髌股关节生物力学研究及其意义

本文综述了国外近年来采用压敏片及压力传感器对髌股关节接触力、接触面、运动力学、病理力学以及手术方法等进行生物力学实验研究的进展，指出关节接触面压力过高是髌股关节病发生的重要病因，胫骨结节前移术显著地降低了髌股关节接触力，是治疗髌股关节疾病有效的手术方法。     

半月板不同切除术对髌股关节影响的生物力学研究

目的探讨半月板不同部位,不同程度切除后对膝关节髌股关节的影响,为半月板不同切除术的比较提供生物力学依据。方法采用6具人膝关节新鲜标本,保留内、外侧副韧带、关节囊及膝关市伸膝装置,Staubli机器人模拟生理状态下膝关节站立至下蹲屈膝过程,采用超低压型压敏片测量完整膝关节和半月板不同部化及程度切除术后不同屈膝角度下髌股关节接触面积、接触压,并用SPSS 12．0进行双因素方差分析。结果1．无论何种状念的半月板切除,其髌股关节接触的总体趋势没有改变,即膝火节心曲0°～90°髌股关节的接触面积会逐渐增加;2．半月板部分切除与正常膝关节在髌股接触面积、髌股平均接触从压力间的差异无统计学意义;3．外侧半月板全切除与正常膝关节在髌股接触面积之间的差异有统计学意义,其骸股接触面积在各个屈曲角度均小于正常膝关节,其髌股接触平均压力存各个屈曲角度均大于正常膝关节的髌股接触平均压力;4．内侧十月板全切除与正常膝关节在髌股接触面积间的差异无统计学意义,内侧半月板全切其在膝关节屈曲0°～30°之间其髌股关节平均压力均大于正常膝关节髌股关节间平均压力;60°～90°之间与正常膝关节髌股关节间平均压力间的差异无统计学意义。结论外侧半月板全切除术后髌股关节高接触压力、内侧半月板全切除术后髌股关节低接触压力及半月板部分切除术后髌股关节压力分布小均是术后髌股关节炎发生不可忽视的原因。     

髌内外侧稳定结构与髌股关节稳定性实验研究

目的 :了解髌内外侧稳定结构对髌骨的稳定作用,探讨临床中松解髌外侧支持带的治疗作用及效果,为临床治疗髌骨不稳提供生物力学依据。方法:6例新鲜膝关节标本,对股四头肌进行加载(模拟肌力正常的情况),在不同屈曲度,对髌骨施加外侧方移位载荷,使髌骨外侧半脱位,读取记录载荷大小。干预1:松解髌内侧支持带(模拟病理状态),重复上述操作,读取记录载荷大小;干预2:在干预1的基础上进一步松解外侧支持带(模拟手术治疗),重复上述操作,读取记录载荷大小。结果:松解髌内侧支持带后,使髌骨半脱位的载荷比支持带完整时减小,差异有统计学意义(P0.05)。进一步松解外侧支持带,半脱位载荷进一步减小,但与干预1差异无统计学意义(P0.05)。结论:髌内侧支持带在维持髌骨稳定及髌股关节正常运动轨迹中有重要作用,在临床治疗复发性髌骨脱位或半脱位时,应该重视髌内侧支持带的修复重建,单纯松解外侧支持带的方法并非最佳选择。     

髌股关节排列异常的CT检查

对髌股关节进行ＣＴ测量,确定有无髌股排列异常。方法 对一组２０例４０侧膝关节进行ＣＴ检查,分别在股四头股收缩和松驰状况下扫描,对ＣＴ图像进行测量。结果４０膝中有１０膝为静力性骨外侧半脱位,另３０膝中有１６膝为动力性髌骨半脱位;４０膝中１１膝为性髌骨外倾,另有７膝为动力性髌骨外倾。     

