踝关节扭伤防护及其康复研究进展

踝关节扭伤是临床最常见的外科损伤之一。阐述足踝部解剖结构,重点回顾踝关节运动过程中韧带的生物力学状态。同时,分析踝关节扭伤机制,归纳目前踝关节扭伤预防和康复的主要手段,并着重介绍踝护具预防踝关节扭伤的使用及研究进展。进而归纳踝护具的分类及特点,对踝关节扭伤的预防和踝护具的发展进行展望。踝关节外侧韧带损伤的多发性源于踝关节生理结构的内外侧差异,踝护具的改进及新型踝护具的开发应考虑此结构特点。佩戴踝护具对踝关节扭伤防护具有积极意义,在临床康复方面具有缩短康复时间和避免再次受伤的作用。对于踝关节严重扭伤的康复,半刚性护踝比弹性护踝效果更好。     

踝关节内翻的有限元力学分析

背景：近年来,骨科生物力学领域的研究不断成熟和发展,研究方法多采用有限元分析软件。作者检索文献发现国内外学者对于踝关节的研究也日益增多,但是所见研究均为静态状态,而且对于非中立位相踝关节损伤的研究鲜有报道。 目的：对已建立的踝关节数字模型进行有限元力学分析,观察踝关节在不同内翻角度时,其组成骨在不同空间维度上的位移、剪切力变化及应力变化规律,探讨内翻时踝关节的损伤机制。 方法：经Mimics、Geomagic和Ansys处理后,生成的踝关节三维数字模型导入软件Ansys中,经过约束条件、施加载荷、求解试算等阶段,对不同内翻角度时的踝关节各组成骨进行有限元分析。 结果与结论：实验模拟了踝关节内翻角度在10°,15°,20°,25°,30°,45°,60°,70°,80°,85°的10种不同工况,分别对踝关节进行有限元力学分析,得到其各组成骨在不同空间维度上发生的位移、剪切力和应力分布情况。分析数据,发现其所发生位移、所受应力及剪切力均随着内翻角度的增加不断增加,最大应力分布区即外踝、距骨滑车髁间线外侧部,为临床上最常见发生骨折的部位。随着内翻角度的增加,距骨x轴上发生的位移增加,从而影响整个踝关节的应力分布。     

踝关节不同应力位的动态足底压力特征

目的探究踝关节不同侧肢体和应力位的足底压力分布特点。方法 23名健康受试者通过简易定制走道和足底压力测试平板进行踝中立位、踝内翻、踝外翻的足底压力测试,测试指标为峰值压强、接触面积、接触时间百分比、足底内侧峰值压强之和与外侧峰值压强之和的比值(M/L)、足趾峰值压强之和与足跟峰值压强的比值(A/P)。结果优势腿在第1跖骨的峰值压强明显大于非优势侧,第5跖骨峰值压强明显小于非优势侧。优势侧M/L显著大于非优势侧。除中足、第1趾,其余区域3种应力位的峰值压强存在显著性差异。内翻时各区域的接触时间百分比均大于中立时,外翻时除第2趾其余区域的接触时间百分比大于中立时。内翻、中立、外翻M/L分别为1.24±0.46、1.06±0.26、0.88±0.25;内翻时优势侧M/L大于非优势侧;内、外翻时A/P均大于中立。结论优势侧踝关节稳定性优于非优势侧。踝关节内翻、外翻时稳定性有所下降。内翻时身体往前、内侧偏移,外翻时则往前、外侧偏移以维持稳定。     

三踝骨折术后患者不同步行状态时的足底压力特征

目的 比较三踝骨折术后患者不同步行状态下患侧和健侧足底压力特征,并与健康受试者进行对比.方法 对12例三踝骨折术后恢复期患者和23例健康受试者不同步行状态的足底压力特征进行测试,包括足底10个区域峰值压强、接触面积、接触时间百分比.结果 患侧与健侧对比:平地步行时患侧第3～5趾骨区域峰值压强小于健侧,患侧中足区域接触面...     

