汉族成人膝关节软骨厚度变化规律的研究

目的借助软骨磁共振成像技术研究我国20～40岁成年人膝关节软骨厚度变化规律及其与年龄、体质量和性别等与骨关节炎有关的主要临床因素的相关性。方法对200例20～40岁间汉族正常志愿者进行磁共振(MR)膝关节软骨成像,序列包括:快速自旋回波加权(FSE T2W)、三维脂肪抑制扰相梯度回波(3D-FS-SPGR)和脂肪抑制质子加权(FS-PD)。分别记录股骨内侧髁、外侧髁、胫骨内侧平台、外侧平台和髌骨区5个区域软骨最大厚度。同时分别记录关节胫股角、身高、体质量并计算体质指数(BMI)。分析不同性别、BMI正常和超质量组、不同年龄段(以5岁年龄差为一年龄组)的膝关节各区域之间软骨厚度差异;采用多元方差分析不同年龄组软骨厚度总体差异;采用Sperman分析法对年龄、BMI、性别与软骨厚度的相关性进行分析。结果样本胫股角平均值为4.6°,不同组间差异无统计学意义(F=14.683,P=0.094);不同年龄组在股骨内侧髁和胫骨内、外侧平台软骨厚度方面存在显著性差异,以上区域软骨随年龄增大而变薄的趋势明显(F=2 968.790,P<0.001);软骨厚度与年龄具有较为明显的负相关性(r外侧平台=-0.352,r内侧平台=-0.475,r股骨内侧髁=-0.363)。不同性别间软骨平均厚度差异无统计学意义(t=0.4235,P=0.672)。超质量与体质量正常组间软骨平均厚度无显著差异(t=0.798,P=0.425);成年人股骨外侧髁软骨厚度与BMI负相关(r=-0.162,P=0.022),其余部位与BMI无相关性。结论在我国20～40岁正常成年人中,膝关节不同区域的软骨厚度差异显著且随年龄变化明显。该年龄段正常人膝关节软骨厚度与性别、体质量无相关性。     

基于定量动态负荷下膝关节骨性关节炎软骨MRIT2时间表现研究

目的通过比较膝关节骨性关节炎（OA）病人定量动态负荷前后膝关节软骨T2时间变化情况,分析MRIT2mapping序列反映软骨基质生物力学变化的灵敏度．并验证高磁场条件下人体关节负荷装置的有效性。方法10例膝关节OA病人,其中男性3例．女性7例：年龄4l～66岁．平均年龄57-3岁。依托人体下肢关节力学负荷装置,对其施加膝关节动态负荷。负荷前后行膝关节MRIT2maDping成像,将膝关节轴向负荷区软骨分为4个部位：胫骨平台内、外侧软骨区及股骨内、外侧髁软骨区．分别测量各部位软骨负荷前后的T,时间。对负荷前膝关节内、外侧软骨分级评估进行卡方检验,对同一软骨区动态负荷前后的T2时间进行配对t检验。结果负荷前膝关节内外侧软骨分级差异无统计学意义（P〉0．05）。OA病人负荷前后T2值,胫骨平台内侧软骨区分别为（39．59±4．17）ms、（40．14±4．49）ms（f=0．426,P=0．680）;胫骨平台外侧软骨区（38．85±6．72）ms、（41．25±6．54）ms（t=1．704,P=0．123）：股骨内侧髁软骨区（36．44±5．72）ms、（40．63±4．90）ms（t=1．783,P=0．108）;股骨外侧髁软骨区（39．30±5．78）ms、（46．14±5．03）ms（t=2．826,P=0．020）。结论OA病人负荷后膝关节局部区域软骨区T2时间延长．自行设计的动态加压装置适合在高磁场条件下完成加压及MRI检查,有一定推广意义。     

前交叉韧带的临床解剖研究

目的 结合MRI对前交叉韧带(ACL)有关数据进行测量,为临床上ACL相关手术提供数据支持。方法 选取9具甲醛固定的无膝关节损伤的正常成人标本(左右两侧膝关节共18例)及15例膝关节MRI体检者的影像资料(影像结果均显示ACL正常),分别对其ACL宽度、长度,股骨止点到股骨外侧髁后缘的距离,胫骨止点到胫骨平台内侧水平距离,胫骨止点到胫骨平台外侧水平距离进行测量。结果 MRI测量的ACL长度、宽度,股骨止点到股骨外侧髁后缘的距离,胫骨止点到胫骨平台内侧水平距离,胫骨止点到胫骨平台外侧水平距离均短于标本测量的相应数据,差异均具有统计学意义(P 0. 05)。结论 MRI测量ACL所得的数据普遍小于实际测量数据,仅可以作为临床操作参考,仍然需要寻找规范化、精确化的测量方法。     

