高麗大学病院開業医向け講座

人工膝関節全置換術におけるアライメントのパラダイム変化

ノ・ドゥヒョン · ソウル大学校病院整形外科

中立アライメントという共通の目標から、患者の解剖学的特徴と軟部組織に適した目標の選択へと議論を広げます。Constitutional varusとCPAK、変形性関節症に伴う変形、機能的アライメントの根拠と限界、AIによる計測と予測を結び付け、患者ごとのアライメント計画の原則を解説します。

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中立アライメントの基準から患者ごとの目標の選択へ

中立アライメントを重視する青い領域と個別アライメントを重視するオレンジ色の領域の上に、MA、AA、FA、rKA、KAを並べた概念図 — MA・AA・FA・rKA・KAを配置し、中立アライメントのための軟部組織解離と、個別アライメントのための骨切り調整を対比した講義概念図です。ノ・ドゥヒョン講義資料。

人工膝関節全置換術におけるメカニカルアライメント（Mechanical Alignment, MA）は、下肢の機械的軸を中立に合わせ、大腿骨および脛骨コンポーネントの冠状面での位置を、それぞれの機械的軸に垂直に設定する方法です。標準化された目標を再現し、コンポーネントへの荷重伝達を管理するという点で、長年の臨床経験が蓄積されています。この基本原則を理解することが、新しい方法を学ぶ出発点です。ただし、アライメントの正確さと患者が実感する膝の機能は同じ概念ではありません。満足度には、痛み、期待の程度、軟部組織の状態、運動機能、さまざまな手術要因が関わります。

アライメントに関する問いは、「目標とした角度をどれほど正確に実現できたか」から、「この患者にはどのような目標が適切か」へと広がっています。同じ中立下肢であっても、大腿骨と脛骨の形態、関節線の傾き、内外側の靱帯の緊張状態は異なることがあります。そのため、HKA（hip-knee-ankle angle）だけで手術計画を完結させるのではなく、関節線と軟部組織を併せて評価する必要があります。ロボットやナビゲーションによる精密な骨切りは、この判断を実現する手段であり、目標選択の妥当性そのものを証明するわけではありません。

MA、アナトミカルアライメント（Anatomical Alignment, AA）、キネマティックアライメント（Kinematic Alignment, KA）、制限付きキネマティックアライメント（restricted KA, rKA）、機能的アライメント（Functional Alignment, FA）は、それぞれ異なる出発点と調整原則を持ちます。KAは変形性関節症発症前の関節面と固有の解剖学的形態の再現を目指し、rKAはこの考え方に沿いながら、コンポーネントと下肢のアライメントに許容範囲を設けます。FAは患者の解剖学的特徴と、術中に確認する軟部組織バランスを併せて反映します。この連続的な位置付けを理解しつつ、一つの方法をすべての患者に一律に適用するという結論には結び付けないことが大切です。

患者固有のアライメントを理解する共通言語：constitutional varusとCPAK

両膝の関節裂隙と骨性関節面の形態を示す前後方向X線画像 — 講義で提示した臨床症例の両膝前後方向X線画像です。関節裂隙と大腿骨・脛骨の関節面の形態を併せて観察できます。ノ・ドゥヒョン講義資料。

健康な膝のアライメントがすべて中立とは限りません。Bellemansらによるconstitutional varusの研究は、無症状の若年成人にも自然な内反アライメントが存在することを示しました。この概念は、中立から外れた角度を直ちに病的変形と同一視しないために役立ちます。一方、自然な内反が存在するという事実だけで、術後内反のあらゆる程度や形態が安全だとは判断できません。患者の解剖学的特徴を尊重する目標と、コンポーネントの長期安定性を併せて検討する必要があります。

