20年磨一劍：研發(fā)成功第一個(gè)真正屬于國(guó)人的膝關(guān)節(jié)假體—龍膝

人工膝關(guān)節(jié)置換術(shù)(TKA)，是治療膝關(guān)節(jié)骨關(guān)節(jié)炎等疾病終末期的最佳選擇。TKA對(duì)運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)要求極高，而膝關(guān)節(jié)的解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且與患者因素相關(guān)(比如：與西方人相比，中國(guó)人的脛骨平臺(tái)相對(duì)圓，前后徑大一些，左右徑小一些;而股骨髁則是前后徑短，左右徑寬。另外，中國(guó)人膝關(guān)節(jié)在運(yùn)動(dòng)學(xué)方面與西方人也有很大的差異)，因而，對(duì)假體的設(shè)計(jì)提出了更高要求。在臨床中，如何選擇適合的高質(zhì)量假體，提高術(shù)后效果，以及假體改進(jìn)，成為TKA中不可忽視的研究課題。

2023年4月，第一代loong knee膝關(guān)節(jié)系統(tǒng)(龍膝系列假體)成功上市。該假體基于中國(guó)人的膝關(guān)節(jié)參數(shù)設(shè)計(jì)，歷經(jīng)20年，多個(gè)版本的改進(jìn)，更加適配于中國(guó)等亞洲的患者。近日，骨今中外特邀首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京朝陽(yáng)醫(yī)院的曲鐵兵教授，聊一聊龍膝系列假體的研發(fā)和應(yīng)用情況。

2023年4月，您帶領(lǐng)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，完成了龍膝系列假體的研發(fā)，第一款真正屬于中國(guó)人的人工膝關(guān)節(jié)假體上市了。您作為這款假體的主要研發(fā)人，設(shè)計(jì)的idea是怎樣產(chǎn)生的?在設(shè)計(jì)早期有哪些設(shè)想?做了哪些準(zhǔn)備工作呢?

曲鐵兵教授：這個(gè)問(wèn)題很實(shí)際，大家知道我是一個(gè)關(guān)節(jié)外科醫(yī)生，從事關(guān)節(jié)外科已經(jīng)有20多年了。九十年代，國(guó)內(nèi)開始進(jìn)行人工膝關(guān)節(jié)置換，我有幸成為最早開展膝關(guān)節(jié)置換手術(shù)的醫(yī)生之一。 當(dāng)時(shí)我們使用的假體基本依賴進(jìn)口，即便是少數(shù)國(guó)產(chǎn)假體，也是仿制的西方假體。在臨床使用中，我發(fā)現(xiàn)一個(gè)問(wèn)題，西方假體放在中國(guó)患者身上不太合適，比如：假體覆蓋情況好，術(shù)后下肢的機(jī)械軸線就會(huì)偏移;我們依照機(jī)械軸線進(jìn)行手術(shù)，假體覆蓋就會(huì)不好。我們不得不采用一些臨床經(jīng)驗(yàn)措施，以糾正假體不適合中國(guó)患者的情況。 我就曾經(jīng)提出“軸線優(yōu)先”的理念。當(dāng)假體覆蓋，與假體、下肢機(jī)械軸線之間發(fā)生沖突的時(shí)候，我們優(yōu)先考慮機(jī)械軸線，放棄覆蓋。這樣可以保證患者的術(shù)后效果，但影像檢查中也發(fā)現(xiàn)，假體狀態(tài)有點(diǎn)歪。 我在國(guó)人的下肢手術(shù)中還發(fā)現(xiàn)，如果脛骨部分覆蓋合適，股骨部分可能就小了;如果優(yōu)先股骨部分合適，脛骨部分可能就大了;左右徑合適，前后徑又大。由此，說(shuō)明一個(gè)問(wèn)題，中國(guó)患者使用基于西方白種人參數(shù)的進(jìn)口假體，會(huì)有解剖學(xué)上的偏差。 為了解決這個(gè)問(wèn)題，我?guī)е鴮W(xué)生們，從2000年開始查閱文獻(xiàn)，收集數(shù)據(jù)，決心研發(fā)一款適合中國(guó)人等亞洲人種的假體。我們到了華北地區(qū)的山西，長(zhǎng)江以南的湖南、廣東、云南，還到了新疆的喀什8、巴音布魯克草原等多地收集數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間的積累，我們一共收集了2800多位國(guó)人的相關(guān)數(shù)據(jù)，其中400多位來(lái)自維吾爾族、哈薩克族。通過(guò)研究，我們發(fā)現(xiàn)，中國(guó)人和西方人的膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)有很大的差異，舉個(gè)例子，中國(guó)人的脛骨平臺(tái)相對(duì)圓一些，也就是前后徑大一些，左右徑小一些;而西方人前后徑小一些，左右徑大一些。一些進(jìn)口假體，在機(jī)械軸線的適配方面有很多不合理的地方。 在此研究基礎(chǔ)上，我們又進(jìn)一步去探索。2004年數(shù)據(jù)收集工作基本完成，2007年整理相關(guān)資料，2009年完成了第一版實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ图袤w，直到2023年，第一款龍膝假體誕生，它是真正屬于中國(guó)人的膝關(guān)節(jié)假體。