Ⅱ、Ⅲ型髌骨解剖类型间髌股关节应力分布对比研究

[目的]采用三维有限元方法对比分析不同髌骨解剖类型间髌股关节应力分布的差异。[方法]根据Wiberg髌骨解剖分型方法,选取髌骨解剖形态为Ⅱ、Ⅲ型健康青年男性志愿者各1例,获取其膝关节磁共振图像,应用Mimics软件提取髌股关节轮廓曲线,再经AutoCAD软件及SolidWorks软件对曲面进行反求拟合、修整装配,生成了表面光滑的髌股关节骨软骨三维实体模型,并应用ABAQUS软件定义各部件材料力学属性、网格划分后,进行髌股关节应力分析对比研究。[结果]本研究基于活体髌股关节矢状位二维FLASH序列MRI图像,通过手工提取髌股关节骨、软骨轮廓,并利用AutoCAD软件对其进行精确的修整与装配,定义材料力学属性及网格化分后,成功构建了相应的Ⅱ、Ⅲ型髌股关节骨、软骨三维有限元模型。在屈膝30°状态下,股四头肌肌力200 N时,Ⅱ型髌骨髌股关节接触面最小应力0.138 MPa,峰值应力2.364 MPa,平均应力1.018 MPa;应力较均匀分布于髌股关节接触面的内侧、中央、外侧面的广泛区域;Ⅲ型髌骨髌股关节接触面最小应力0.209 MPa,峰值应力2.509 MPa,平均应力1.347 MPa;应力分布不均匀,主要集中于外侧髌股关节面。[结论]Ⅲ型髌骨因其解剖形态对称性较Ⅱ型髌骨下降,容易导致相应髌股关节的异常应力分布,并可能是导致软骨损伤及骨性关节炎的重要病因。     

安装大腿近侧气囊止血带对髌股关节运动的影响

目的探讨膝关节屈曲和伸直状态下安装大腿近侧气囊止血带对髌股关节运动的影响。方法收集住院的非髌股关节疾病患者,选择膝关节20侧,在腰麻或连续硬膜外状态下屈膝30°时测量膝关节髌骨高度和股骨滑车角,然后分伸膝位安装止血带和屈膝位安装止血带两组自身先后对比,测量膝关节不同屈曲角度下Laurin髌股关节外侧角和Merchant吻合角。比较气囊止血带在膝关节不同屈伸状态下对髌股关节运动学的影响。结果在膝关节屈曲30°时,髌骨高度的Caton指数为(1.02±0.19),股骨滑车角(138.9±7.4)°。在膝关节屈曲过程中,髌股关节呈现Merchant吻合角增大的趋势,尤其在膝关节屈曲30~45°的时候变化明显,当屈曲角度继续增大时吻合角基本稳定;Lauren髌股关节外侧角保持相对稳定。伸直位和屈曲位安装止血带引起髌股关节Merchant吻合角和Lauren髌股关节外侧角间的差异没有统计学意义。结论在正常膝关节,大腿近侧气囊止血带对髌股轨迹的影响主要表现为最初屈曲的45°内Merchant髌股吻合角的的增大,而Laurin髌股关节外侧较保持相对稳定。伸直位和屈曲位安装大腿近侧气囊止血带对正常膝关节髌股关节运动的改变没有统计学意义。     

股四头肌对髌股关节影响的临床和实验观察

目的 从临床和实验二个方面研究股四头肌对髌股关节运动的影响。方法 对一组２６例５２膝患者进行性ＣＴ检查,了解股四头肌收缩状态对髌股关节排列的影响;对一组标本生物力学实验,用压敏片技术直观地测得股四头肌肌力变化对髌股关节接触压力的影响。结果静力性ＣＴ检查发现在１２膝髌半脱位和１４膝髌骨半脱位和１４膝髌骨外倾,其余病例动力性ＣＴ检查发现在２１膝在股四头肌收缩状态下髌骨半脱位,９例髌骨外倾。力学实验中     

