(tài)體積測量[35]。但其局限性是測量過程煩瑣，測量結(jié)果無法體現(xiàn)腫脹的位置，且不適用于下肢有開放性傷口的病人，故難以用于TKA 術(shù)后早期腫脹的測量。

6 多技術(shù)交叉應(yīng)用

英國學(xué)者提出了一項基于視頻和人工智能技術(shù)的新型設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)快速、非接觸測量，適用于臨床和居家環(huán)境下病人肢體體積測量[35]。應(yīng)用3D 攝像頭拍攝病人下肢，對數(shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的處理和擬合過程，形成下肢成像模型。該設(shè)備基于計算機(jī)視覺方法，可自動識別病人在家中的狀況，收集下肢腫脹的數(shù)據(jù)，并將其提交給監(jiān)測中心，這一過程無需病人或臨床醫(yī)生的主動互動，可作為居家監(jiān)測的工具。通過比較該設(shè)備與卷尺測量、水置換技術(shù)的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備的測量更準(zhǔn)確，并與金標(biāo)準(zhǔn)（水置換容量法）結(jié)果呈現(xiàn)極高的相關(guān)性。未來會進(jìn)一步優(yōu)化產(chǎn)品成本，進(jìn)行居家設(shè)備設(shè)計，減少數(shù)據(jù)處理時長[35]。多技術(shù)交叉應(yīng)用的測量設(shè)備為TKA 病人術(shù)后居家測量腫脹提供了可能，目前國內(nèi)尚未見同類技術(shù)報道，未來可研發(fā)相關(guān)工具實(shí)現(xiàn)居家情境下術(shù)后下肢腫脹的癥狀管理。

7 小結(jié)

隨著新興技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)方法測量TKA 術(shù)后下肢腫脹的局限性在新方法的應(yīng)用中逐漸得到彌補(bǔ)，但不同技術(shù)的應(yīng)用各有利弊，研究人員可根據(jù)臨床情境、可及性等進(jìn)行選擇。部分測量技術(shù)在不同評價者之間的差異可能影響測量結(jié)果，故研發(fā)一種病人接受度高、依從性高、測量準(zhǔn)確度高的技術(shù)或方法是開展相關(guān)研究的基礎(chǔ)。已有測量方法的進(jìn)步展現(xiàn)出多學(xué)科交叉的重要價值，未來可通過學(xué)科交叉研發(fā)測量設(shè)備和數(shù)字化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)居家測量與數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)一步探索TKA術(shù)后下肢腫脹精準(zhǔn)干預(yù)策略，為改善病人體驗、改進(jìn)臨床實(shí)踐提供參考。