這款假體有什么特點(diǎn)?為什么說(shuō)這是最適合亞洲人的膝關(guān)節(jié)假體呢?

曲鐵兵教授：我可以拿一個(gè)實(shí)物大家看看，和傳統(tǒng)后穩(wěn)定假體相比，龍膝系列假體有4個(gè)主要特點(diǎn)：

第一，脛骨側(cè)結(jié)構(gòu)的差異 傳統(tǒng)的后穩(wěn)定假體，在聚乙烯襯墊上是一個(gè)柱子(post)，在股骨側(cè)有個(gè)橫桿(CAM);而龍膝系列假體呢，脛骨的聚乙烯襯墊是平的，股骨側(cè)沒有CAM。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)上的差異，龍膝系列假體允許保留患者的后交叉韌帶，因此屬于后交叉韌帶保留型假體。

第二，適合國(guó)人的髕骨滑行凹道 在股骨側(cè)有個(gè)凹道，是髕骨滑行的軌跡。西方的假體是按照西方人的參數(shù)設(shè)計(jì)的，中國(guó)人患者使用西方假體，經(jīng)常出現(xiàn)髕骨放進(jìn)去不合適的情況，不得不繼續(xù)做髕骨支持帶松解，或髕骨置換。龍膝系列假體的髕骨凹槽完全適合中國(guó)人和其他亞洲人患者，無(wú)需換髕骨。

第三，解剖覆蓋和軸線完美統(tǒng)一 龍膝系列假體的尺寸，脛骨部分的尺寸、曲率，完全按照中國(guó)人的身體數(shù)據(jù)。所以，中國(guó)人患者裝上龍膝系列假體后，感覺非常舒適，就像自己原來(lái)的。解剖結(jié)構(gòu)覆蓋好后，下肢軸線也剛剛好是中國(guó)人下肢的自然軸線。

第四，膝關(guān)節(jié)活動(dòng)

我們中國(guó)人經(jīng)常會(huì)做一些西方人不常做的動(dòng)作，比如下蹲、盤腿。尤其是盤腿，西方人很少做，而我們中國(guó)人做的很多。如果使用西方假體，很多中國(guó)人常做的一些膝關(guān)節(jié)活動(dòng)會(huì)很困難。而龍膝系列假體是依據(jù)中國(guó)人的膝關(guān)節(jié)參數(shù)設(shè)計(jì)的，就不會(huì)有這樣的憂慮。

除了這三個(gè)特點(diǎn)，我們也做了一些機(jī)械結(jié)構(gòu)方面的特殊設(shè)計(jì)，并獲得了專利。比如說(shuō)我們?yōu)榱吮Ａ艉蠼徊骓g帶，設(shè)計(jì)了小挖槽，它的傾斜度、角度和深度，完全符合我們中國(guó)人的后交叉韌帶走形，沒有阻擋。為了適應(yīng)一些醫(yī)生的操作習(xí)慣，龍膝系列假體脛骨部分的形態(tài)和傳統(tǒng)假體是完全通用的。

我們了解到，龍膝系列經(jīng)歷了很多次研發(fā)，在這個(gè)過(guò)程中做了很多改進(jìn)才得以成功，您能談一談研發(fā)的過(guò)程么?

曲鐵兵教授：龍膝這款假體的研發(fā)歷程，是比較曲折的。為了把這款假體做得更好，我們做了大量工作。從2009年開始研發(fā)，到2022年第一代假體完成，中間經(jīng)過(guò)了許多版本的不斷改進(jìn)。這些改進(jìn)主要體現(xiàn)在生物力學(xué)方面，我們要讓這款假體無(wú)限接近中國(guó)人，或者說(shuō)亞洲人的解剖特點(diǎn)和運(yùn)動(dòng)學(xué)要求。

一個(gè)優(yōu)秀的膝關(guān)節(jié)假體，除了解剖覆蓋能夠完全匹配以外，還有兩個(gè)必須的要求：

一是運(yùn)動(dòng)學(xué)。要符合人體的自然生物學(xué)、生物力學(xué)要求;