胫骨假体旋转对线技术对髌股关节生物力学影响的实验研究

[目的]探讨全膝置换术中改变胫骨假体的旋转对线技术对髌股关节生物力学的潜在影响,指导术中进行正确的胫股旋转对线,以减少术后髌股关节并发症的发生。[方法]取9个新鲜冷冻人膝关节做实验,自行设计膝关节实验架,与Instron 8501生物力学测试仪共同搭建实验平台,模拟生理状态下膝关节自站立位屈膝下蹲的动作。人工膝关节采用LPS全膝系统,手术由同一位有经验的术者实施以控制实验误差,比较以胫骨结节内、中1/3交界为标志(胫骨结节对线技术)和以股骨假体位置(ROM对线技术)确定胫骨假体旋转的2种技术所获得的髌股关节的生物力学指标,选择30°、60°、90°、120°为实验的观察角度进行各组实验,应用日本富士公司生产的超低敏感型压敏片、低敏感型压敏片测定髌股关节的接触面积和接触压,最后用FPD-305E、FPD-306E压力测定仪和电脑软件处理后得到数字化结果。[结果]人工膝关节置换术中胫骨结节对线技术组与ROM对线技术组所获得的髌股关节的平均峰值接触压、平均接触面积等指标无统计学差异(P>0.10)。[结论]全膝置换术中股骨假体参照经股骨上髁轴确定旋转方位后,采用胫骨结节对线技术抑或ROM对线技术来确定胫骨假体的旋转对线对髌股关节的生物力学未见显著差异。对于旋转限制性较高的假体,ROM技术能够在正确的胫股旋转对线和良好的髌骨轨迹之间作出平衡。     

髌股关节发育不良对髌骨脱位磁共振成像表现的影响

背景：当存在髌股关节发育不良时,髌骨脱位的损伤程度较轻,因此更加依赖影像学诊断。 目的：比较髌股关节发育不良患者和髌股关节发育正常患者髌骨脱位时磁共振成像（MRI）表现的异同。 方法：回顾性分析54例经临床证实的髌骨脱位患者的MRI影像学资料。髌股关节发育不良患者32例,髌股关节发育正常患者22例。记录患者MRI中髌骨内侧骨挫伤或撕脱骨折、髌骨关节面骨软骨骨折、股骨外侧髁外侧部骨挫伤、髌股内侧支持带撕裂等情况。 结果：髌股关节发育不良组的32例患者中,髌骨内缘骨折12例,内侧支持带损伤10例,髌骨软骨损伤7例,股骨外髁骨挫伤18例;髌股关节发育正常组的22例患者中,髌骨内缘骨折8例,内侧支持带损伤14例,髌骨软骨损伤14例,股骨外髁骨挫伤14例。两组在内侧支持带损伤和髌骨内缘骨折上有显著统计学差异（P＜0.05）。 结论：MRI可以较好地诊断髌骨脱位。当髌股关节发育不良时,内侧支持带损伤和髌骨内缘骨折的发生率降低。     

人工髌股关节表面置换术治疗晚期髌骨软化症

目的：报道人工髌股关节表面置换术治疗晚期髌骨软化症的疗效观察。方法：对8例髌骨软化症晚期（Ⅲ-Ⅳ级）行髌骨关节面修整，人工髌股关节表面置换术，调整髌骨轴线。结果：随访5年。关节疼痛缓解。功能明显改善。结论：此项手术对晚期髌骨软化症，年龄在50岁以上者是一种较好的治疗方法。     