CPAK（Coronal Plane Alignment of the Knee）は、冠状面アライメントを二つの軸で表す分類です。aHKA（arithmetic HKA）はMPTAからLDFAを引いた値で、骨性の下肢アライメントを表します。JLO（joint line obliquity）は両者の和で、関節線の方向を表します。この二つの軸の組み合わせから、九つの表現型を区別します。HKAが近い患者でも、大腿骨と脛骨の寄与や関節線の方向が異なれば、別の表現型に属することがあります。CPAKはこうした違いを、手術計画と研究で共有できる共通言語として整理します。

表現型分類は、アライメント戦略を自動的に指定する処方表ではありません。CPAKタイプを確認した後も、靱帯の安定性、屈曲拘縮、骨欠損、変形性関節症の程度、術中ギャップを評価する必要があります。また、正常アライメントの分布は性別、年齢、集団によって異なる場合があるため、一つの集団の平均を個々の患者の正解として用いません。両側の膝と過去の画像を参考にしながら、反対側にも変形性関節症や変形が存在し得ることを考慮する必要があります。

現在の変形と変形性関節症発症前のアライメントを区別します

色で示した下肢軸と関節線、およびHKA・MPTA・mLDFA・JLCAの測定値を含む膝X線画像 — 講義症例の膝画像に、アライメント軸と関節線を表示しています。画面上のHKA・MPTA・mLDFA・JLCAはこの症例の測定値であり、一般的な手術目標や許容限界を示すものではありません。ノ・ドゥヒョン講義資料、CONNEVO計測画面。

末期変形性関節症患者の術前画像は、患者本来の膝の状態をそのまま示しているとは限りません。軟骨の消失と骨侵食は関節面の高さや形態を変え、靱帯の弛緩や拘縮は大腿骨と脛骨の関節面の相対的位置を変えます。そのため、骨性アライメントを示すMPTA・LDFAと、両関節面の収束を示すJLCA（joint line convergence angle）を区別して読み取る必要があります。現在のHKAに反映される内反のうち、どの部分が骨形態に由来し、どの部分が関節裂隙や軟部組織に由来するかを把握することが重要です。

私たちが参加した17,365膝のX線分析では、Kellgren-Lawrence（K-L）グレードが高くなるにつれて、最も多いCPAKタイプがIIからIへ移るという分布の違いを確認しました。この結果は、進行した変形性関節症で測定される表現型を、発症前の解剖学的形態と同一視することの難しさを示しています。ただし、この研究は横断的分析です。関節症の段階が異なる集団を比較した結果から、特定の患者が過去にどのタイプであったかを確定したり、すべての患者に同じタイプの変化が生じたと解釈したりはしません。

2026年に発表した10,841下肢の縦断的分析では、大きなJLCAや高いベースラインK-Lグレードなどが、より速い冠状面アライメントの変化と関連していました。この結果は、アライメントを一時点の角度だけでなく、時間的変化として評価する必要性を示しています。しかし、研究で観察された関連性は、個々の患者の進行を確実に予測する基準ではありません。反復画像での変化、症状、機能、診察所見を併せて確認し、現在の変形をどこまで矯正し、どの解剖学的特徴を保存するかを判断する必要があります。

機能的アライメント：骨切り計画に軟部組織の情報を反映します

骨切り、非対称な伸展ギャップ、内側解離、対称な伸展ギャップの順序を示す3段階の概念図 — 骨切り後に生じた非対称な伸展ギャップを、内側軟部組織の解離によって調整する過程を示す講義概念図です。ノ・ドゥヒョン講義資料。

骨切りシミュレーションと骨切り計画の調整によって伸展ギャップを合わせる3段階の概念図 — 骨切りをシミュレーションした後、骨切り計画を調整して伸展ギャップを合わせる講義概念図です。表示された9 mmと11 mmは、概念を説明するための例です。ノ・ドゥヒョン講義資料。