二是假體的使用壽命。對(duì)假體的抗磨損特點(diǎn)，應(yīng)力匹配方面，都有高要求。

為此，我們做了大量的探索性研究和設(shè)計(jì)優(yōu)化。

與臺(tái)灣陽(yáng)明大學(xué)的鄭誠(chéng)功教授合作中，我們進(jìn)行了假體生物力學(xué)的有限元研究，優(yōu)化曲率，讓膝關(guān)節(jié)在任何角度活動(dòng)時(shí)，應(yīng)力都能夠平均分布，而不出現(xiàn)應(yīng)力集中的狀態(tài)。

與美國(guó)哈佛大學(xué)生物醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)室的李國(guó)安教授合作中，開展了生物力學(xué)特點(diǎn)的研究和探討。假體在受力方面，如何能更完美。

2015年，我曾申請(qǐng)了一個(gè)國(guó)家自然科學(xué)基金的課題，“基于計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后屈曲-旋轉(zhuǎn)耦合運(yùn)動(dòng)的研究”。我們對(duì)正常膝關(guān)節(jié)和關(guān)節(jié)置換手術(shù)后的膝關(guān)節(jié)的屈伸、耦合狀態(tài)、運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，進(jìn)行了研究。根據(jù)研究數(shù)據(jù)，我們對(duì)假體的聚乙烯平臺(tái)的曲率、形態(tài)、軸線進(jìn)行了設(shè)計(jì)調(diào)整，使假體的更符合中國(guó)人的膝蓋特征。

總體來(lái)說(shuō)，研發(fā)過(guò)程比較復(fù)雜、曲折，但結(jié)果是令人滿意的。2022年，假體實(shí)驗(yàn)成功，2023年，正式的龍膝假體誕生了。

龍膝系列現(xiàn)在臨床應(yīng)用了么?在醫(yī)生臨床使用中，有哪些應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，對(duì)患者、醫(yī)生、社會(huì)有哪些獲益?

這是一個(gè)非常實(shí)際的問(wèn)題，2023年4月份，龍膝系列假體正式上市以后，我在當(dāng)月就進(jìn)行了中國(guó)的第一臺(tái)龍膝系列假體的手術(shù)，獲得了滿意的效果。換著術(shù)后第二天下地，三天后達(dá)到很好的行走狀態(tài)。1年隨診結(jié)果也非常好，“就像沒有換過(guò)關(guān)節(jié)”，可以從事健康時(shí)能做的所有活動(dòng)，爬山、上下樓梯、跳舞都可以完成。目前我自己已經(jīng)做過(guò)16臺(tái)龍膝膝關(guān)節(jié)假體手術(shù)，手術(shù)不僅感覺良好，過(guò)程很順利，而且術(shù)后臨床效果也非常滿意。浙江大學(xué)第一附屬醫(yī)院，安徽蚌埠等國(guó)內(nèi)省市醫(yī)院也都開展了龍膝假體手術(shù)。

隨著被納入集中招標(biāo)采購(gòu)，龍膝系列假體開始進(jìn)入全國(guó)各醫(yī)院。今年7月31號(hào)，我在新疆醫(yī)科大學(xué)第六附屬醫(yī)院做了新疆的第一例龍膝假體手術(shù)，效果也很好。我在山西也做了1臺(tái)。今年，龍膝系列假體是開花結(jié)果的一年，相關(guān)手術(shù)會(huì)在全國(guó)范圍展開。

臨床使用到龍膝系列假體的醫(yī)生，有以下反饋：

第一，使用方便

這款假體很方便，手術(shù)器械比傳統(tǒng)應(yīng)用的器械，更加精煉、精準(zhǔn);

第二，符合KA手術(shù)理念

以前做膝關(guān)節(jié)手術(shù)，要求要直，而隨著最近十年的研究，發(fā)現(xiàn)人的下肢并不是180°的直線，而是175°~177°的輕度內(nèi)翻。如何按照運(yùn)動(dòng)學(xué)對(duì)線(Kinematic Alignment，簡(jiǎn)稱KA)去做膝關(guān)節(jié)置換，成為一個(gè)熱門話題。朝陽(yáng)醫(yī)院在國(guó)內(nèi)最早開展KA手術(shù)，目前已經(jīng)做了數(shù)千例，基于臨床實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)了很多問(wèn)題。其中一個(gè)重要的問(wèn)題是，傳統(tǒng)手術(shù)是基于180°的機(jī)械軸線(Mechanical Alignment，簡(jiǎn)稱MA)做的，并不適合中國(guó)人等身材相對(duì)矮小的亞洲人。我們團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新研發(fā)的這款龍膝假體，符合KA手術(shù)理念，既可以做KA手術(shù)，也可以做MA手術(shù)。