髌股关节准动态三维运动模型的构建及其应用

[目的]利用多角度静态核磁共振扫描图像重建在体髌股关节准动态三维运动模型,并以此动态模型计算屈伸膝过程中的髌骨运动轨迹、髌股关节旋转轴。[方法]选择1名健康成年男性,对其右膝关节分别在0°、30°、60°、90°、120°5个屈膝角度进行核磁共振扫描,将扫描结果以Dicom格式导入Mimics软件中,提取髌骨、股骨轮廓,重建五个屈膝角度的静态髌股关节三维模型,再将五个静态模型导入逆向工程软件Rapidform中进行同一坐标系的配准,利用三次样条插值算法,将离散静态模型配准为动态三维运动模型;并据此动态三维模型计算髌骨运动轨迹和髌股关节旋转轴。[结果]基于静态核磁共振图像可以快速构建准确而无辐射的髌股关节准动态三维运动模型,以此动态模型计算出的髌骨运动轨迹和髌股关节旋转轴与既往文献结果相一致。[结论]在屈膝过程中,髌骨随着屈膝角度的增加相对于股骨滑车不断俯屈,同时轻度的外倾和外旋,而髌股关节旋转轴波动在股骨通髁线附近。     

基于磁共振图像构建髌股关节三维有限元模型

[目的]探讨基于活体髌股关节磁共振图像应用逆向工程准确构建髌股关节三维有限元模型的方法.[方法]采集1例健康青年男性志愿者膝关节磁共振图像,应用Mimics软件提取髌股关节轮廓曲线,再经AutoCAD软件及SolidWorks软件对曲面进行反求拟合、修整装配,生成了表面光滑的髌股关节骨软骨三维实体模型,并应用ABAQUS软件定义各部件材料力学属性、网格划分后,进行髌股关节应力分析.[结果]本研究成功建立了包括髌骨骨、软骨,股骨骨、软骨的三维有限元模型并进行应力分析,分析结果与既往研究方法结果相似.[结论]基于MRI数据可精确构建髌股关节三维实体模型,该模型可用于该关节的三维有限元应力分析,为深入对其进行生物力学研究提供技术支撑.     

全膝关节置换术中股骨假体旋转对髌股关节生物力学影响的实验研究

目的探讨全膝置换术中股骨假体的轴向旋转对髌股关节生物力学的影响,为临床指导人工膝关节置换的手术技术提供实验依据,以减少术后髌股关节的并发症。方法取9具正常国人新鲜冷冻尸体的9个膝关节作为研究对象,模拟膝关节自站立位屈膝下蹲的动作,设计制作膝关节实验架,与Instron 8501生物力学测试仪共同搭建实验平台。人工膝关节采用Nexgen LPS全膝系统,手术由同一位有经验的术者实施以控制实验误差,不置换髌骨。比较股骨假体相对于经股骨上髁轴内旋2°、内旋4°、旋转0°(与经股骨上髁轴平行)、外旋2°、外旋4°、平行于Whiteside线等6个不同的轴向旋转位置时的髌股关节的生物力学指标。选择屈膝30°、60°、90°、120°为观察角度,采用日本富士公司生产的压敏片测定髌股接触面积和峰值接触压,最后经扫描和软件处理得到数字化的结果。结果当股骨假体的旋转与经股骨上髁轴平行时,测得的髌股关节峰值接触压结果最优(P< 0．05)。各股骨假体旋转对线组测得的髌股接触面积无显著差异(P>0．05)。但不同标本、不同观察角度下的髌股接触形态不同。结论全膝置换术中股骨假体的轴向旋转对线对于髌股关节的接触压影响较显著,经股骨上髁轴作为股骨假体的旋转对线的参照较为可靠。     

全膝关节置换术中股骨假体屈曲对髌股关节生物力学影响的实验研究

[目的]探讨全膝置换术中股骨假体矢状位上屈曲对髌股关节生物力学的影响,为临床指导人工膝关节置换的手术技术提供实验依据,以减少术后髌股关节的并发症。[方法]取正常国人新鲜冷冻尸体的5个膝关节作为研究对象,模拟膝关节自站立位屈膝下蹲的动作,设计制作膝关节实验架,与生物力学测试仪共同搭建实验平台。人工膝关节采用DePuy PFC假体全膝系统,手术由同一位有经验的术者实施以控制实验误差,置换髌骨。比较股骨假体相对于按下肢力线位、前屈5°、10°及后屈5°、10°、15°位置时的髌股关节的生物力学指标。选择屈膝30°、60°、90°、120°为观察角度,采用美国Tecscan公司生产的感测片测定髌股关节接触压峰值,最后软件处理得到数字化的结果。[结果]除了在膝关节屈曲30°、60°、90°,股骨假体前屈5°时,髌股关节内侧间隙接触压峰值与下肢力线位相比较无显著性差异(P>0.05),其余各种屈膝角度下,股骨假体不同屈曲角度所致髌股关节内外侧间隙接触压峰值与下肢力线位比较有显著性差异(P<0.05)。股骨假体后屈角度越大,峰值的升高越明显。[结论]全膝关节置换术中,股骨假体在矢状位上争取按下肢力线位置入,以降低术后并发症的发生。     