従来のギャップバランス法では、所定の骨切り後に生じる内外側の間隙差を、軟部組織解離によって調整します。FAは、骨切り前または術中に評価した靱帯張力と伸展・屈曲ギャップの情報を、コンポーネント位置の決定に反映します。冠状面の位置だけでなく、回旋や矢状面の位置も検討しながらギャップを調整し、可能な範囲で不要な軟部組織解離を減らすことを目指します。図中の骨切り量とギャップの表示は、この違いを説明するための概念例であり、実際の患者にそのまま適用する骨切り量を提示したものではありません。

FAの要点は、患者固有の関節線を無条件に再現したり、ギャップだけを合わせたりすることではありません。下肢アライメント、コンポーネント位置、関節線の保存、軟部組織バランスが、同時に許容可能な範囲にあるかを確認する必要があります。許容範囲と調整順序は、手術プロトコル、コンポーネント設計、患者の状態によって異なるため、特定の角度をすべてのFAに共通する基準として示すことは困難です。精密な計測機器を用いても、靱帯機能が著しく低下した膝や重度の骨欠損では、別途安定性を判断し、再建計画を立てる必要があります。

Choiらの2023年の研究では、ロボット支援FAと手動MAを比較し、2年時点の患者報告アウトカムの違いを報告しました。ただし、この比較はアライメント戦略と手術機器が同時に異なる後ろ向きマッチング研究であり、結果をFA単独の効果として切り分けて解釈することは困難です。ロボット支援手術においてFAとMAを比較したYoungらの2025年の無作為化研究では、2年時点の全体のForgotten Joint Scoreに有意差はなく、軟部組織解離の頻度、一部のアウトカム、表現型別サブグループで違いが認められました。FAの可能性を理解しつつ、普遍的な優越性や長期生存率の優位性を断定するのではなく、研究デザイン、評価項目、患者集団を併せて読み取る必要があります。

AI計測から予測と患者ごとの計画へ

AIによる画像解析は、繰り返し行うアライメント計測を標準化し、HKA・MPTA・LDFA・JLCAとCPAK表現型を一貫した形式で整理するために役立ちます。この段階の目的は、画像から必要な情報を漏れなく読み取り、比較できるようにすることです。撮影姿勢、画像の範囲や質、解剖学的変形によって自動計測に誤りが生じる場合があるため、医師は基準点と軸が実際の解剖に合って設定されているかを確認する必要があります。自動計算された数値が、そのまま適切な手術目標になるわけではありません。

Radiomicsと時系列画像解析は、アライメント角度に加え、画像のテクスチャ、形態、構造変化から予後情報を見いだそうとする研究です。将来、変形性関節症の進行、機能回復、患者報告アウトカムを予測するモデルに活用される可能性があります。ただし、画像特徴と結果の関連、予測モデルの性能、そのモデルを実際の治療選択に用いた場合の利益は、それぞれ異なる検証課題です。外部集団での再現性と前向き臨床評価が確立される前に、AIが最適なアライメント戦略を自動決定すると説明してはいけません。

実際の診療では、荷重下全下肢X線画像で下肢全体の軸を確認し、大腿骨・脛骨のアライメントと関節線を区別してCPAK表現型を読み取ります。続いて、JLCA、変形性関節症の程度、過去の画像変化、診察所見を総合し、現在の変形と固有の解剖学的特徴の関係を判断します。術中には伸展・屈曲ギャップと軟部組織の機能を確認して計画を調整し、採用した方法と調整の理由を記録します。アライメントのパラダイム変化は、ある数値を別の数値に置き換えるだけではありません。患者の解剖と機能、変化の軌跡、エビデンスの水準を併せて考慮し、説明できる目標を選択することにあります。

中立アライメントの基準から患者ごとの目標の選択へ

患者固有のアライメントを理解する共通言語：constitutional varusとCPAK

現在の変形と変形性関節症発症前のアライメントを区別します

機能的アライメント：骨切り計画に軟部組織の情報を反映します

AI計測から予測と患者ごとの計画へ

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