膝关节相关解剖结构测量在全膝关节置换术假体选择中的应用

目的 测量股骨、胫骨、髌骨的相关结构数据并归纳总结其特点,为研发符合我国人群的膝关节假体提供数据支持。方法 对正常膝关节标本中股骨髁上轴宽度、股骨后髁轴距等16项指标进行测量,分析股骨内侧髁前后径、股骨外侧髁前后径等指标与胫骨平台宽度的相关性。结果 共测得24例成人正常膝关节胫骨平台宽度为(70. 63±7. 27) mm。相关分析结果显示,股骨内侧髁前后径与胫骨平台宽度相关系数为0. 747,股骨外侧髁前后径与胫骨平台宽度相关系数为0. 634,胫骨内侧平台宽度与胫骨平台宽度相关系数为0. 729,胫骨外侧平台宽度与胫骨平台宽度相关系数为0. 899,胫骨内侧平台前后径与胫骨平台宽度相关系数为0. 809,胫骨外侧平台前后径与胫骨平台宽度相关系数为0. 651,髌骨宽度与胫骨平台宽度相关系数为0. 701。胫骨内侧平台、胫骨外侧平台及股骨髁上轴宽度对胫骨平台宽度有明显影响(F=226. 072,P 0. 001)。结论 股骨髁上轴宽度对胫骨平台宽度有影响,股骨内、外侧髁前后径、髌骨宽度与胫骨平台宽度呈正相关。通过他们之间的相关性有望对临床膝关节置换术假体选择等手术决策提供一定的参考。     

膝关节矢状断层影像解剖学

目的 为膝关节疾患的影像学诊断提供矢状断层解剖学基础。方法 用成年男尸右膝部标本5例(新鲜3，福尔马林固定2)，按解剖骨性标志画线，其中1例标本先行矢状位MRI扫描，所有标本冻硬后，切制矢状断层解剖标本，每例切5个断层，皆观察其内侧面。结果 观察了构成膝关节的主要结构，交叉韧带、半月板及其周围软组织的形态特征、位置、毗邻及其在连续断层的变化规律，并匹配同一断层之MRI。测量股骨内、外侧髁关节软骨厚为2．3mm和2．4mm，胫骨内、外侧髁关节软骨厚为2．5mm和2．6mm，髌骨关节软骨厚为5．3mm，前交叉韧带长36．1mm，前、后交叉韧带中部矢状径为6．32mm和6．51mm，内、外侧半月板矢状径为42．4mm和33．2mm，内侧半月板前、后部厚度为5．1mm和5．8mm，外侧半月板为6．5mm和7．1mm。结论 膝关节的矢状断层解剖各结构形态、位置及变化规律，对骨科及影像学诊断和治疗有重要的价值。     

单髁置换术应用于骨关节炎合并前交叉韧带缺失的三维有限元研究

目的采用有限元方法比较前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)完整与缺失的骨关节炎患者单髁关节置换(unicompartmental knee arthroplasty,UKA)术后膝关节生物力学特性,分析ACL缺失对膝关节单髁置换术后的运动和应力的影响。方法根据膝关节CT、MRI图像,建立有限元模型。采用逆向工程技术重建活动衬垫单髁假体,加载入该正常膝关节三维有限元模型。在不同屈膝角度(0°、30°、60°、90°、120°)加载载荷,观察在ACL完整(ACL-intact,ACLI)和缺失(ACL-deficiency,ACLD)情况下,膝关节的最大接触压和位移程度。结果 UKA-ACLI与UKA-ACLD模型在膝关节屈膝各角度,各部位(外侧股骨软骨、胫骨软骨、半月板、股骨假体、胫骨假体、衬垫)最大应力无明显差异,ACLD模型在膝关节屈膝0°和30°位前后位移明显大于ACLI模型,在膝关节屈膝0°位股骨相对内旋减小,在膝关节屈膝30°位股骨相对外旋增加。结论标准位置假体植入情况下,ACL缺失并不会导致UKA术后应力异常增大,会导致在膝关节伸直位时位移增加。     