髌股关节排列异常

髌股关节排列异常柴卫兵马忠泰高淑能前膝痛是膝关节疼痛中最为常见的症状之一，其病因包括髌股关节排列异常，髌骨软骨软化症，骨关节病，滑膜病，髌周肌肉及肌腱劳损，脂肪垫肥大和损伤以及外伤后的骨软骨损伤等。其中髌股关节排列异常是在诊断上易于混淆和忽视、处理上...     

髌股关节置换术治疗单纯髌股关节骨关节炎

 目的 探讨髌股关节置换术治疗单纯髌股关节骨关节炎的疗效和影响因素。方法 回顾性分析2006年3月至2014年12月,采用髌股关节置换术治疗并获得随访的18例单纯髌股关节骨关节炎患者资料,男3例,女15例;年龄46~74岁,平均54岁;术前美国特种外科医院膝关节评分（hospital for special surgery knee score,HSS）为44~63分,平均（53.28±5.71）分;疼痛视觉模拟评分（visual analogue scale, VAS）为4~7分,平均（5.33±0.99）分。术前根据临床症状、体征和影像学资料严格把握手术指征,其中11例采用AVON髌股关节假体（Stryker公司）,7例采用Gender Solutions髌股关节假体（Zimmer公司）。术后第1天患膝即开始行主动和被动功能康复锻炼。结果 18例患者术后均获得随访,随访时间6~104个月,平均63.98个月。VAS,术后1个月（1.17±0.79）分（范围,0~3 分）,术后3个月（0.72±0.67）分（范围,0~2 分）,术后9个月疼痛基本消失;HSS,术后1个月（70.06±6.33）分（范围,61~80分）,术后3个月（86.06±5.12）分（范围,77~95分）,术后9个月（91.39±4.83）分（范围,82~97分）,末次随访（92.06±4.05）分（范围,84~97分）,其中优15例、良3例,优良率100%,较术前有明显改善。患者主观满意率94.4%（17/18）。1例患者术后2年再次出现上下楼梯时膝前疼痛,给予非甾体类抗炎药和适当减少活动后症状缓解。随访期间无一例患者出现切口感染、髌骨脱位、假体松动等并发症。结论 髌股关节置术后疗效与手术适应证、假体设计、手术技巧等因素密切相关,在选用合适的髌股关节假体、严格把握手术适应证、掌握好手术技巧及积极术后康复功能锻炼等基础上,采用髌股关节置换术治疗单纯髌股关节骨关节炎可以获得良好的疗效。     

髌股关节置换术进展

髌股关节置换术（PFA）早期随访失败率高,临床应用一直存在争议。髌股关节解剖形态、生物力学机制研究及人工膝关节置换临床实践,促进了现代PFA假体设计和技术发展。将髌股关节视为膝关节整体一部分的Onlay假体设计理念,取代了单纯置换病变区域的第一代Inlay假体;病例选择严格限定为单纯髌股关节疾患,进展性胫股关节炎成为术前甄别重点;手术更注重原发疾患对PFA术后髌股关节功能的影响;手术技术进步保障了假体正确安放。现代PFA呈现高疗效、低并发症趋势,已被认定为髌股关节骨关节炎的推荐治疗方案。该文就上述几方面研究进展作一综述。