不同踝上截骨术在内翻型踝关节骨关节炎外科治疗中的应用

目的 探讨采用不同的踝上截骨术治疗不同程度内翻型踝关节骨关节炎的临床疗效。方法 回顾性分析2012年4月—2016年4月西安交通大学附属红会医院足踝外科54例54足内翻型踝关节骨关节炎患者临床资料,其中男22例、女32例,年龄32~67(56.5±10.7)岁;左侧23例,右侧31例。根据改良Takakura踝关节骨关节炎分期,2期11例,3A期29例,3B期14例。均采用踝上截骨术治疗,其中传统踝上截骨27例、踝上斜形截骨21例、关节内截骨6例。术后均随访至少1年,通过对比末次随访与术前美国足踝骨科协会(AOFAS)踝与后足评分及踝关节骨关节炎量表(AOS)疼痛、功能评分进行临床疗效评估,在踝关节X线片上测量并比较手术前后胫骨前侧关节面角(TAS)、距骨倾斜角(TT)、胫骨踝穴角(TC)、胫骨内踝角(TMM)以及胫骨侧位关节面角(TLS)。结果 54例患者随访14～65个月,平均34.9个月。2例因术后疼痛和功能障碍行踝关节融合。术前相比,术后AOFAS评分明显提高[(54.6±14.2)分和(83.7±9.8)分],AOS疼痛评分[(43.6±6.4)分和(26.6±5.2)分]与功能评分[(52.7±11.3)分和(35.4±10.3)分]较术前明显下降,差异均有统计学意义(P值均＜0.01)。59%(32/54)的患者Takakura分期较术前有改善。影像学评估除TLS外,TAS、TT、TC及TMM术后均较术前有明显改善(P值均＜0.01)。术前9例TT≥10°的患者中,有7例术后关节面协调性得到恢复。结论 根据不同程度内翻型踝关节骨关节炎的解剖学特征,选择合适的踝上截骨方式治疗,并辅助相应的术式来充分矫正力线和稳定关节,其临床疗效肯定。     

手法复位超踝内翻夹板治疗伴距骨半脱位踝关节旋后外旋损伤的疗效分析

目的 研究手法复位超踝内翻夹板治疗伴距骨半脱住踝关节旋后外旋损伤的临床疗效。方法 对19例患者,采用手法复位超踝内翻夹板固定治疗。结果 按AOFAS评分,优15例,良3例,差1例,优良率达94．7％。结论 手法复位超踝内翻夹板固定治疗伴距骨半脱位踝关节旋后外旋损伤,是一种疗效良好、微创、费用低廉的治疗方法。     

模拟跳伞着陆中踝关节防护对下肢肌电活动性的影响

目的研究踝关节外固定防护在模拟半蹲式跳伞着陆中对下肢肌电(Electromyogram,EMG)活动性的影响及其性别差异。方法男女各8名健康成人受试者从0.72m高平台跳落,模拟半蹲式跳伞着陆。实验状态分赤足对照、佩戴护踝和绷带3组。测量其胫骨前肌、外侧腓肠肌、股直肌和股二头肌的肌电图。使用二因素方差分析评价防护和性别对EMG参数的影响。结果使用护踝显著增加男性胫骨前肌触地前EMG幅值(赤足对照:266μV;绷带:368μV;护踝:552μV),防护对其他EMG参数无显著性影响。结论使用护踝仅对男性跳伞者有显著的防护作用;踝关节防护对膝关节EMG活动性无显著性影响。     

护踝对功能性踝关节不稳患者下肢运动生物力学特征的影响

目的 探究护踝对功能性踝关节不稳(functional ankle instability,FAI)患者的保护作用,为其护踝的选择提供依据。 方法 15 名 FAI 患者随机佩戴半刚性、弹性护踝及无护踝以自选速度步行和跑步,运用红外光点运动捕捉系统和三维测力台采集其下肢运动生物力学参数。 通过 3×2 重复设计的双因素方差分析检验护踝和运动模式对下肢运动学、动力学和能量吸收的影响。 结果 护踝与运动模式对本研究中所有指标均无交互作用(P>0. 05)。不论运动模式,与无护踝相比,弹性护踝显著减少了 FAI 患者踝关节内翻角峰值、内翻角速度和踝关节能量吸收(P<0. 05),同时增加了踝关节外翻力矩( P < 0. 001);而半刚性护踝增加了踝关节内翻角峰值和内翻角速度(P<0. 05)。 此外,弹性护踝可降低着地时刻的膝关节内旋力矩和外旋力矩峰值(P<0. 05)。 结论 与无护踝相比,弹性护踝通过减小踝关节内翻角、内翻角速度和能量吸收,增大踝关节外翻力矩,继而起到预防踝关节扭伤的作用。 FAI 患者佩戴半刚性护踝后需定时关注踝关节慢性损伤风险。 整体来看,弹性护踝的防护效果可能更有效,且未引起膝关节功能补偿,可作为预防 FAI 患者踝关节扭伤的有效措施。     