股骨远端解剖形态性别差异与假体形态设计的关系

目的：通过三维螺旋CT重建正常人膝关节，测量股骨远端相关解剖参数，探讨男女性股骨远端的解剖特点对于关节表面假体形态的不同要求。方法：80侧正常成人膝关节，男性、女性各40侧，年龄18～72岁，行三维螺旋CT扫描，在GE Advantage workstation工作站上进行0．625mm层厚重建，测量股骨经上髁轴线宽度、内外侧髁高度、髁间高度及内外侧滑车前突距离，行模拟截骨后，测量各截骨面高度，比较各测量值性别问的差异。结果：男女性髁间高度、经上髁轴线宽度、外侧髁高度及内侧髁高度均有显著性差异（P〈0．001），男性各值均大于女性。股骨远端横径与纵径的比值亦为男性大于女性（P〈0．001），男性股骨内、外侧滑车前突距离均大于女性，均值差分别为1．2mm和0．7mm，均有显著性差异（P〈0．001）。结论：男女性之间股骨髁形态存在一定差别，股骨远端关节面假体形态的设计应该性别差异化，使假体与截骨面更好的吻合。以提高全膝关节置换术的手术效果。     

女性全身关节过度活动患者跳深着陆时膝关节应力分析

目的 分析全身关节过度活动(generalized joint hypermobility, GJH)女性患者与健康女性在跳深着陆中膝关节软骨、半月板von Mises应力分布差异。方法 采集女性GJH患者与女性健康受试者在跳深着陆缓冲阶段垂直地面反作用力(vertical ground reaction force, VGRF)峰值时刻的膝关节运动学与地面反作用力特征,通过逆动力学计算膝关节反作用力,并将膝关节沿股骨长轴方向的合力作为载荷;基于1名女性膝关节三维有限元模型,分别对2组受试者跳深着陆过程进行数值仿真,计算膝关节软骨与半月板von Mises应力及应力分布。结果 在跳深着陆VGRF峰值时刻,GJH组和对照组膝关节屈曲、外翻角度具有统计学意义(P<0.05)。相比于对照组,GJH组膝关节屈曲角度降低、外翻角度增加;在跳深着陆中,GJH组膝关节内部承受应力更大且胫股关节内、外侧室负重区应力分布不均衡,其股骨软骨外侧髁外侧、外侧胫骨软骨前部/中部外侧以及外侧半月板前角、体部外侧缘为应力集中部位。结论 女性GJH患者因膝关节活动范围增大、关节囊松弛,导致在跳跃类项目中膝关节...     

膝关节软骨负荷运动前后磁共振T_2时间与容积变化研究

目的通过比较分析负荷运动前后膝关节软骨磁共振T2时间和软骨容积变化,探讨利用T2时间和容积变化反映负荷作用下软骨形态变化的可行性。方法选择20例健康志愿者,其中男性16例,女性4例;年龄为20.1~30.4岁,平均年龄25.7岁。在同等运动负荷前后进行软骨T2mapping序列成像,测量股骨内外侧髁、胫骨平台和髌软骨T2时间;以三维脂肪抑制快速扰相梯度回波(3D-FS-SPGR)序列扫描并采用最大信号强度投影法(MIP)重建后测量髌软骨及股骨髁软骨容积。比较负荷前后软骨T2时间变化、软骨容积差异,并分析软骨容积与T2时间变化间的相关性。结果运动前与运动后髌软骨T2时间最长,胫骨外侧平台最短;运动后不同部位软骨T2时间均降低(P=0.000),股骨内侧髁软骨下降幅度最大(t=-27.96,P=0.000);运动后膝关节软骨容积减小(P=0.000),股骨髁软骨容积变化程度(t=-86.71,P=0.000)大于髌软骨(t=-9.42,P=0.000);软骨容积与T2时间变化间无线性相关性(P0.05)。结论运动后膝关节软骨各部位T2时间和局部软骨容积均减少,但软骨容积与T2时间变化间无相关性;软骨T2mapping和软骨容积变化磁共振成像技术对评价负荷作用下软骨形态变化有一定的意义。     

股骨外侧髁压迹的研究进展

股骨外侧髁压迹是股骨外侧髁关节面中部的一个浅的凹槽,又称为股骨外侧髁髌骨沟,正常位于胫股关节面和髌股关节面两个弧形关节面相交处。在急性前交叉韧带损伤或慢性膝关节旋转不稳定的患者中,股骨外侧髁压迹表现为异常的加深,在膝关节X线平片以及磁共振图像上有时候可以清楚地观察到这个典型的影像学特征。磁共振图像还可以敏感地显示隐匿性关节软骨或软骨下骨挫伤。异常加深的股骨外侧髁压迹是前交叉韧带损伤及外侧半月板损伤的一个可靠的间接证据。     