第三，與傳統(tǒng)假體通用

在醫(yī)生的操作方面，比如我手上的龍膝假體和常規(guī)膝關(guān)節(jié)假體(正天Unique Knee)，平臺(tái)金屬部分是一模一樣的。假體的曲率、深度和方向軸線的差異，是體現(xiàn)在聚乙烯襯墊上的。龍膝假體是CR假體(Cruciate Retaining，后交叉韌帶保留型膝關(guān)節(jié)假體)，Unique Knee假體是PS假體(Posterior Stabilized，后方穩(wěn)定型膝關(guān)節(jié)假體)。所以，習(xí)慣使用傳統(tǒng)假體的醫(yī)生，在使用龍膝系列假體的時(shí)候，手術(shù)操作是一模一樣的。

在患者方面，龍膝系列假體更適合中國(guó)人。因?yàn)樗且罁?jù)中國(guó)人的解剖參數(shù)、運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)設(shè)計(jì)的，更適合中國(guó)人的身體情況。而且，可以降低患者的手術(shù)成本。

在廠家方面，備貨少，成本低。

在社會(huì)方面，能夠開源增效，降低社會(huì)醫(yī)療成本。

第一代龍膝系列假體已經(jīng)成功，請(qǐng)問(wèn)今后有什么后續(xù)工作嗎?

曲鐵兵教授：對(duì)于產(chǎn)品的研發(fā)，龍膝系列假體的成功，是萬(wàn)里長(zhǎng)征的第一步。我們?cè)谘邪l(fā)龍膝的過(guò)程中，正式獲得的專利有16項(xiàng)，包括2項(xiàng)國(guó)外專利(1項(xiàng)是美國(guó)專利，1項(xiàng)是歐洲專利)，正在申報(bào)的有8項(xiàng)(6項(xiàng)中國(guó)專利，2項(xiàng)國(guó)際專利)。

沒有最好，只有更好。下一步我們會(huì)開發(fā)PS假體，來(lái)滿足后交叉韌帶有缺陷的患者和醫(yī)院不愿意做保留后交叉韌帶的手術(shù)需求，開發(fā)更多款假體，完善產(chǎn)品線。

其次，我們下一步要在龍膝假體基礎(chǔ)上，研發(fā)專門的KA假體。

最后，現(xiàn)在的龍膝是一款表面假體，如果遇到復(fù)雜的膝關(guān)節(jié)，在復(fù)雜的膝關(guān)節(jié)翻修等手術(shù)中，我們要求假體要更穩(wěn)定。所以，接下來(lái)我們要做組配式假體系統(tǒng)。在現(xiàn)在的龍膝假體脛骨側(cè)，我們預(yù)留了一個(gè)小孔，可以連接延長(zhǎng)桿。在股骨側(cè)，同樣可以連接延長(zhǎng)桿，附加墊片，做成翻修用的組配式假體。

隨著我們對(duì)膝關(guān)節(jié)認(rèn)識(shí)的加深，和研發(fā)資料、團(tuán)隊(duì)經(jīng)驗(yàn)的積累，我們相信第二代、第三代將越來(lái)越完美。

數(shù)字化是骨科的熱門發(fā)展方向，請(qǐng)問(wèn)，龍膝系列在數(shù)字化應(yīng)用方面，做了什么工作呢?

曲鐵兵教授：隨著科技的發(fā)展，數(shù)字化技術(shù)被引入到骨科的臨床領(lǐng)域。目前，龍膝手術(shù)的手術(shù)數(shù)據(jù)、解剖數(shù)據(jù)，已經(jīng)錄入納通關(guān)節(jié)置換手術(shù)機(jī)器人。兩個(gè)月前，我做了第一臺(tái)龍膝假體機(jī)器人輔助關(guān)節(jié)置換手術(shù)，效果很好。完全可以按照醫(yī)生設(shè)想、患者需求做到個(gè)性化手術(shù)。

為了手術(shù)簡(jiǎn)便、精準(zhǔn)、個(gè)性化，我建議醫(yī)生應(yīng)該與工程師合作，采集患者數(shù)據(jù)，根據(jù)手術(shù)需求，預(yù)制個(gè)性化的手術(shù)模板(PSI)。術(shù)中按照模板的引導(dǎo)，進(jìn)行假體的安裝。