踝关节Logsplitter损伤的影像学特征与损伤机制的研究

目的 总结高能量踝关节骨折Logsplitter损伤的影像学表现及踝关节周围各解剖结构的损伤特征,探讨Logsplitter损伤的发生机制。方法 回顾性分析2009年4月-2018年12月西安交通大学附属红会医院足踝外科62例Logsplitter损伤患者的影像资料。其中男44例、女18例,年龄21~69(42.3±11.7)岁,左侧27例、右侧35例。提取术前X线和CT影像,分析腓骨损伤、胫骨损伤、下胫腓联合损伤、踝关节内侧损伤及外侧韧带损伤的特征及其不同损伤类型在本组Logsplitter损伤中的占比;结合踝关节骨折的Lauge-Hansen分型,分析不同踝关节骨折类型在本组Logsplitter损伤中的占比。结果 腓骨损伤特征:横行或短斜形骨折占61.3%(38/62),存在蝶形骨块占25.8%(16/62),粉碎性骨折占11.3%(7/62),腓骨无骨折占1.6%(1/62)。胫骨损伤特征:外侧关节面压缩占38.7%(24/62),合并后侧压缩占6.5%(4/62);内侧损伤包括内踝骨折占87.1%(54/62),三角韧带断裂占12.9%(8/62)。下胫腓联合损伤特征:单纯韧带断裂占11.3%(7/62),合并Tillux结节撕脱骨折占8.1%(5/62),合并Volkmann结节撕脱骨折占43.5%(27/62),同时合并Tillux结节与Volkmann结节撕脱骨折占37.1%(23/62);合并踝关节外侧副韧带完全断裂占12.9%(8/62)。根据Lauge-Hansen分型显示,其中旋前外展损伤占87.1%(54/62),旋前外旋损伤占8.1%(5/62),旋后外旋损伤占1.6%(1/62),无法分类的占3.2%(2/62)。结论 Logsplitter损伤的影像学特征多样化,在严重骨折脱位的同时,可合并侧副韧带损伤;损伤机制以外展位垂直暴力最为多见,部分也可为外旋位垂直暴力所致。     

踝外侧副韧带损伤对踝关节稳定性及软骨接触应变影响的有限元分析

背景：在踝关节扭伤和踝关节韧带损伤中近85%涉及外侧副韧带,损伤的机制为足跖屈时踝关节内翻。急性踝关节外侧扭伤的患者中有20%-40%会出现持续疼痛和慢性踝关节外侧不稳,导致距骨平移和旋转过大,加速软骨磨损,导致关节退化。目的：通过有限元建模探究不同类型的踝外侧副韧带损伤模型对踝关节稳定性以及距骨穹窿软骨接触应变的影响。方法：将1名27岁志愿者足踝CT扫描数据DICOM文件导入有限元软件中,进行三维重建及曲面拟合,再进行网格划分,建立含有骨骼、关节软骨和韧带的完整踝关节有限元模型,对比正常、距腓前韧带损伤、跟腓韧带损伤和距腓前韧带+跟腓韧带损伤4种不同工况下的踝关节稳定性和距骨软骨接触应变的改变。结果与结论：(1)在前抽屉试验中,距腓前韧带损伤和距腓前韧带+跟腓韧带损伤距骨前移距离明显大于正常和跟腓韧带损伤(P <0.05),而距腓前韧带损伤和距腓前韧带+跟腓韧带损伤之间、正常和跟腓韧带损伤之间差异无显著性意义(P> 0.05);(2)在距骨倾斜试验中,跟腓韧带损伤和距腓前韧带+跟腓韧带损伤距骨倾斜角度明显大于正常和距腓前韧带损伤,而跟腓韧带损伤和距腓前韧带+跟腓韧带损伤之...     

跟骨内翻畸形对踝关节应力变化三维有限元分析

目的通过踝关节三维有限元模型的建立,模拟正常负重应力状态下随着跟骨内翻角度的增大,对踝关节的损伤模式的变化。方法取一名28岁男性志愿者,基于踝关节CT的数据建立包括骨骼、软组织和关节囊,考虑材料的非线性和关节接触的踝关节的三维有限元模型。采用统一的模型和方法,志愿者人体重量为60 kg,单腿站立,总加力600 N,垂直朝下,跟踪跟骨内翻角度从4~°、8~°、11~°、14~°的变化共四种情况力学表征形式,关注对踝关节应力分布的影响进行对比分析。应用有限元分析软件(Abaqus6 v6.14,DS System公司,法国)。结果踝关节应力集中区域在内踝与对应距骨关节面的凹陷区域,其次是外侧。距骨应力集中区域在距骨顶与内踝接触位置的区域,其次是外侧。我们发现4种情况下分析结果显示趋势一致,符合线性力学分析基本规律。结论跟骨内翻畸形负重应力集中固定在内踝、距骨接触位置,随着跟骨内翻畸形角度的增大,局部所承载的应力负荷增大,成正相关。跟骨手术治疗时跟骨内翻角变异应控制在患者跟骨生理内翻角+2°内。     

Comparative study of the anatomy,CT and MR images of the lateral collateral ligaments of the ankle joint