膝关节半月板和冠状韧带的解剖学研究及其临床意义

目的：解剖观察膝关节冠状韧带的结构特点,为解除半月板滑动障碍松解膝冠状韧带提供解剖学基础.方法：解剖观察成尸膝关节标本32侧,观测胫骨髁与半月板及膝冠状韧带的形态、长宽和厚度.结果：（1）外侧半月板向前滑动（5.6±1.3）mm,向后滑动（8.7±1.7）mm;内侧半月板向前滑动（5.5±1.4）mm,向后滑动（7.4±1.8）mm.（2）外侧膝冠状韧带周长（87.2±9.6）mm,上下宽（15.4±3.0）mm,韧带厚（0.9±0.3）mm.（3）内侧膝冠状韧带周长（91.9±7.9）mm,上下宽（15.9±3.2）mm,韧带厚（0.8±0.2）mm.（4）外侧膝冠状韧带前外侧微创进刀点,在膝关节外侧中点向前（26.4±3.7）mm范围内,膝关节前正中点向外（20.2±5.8）mm范围内不宜进刀,两者之间为前外侧进刀点.（5）内侧膝冠状韧带前内侧微创进刀点,在膝关节内侧中点处宽（7.0±2.0）mm范围内不宜进刀,由此处向前至髌韧带间为前内侧进刀点.另在膝关节内侧中点之后（29.1±4.5）mm,与半膜肌、半腱肌腱止点间为后内侧微创进刀点.结论：膝冠状韧带位于半月板外周缘连于胫骨内、外侧髁外周缘,从膝关节上述三个点进刀是微创切断松解膝冠状韧带的理想部位.     

Thickening of the knee joint cartilage in elite weightlifters as a potential adaptation mechanism

Thickening and increase of area of cartilage have been proposed as two alternative mechanisms of cartilage functional adaptation. The latter has been reported in endurance sportsmen. In weightlifters, extreme strain applied to the articular surfaces can result in other forms of adaptation. The aim of this research is to determine whether cartilage thickness is greater in elite weightlifters than in physically inactive men. Weightlifters (13) and 20 controls [age and body mass index (BMI) matched] underwent knee Magnetic Resonance Imaging (MRI). A single sagittal slice of the knee was taken and cartilage thickness was measured in five and six regions of the medial and lateral femoral condyles, respectively. The analyzed segments represented weight‐bearing and nonweight‐bearing regions. The tibia cartilage in the weight‐bearing area was also measured. The time of training onset and its duration in the weightlifter group were recorded. The cartilage was found to be significantly thicker in weightlifters in most of the analyzed regions. The distribution of cartilage thickness on the medial and lateral femoral condyles was similar in both groups. The duration of training was not associated with cartilage thickness, but the time of training onset correlated inversely with cartilage thickness. It is possible that in high‐strain sports, joint cartilage can undergo functional adaptation by thickening. Thus, mechanical loading history could exert a postnatal influence on cartilage morphology. Clin. Anat. 27:920–928, 2014. © 2014 Wiley Periodicals, Inc.     

3.0 T MRI上正常成人膝关节软骨体积的定量测量及其临床意义

目的：提供正常成人膝关节关节软骨总体积的参考值,研究膝关节各部分软骨体积所占总体积的比重,探讨软骨体积与年龄、性别、身高、体重的关系.方法：选取无关节外伤及手术史、无膝关节痛的健康志愿者140例,分为7个年龄组,在3.0 T MR上使用水激发3D-MEDIC扫描序列对膝关节进行矢状位重复扫描.所获图像使用半自动软件OsiriX进行膝关节软骨的体积测量及三维重建.结果：膝关节软骨总体积的平均值为（18.16±4.36）cm^3,其中,股骨软骨体积最大,髌骨及胫骨外侧髁次之,胫骨内侧髁最小,所占平均比重分别为（58.1±3.3）%、（18.7±2.0）%、（13.3±1.8）%及（10.0±1.9）%,其中以胫骨内侧髁比重变化程度最大（CV=19%）.男性软骨平均体积大于女性,分别为（21.62±3.63）cm^3和（14.70±2.83）cm^3.膝关节软骨总体积大小以及各部分软骨体积与年龄的增长没有明显相关性（P＞0.05）.膝关节软骨总体积与身高及体重呈正相关（P＜0.001）.结论：关节软骨体积与年龄没有明显关系,与身高及体重呈正相关,因此在评估膝关节软骨病损的体积改变时需结合性别、身高及体重等因素综合评价.     

Comparison of medial and lateral posterior femoral condyle articular cartilage wear patterns

Background

While degenerative changes to the articular cartilage of the anterior and distal portions of the femoral condyles have been well studied in the literature, the changes that occur on the posterior femoral condyle are not as clear. The purpose of this study was to assess the difference in articular cartilage thickness between the medial and lateral posterior femoral condyles in knees undergoing unicompartmental knee arthroplasty.