Clinical diagnosis of lateral collateral ligamentous injury caused by ankle sprains depends primarily on clinical signs, and X-ray and CT images. None of these, however, provide direct or accurate information about ligamentous injury. MRI has long been testified as a useful tool in the demonstration of ligaments due to its good resolution of soft tissues. We confirmed the appearance of the lateral collateral ligaments of the ankle joints on MR images by comparing MR images with CT images of the ligaments enhanced by coating with contrast medium after dissection of six cadaver feet. Compare study of MR images reveals no difference in the natural position and the dorsal position (P > 0.05), whereas, taken into the consideration the long hour of MRI examination, the natural position is regarded as the optimal position for MRI performance. Measured on transverse MR images, lateral ligaments of acutely injured ankles were significantly thicker than those of normal ankles (P < 0.01). According to the MR images of normal and injured ankles, the lateral collateral ligaments injuries were classified as type I and type II. Osteal contusion, cartilaginous injury, musculotendinous injury, tenosynovitis, and peritenosynovitis were also observed by MRI in type I and type II acute lateral collateral ligament injury. All these complications have higher incidence in type II than in type I injury (P < 0.05). Thus, by comparing with the CT images and the anatomy we confirmed the normal appearance of the lateral collateral ligaments on MR images and figured out that the natural position is the optimal position for MRI performance. The thickness of the ligaments and incidence of the complications could be regarded as useful cue for the assistant in clinical diagnosis of the lateral collateral ligament injury.     

Design and validation of a smart wearable device to prevent recurrent ankle sprain

Abstract

Lateral ankle sprain is one of the most common ankle injuries, especially in sports. When not treated properly, chronic ankle instability (CAI) may develop causing recurrent sprains and permanent damage to ankle ligaments. In this study, the design, implementation and validation of a smart wearable device connected to a smartphone application is described. This device can predict and prevent the occurrence of ankle sprain. Prediction of potentially harmful motion is achieved by continuous monitoring of ankle kinematics using inertial motion sensors. Detection of such a motion immediately triggers electrical stimulation of the peroneal muscles causing foot dorsiflexion, and hence prevents potential injury. The proposed device has the advantage of having a very short response time of eight milliseconds which is sufficient to halt the sprain motion. Laboratory validation testing using a custom designed trapdoor showed an accuracy of 96% in detecting and correcting hazardous motion. Furthermore, this device complies well with the design constrains of a wearable device such as small size and low power consumption. It is also low cost and unobtrusive due to the wireless connection between all components. Future work is recommended to test the clinical effectiveness of the proposed device in patients with CAI.     

The impact of residual varus alignment following total knee arthroplasty on patient outcome scores in a constitutional varus population

Background

Following a total knee arthroplasty (TKA), restoration of the mechanical axis of the lower limb to a neutral position of 0°?±?3° is generally considered the standard of care. Little is known, however, regarding the impact of realignment defined according to the patient's physiologic anatomy on clinical outcome scores.

Parameter estimation for a prosthetic ankle

The mechanical parameters of a model of an energy storage and return ankle prosthesis are estimated for normal level walking by means of an optimization procedure. The walking cycle is divided into six fields, such that the power does not change sign within each field; the transition between successive fields occurs at zero power. The optimal spring stiffness as a function of time, is found by optimizing a quadratic cost function to minimize the difference between the estimated ankle moments and the moments in normal walking. The optimization is subjected to four continuous constraints within each field and to two continuity constraints for the transitions between successive fields. The time-varying spring stiffness and the implications of additional external energy are discussed and are presented as recommendations for the designer.     

以踝关节解剖结构及生物力学特征分析慢性踝关节不稳

背景：长期慢性踝关节不稳可引起创伤性关节病及继发粘连关节囊炎,甚至成为永久性功能障碍。 目的：分析踝关节的生物力学,明确慢性踝关节不稳的形成原因,探讨慢性踝关节不稳的诊断方法及治疗方案。 方法：检索1990年1月至2014年12月PubMed数据库和万方医学网,选取与慢性踝关节不稳有关解剖、生物力学、诊治等相关方面的综述及基础实验研究的文章。检索词：“慢性踝关节不稳,踝关节解剖,生物力学,治疗方法,研究进展”和“Chronic ankle instability,Anatomy of ankle joint,Biomechanics,Therapy, Research”。经过筛选后纳入40篇文献,对踝关节解剖学结构、慢性踝关节外侧不稳机制及分级、诊断方法、治疗方法等内容的总结。 结果与结论：慢性踝关节不稳的诊断方法包括踝关节内翻应力试验、踝关节前抽屉试验、超声检测、现代影像学检测;慢性踝关节不稳的治疗方法分为保守治疗和手术治疗,手术可分为非解剖学重建和受损韧带解剖修复。慢性踝关节不稳患者应进行早期的诊断和有效的治疗,应综合踝关节解剖结构、生物力学特征、发病原因、诊断结果等因素决定治疗方案。 中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程全文链接：