电针治疗膝骨性关节炎患者上下楼梯的三维有限元分析

针对电针治疗膝骨性关节炎患者上下楼梯运动生物力学特性改变进行有限元仿真研究,对比分析膝关节生物力学行为改变与电针治疗疗效的相关性。基于CT和MRI图像数据,结合Mimics和Geomagic医学图像处理软件,建立人体膝关节下楼梯屈曲15°和上楼梯屈曲50°时的三维有限元模型,模型包括股骨、胫骨、腓骨、内外侧半月板、股骨软骨、内外侧胫骨软骨结构等。通过临床力学实验,测取电针治疗前后膝关节所受支反力、力矩,并施加于所建立的有限元模型,对比分析治疗前后半月板及关节软骨的应力分布情况。膝骨性关节炎在电针治疗后,内外侧半月板、股骨软骨、内外侧胫骨软骨的应力均得到不同程度的恢复,与治疗前相比,下楼梯屈曲15°时最大应力值分别减小0.543、0.236、0.194、0.239和0.327 MPa,上楼梯屈曲50°时分别减少0.253、0.31、0.227、0.112和0.122 MPa,软骨的应力峰值趋向于正常值,应力分布范围也更接近于正常膝关节,且关节内侧软骨及半月板比外侧受到的负荷大,软骨应力比更接近于正常值,这与临床上内侧型膝骨性关节炎患者多于外侧型患者的现象相符合,从而证明电针治疗可影响膝关节中力的传递,使病变膝关节的应力吸收能力得到改善和提高。电针治疗膝骨性关节炎能有效改善关节软骨的压应力,使关节内力平衡得到恢复,延缓关节软骨退变,促进关节软骨的修复;电针治疗下膝关节生物力学特性的研究,可为膝关节临床治疗和评价提供理论依据。     

Anterior-posterior stability of the knee by an MR image subtraction method

The purpose of our study was to test the hypothesis that when a shear force was applied posteriorly to the loaded knee in vivo, there would be no relative motion between the tibia and the medial femoral condyle. Siemens 7 Tesla high-resolution MRI machine was used to scan eight healthy male volunteers with the knee at 15° of flexion. Two scans were obtained: the first with a compressive force of 660 N along the tibial long axis and a second with the compressive force and a posterior shear force of 36 N applied to the tibia. Solid models were created of the femur, tibia, and menisci for both loading conditions. The tibial models were superimposed enabling the displacements of the femur and menisci to be determined, relative to a fixed tibia. On average, the lateral femoral condyle displaced anteriorly by 0.66 mm but the medial femoral condyle displaced posteriorly by 0.36 mm. This indicated an axial rotation with a center between the lateral and medial condyles, but closer to the medial. The menisci displaced with the femoral condyles, but there was no indication that the medial meniscus was contributing to the pivoting action. This study supported the concept of medial anterior-posterior stability under weight-bearing conditions, but with structures other than the medial meniscus providing the stability. This study has application to the treatment of knee injuries and to knee arthroplasty design.     

基于CT和MRI膝关节有限元模型建立与不同载荷下生物力学特性分析

基于CT和MRI图像数据建立膝关节有限元模型,采用六面体网格对不同载荷系统下人体膝关节生物力学特性进行研究,并进行有效性验证。建立膝关节有限元模型包括:股骨、胫骨、髌骨、腓骨、股骨软骨、胫骨软骨、腓骨软骨、半月板、前后交叉韧带、内外侧副韧带、髌韧带和股四头肌腱等。对膝关节施加1 kN轴向压缩载荷、134 N后向抽屉力和5、10、15 N[?m内翻力矩和外翻力矩,分析膝关节内软骨和半月板的接触应力和接触面积,股骨内外翻倾角以及位移变化情况。在1 kN压缩载荷和134 N抽屉力作用下,股骨软骨、内外侧半月板和内外侧胫骨软骨的接触应力峰值分别为4.47、3.25、2.83、2.70、2.53 MPa,Von Mises应力峰值分别为2.22、2.44、2.25、2.07、1.64 MPa。股骨相对胫骨前向位移为4.19 mm。施加5、10、15 N[?m内翻和外翻力矩时,股骨内翻和外翻倾角分别为3.49°、4.48°、4.91°和3.22°、3.62°、4.01°。随着力矩的线性增大,膝关节各组成部分的应力呈非线性变化趋势。膝关节软骨、半月板和韧带的研究结果符合其生物力学特性,与前人数值分析和实验研究结果相一致,可为临床膝关节生理病理分析和治疗提供一定的理论依据。