胫骨外侧髁骨折塌陷对关节轴线及接触压力的影响

目的:研究在胫骨外侧髁骨折中关节面塌陷和外侧半月板切除对膝关节轴线、接触面积及压力的影响。方法:6个新鲜尸体膝关节标本制成胫骨外侧髁劈裂骨折模型,通过使用支撑垫片制成关节面塌陷0、1、2、4和6mm。膝关节在屈膝0°,负荷500N和屈膝30°,负荷350N。通过数码相机记录关节轴线的变化;而关节内外间隙的压力和压力扩散则由F-Scan感应器记录。每个标本在保留和切除外侧半月板下进行测试。结果:随着关节面塌陷高度的增加,膝关节外翻角度、外侧间隙的平均和最大的接触压力逐渐增加,而接触面积则逐渐减少。在屈膝0°,关节面塌陷6mm时,外翻角度平均增加7.6°,平均接触压力和最大接触压力分别增加208%和97%;而接触面积则减少33%。在同一关节面塌陷高度,切除半月板平均增加38%的外翻角度和外侧间隙45%的接触压力;而接触面积则减少26%。结论:研究结果表明在治疗胫骨外髁劈裂骨折中,减少关节面的塌陷十分重要,特别是在需切除半月板的时候。     

轻度与重度骨关节炎膝关节的生物力学行为比较

目的 对比研究轻度与重度膝骨关节炎(knee osteoarthritis, KOA)膝关节的生物力学行为,阐述KOA进展的生物力学机制。方法 分别构建同一患者左侧轻度KOA(KL分级Ⅰ级)与右侧重度KOA(KL分级Ⅳ级)膝关节有限元模型。在材料属性、边界条件、载荷等设定相同的情况下进行有限元分析,比较轻度与重度KOA膝关节半月板、股骨软骨、胫骨软骨的接触面积、接触压及von Mises应力的变化特征。结果 重度KOA膝关节总接触面积和外侧室接触面积大于轻度KOA膝关节,而内侧间室接触面积小于轻度KOA膝关节。重度KOA膝关节半月板、股骨软骨和胫骨软骨上的接触压及von Mises应力峰值均大于轻度KOA膝关节;双膝关节外侧半月板上接触压及von Mises应力峰值均大于内侧半月板,双膝关节股骨软骨与胫骨软骨内侧间室接触压及von Mises应力峰值均大于外侧间室。结论 重度KOA膝关节应力分布不同于轻度KOA,接触面积、接触压和von Mises应力峰值的变化与半月板脱位、软骨缺损等因素相关,生物力学行为和解剖结构的改变促进了KOA进展。     

半月板部分切除后胫股关节接触面积及生物力学变化

背景：生物力学实验有助于阐明为何半月板切除后会导致进行性的软骨病变。关节软骨退行性变的原因复杂,包括生物学、力学以及结构通路等。 目的：研究内侧半月板后角撕裂行半月板部分切除后胫股关节接触面积、压力及半月板应变的变化。 方法：取8具新鲜冷冻的混合品种的狗后肢膝关节标本,序贯进行以下半月板切除操作,采取百分比来计算每一样本半月板切除的范围：①内30%的内侧半月板后角撕裂。②内75%的内侧半月板后角撕裂。③内侧半月板后角完全切除。用双轴液压伺服生物材料测试实验机(MTS 858)进行生物力学测试。统计学比较采用SPSS 18.0软件进行组间比较。 结果与结论：半月板组织切除越多,内侧和外侧胫股关节接触面积下降越明显,内侧半月板后角切除75%和全切后,内侧接触面积差异无显著性意义(P > 0.05);内侧半月板后角完全切除之后,外侧接触面积显著减少。内侧半月板后角切除75%和全切之后,内侧间室的接触压力显著升高,与对照组相比差异有显著性意义(P < 0.05),内侧半月板后角完全切除后外侧间室接触压力显著降低(P < 0.05)。因为半月板组织的切除,其相应的应变下降,但是各组间差异无显著性意义。说明半月板切除多少决定术后半月板的生物力学功能;对于半月板撕裂,尤其是“红区”损伤,应尽量选择半月板缝合术,减少半月板切除范围,以避免或者延缓膝关节的退行性变。 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：     

膝关节单髁置换术后膝关节登梯动作生物力学分析

目的 探讨内侧膝关节单髁置换（unicompartmental knee arthroplasty, UKA）手术对登楼梯时膝关节生物力学的影响。方法 9例接受固定平台内侧UKA骨关节炎患者,术前3周及术后（7±2）月对其进行登楼梯动作的生物力学测试。采用双平面X线装置收集患者UKA手术前后行走时的影像资料,健侧膝关节作为对照组。通过CT扫描建立股骨、胫骨三维模型,通过自动匹配软件,将股骨、胫骨3D模型与X线中股骨、胫骨相匹配并同步。测量股骨、胫骨3D模型运动力学参数,包括前后向移位、内外翻、旋转及内侧间室间隙、接触中心点及外侧间室间隙。结果 术前UKA侧膝关节较健侧内翻4.8°,术后UKA侧较术前外翻3.1°,术前UKA侧膝关节较健侧外旋4.4°,术前UKA侧内侧间室接触中心点较健侧后移2.5 mm（P<0.05）。外侧间隙UKA手术前后及与健侧相比无明显变化（P>0.05）。结论 UKA可以有效改善膝关节内外翻,同时能够恢复患侧膝关节旋转的生物力学特性,不影响外侧间室间隙的接触中心,但内外侧间室的接触中心仍有变化。     

外侧半月板后根部对膝关节运动学影响

目的探讨分析外侧半月板后根部对膝关节运动学的影响。方法选取8例新鲜冷冻膝关节尸体标本,其中男性5例,女性3例;年龄20～60岁,平均年龄40岁。按照外侧半月板后根的解剖状态进行分组:A组,外侧半月板后根部完整未破坏;B组,外侧半月板后根部切断;C组,外侧半月板后根部缝合。对比3种状态下膝关节运动的差异。在机器人手臂辅助下对3组分别施加胫骨5 N·m内旋、胫骨前向134 N及胫骨内旋5 N·m合并10 N·m外翻载荷,并测量各组在屈膝0°、30°、60°、90°时胫骨内旋角度和胫骨前向位移距离。结果胫骨5 N·m内旋载荷下,与A组相比,B组在屈膝30°、60°、90°下内旋角度有所增大(18.95°±1.20°vs 17.42°±1.07°,17.33°±1.44°vs 15.62°±1.13°,17.84°±1.34°vs13.71°±1.67°),差异有统计学意义(P 0.05);与A组相比,C组在90°时内旋角度(15.10°±1.21°)显著增大(P 0.05);与C组相比,B组在30°、60°、90°时内旋角度明显增大(P 0.05)。胫骨前向134 N载荷下,与A组相比,B组在30°和60°时胫骨前移距离显著增大(6.17 mm±0.66 mm vs 4.43 mm±0.71 mm,5.52 mm±0.55 mm vs 4.74 mm±0.40 mm;P 0.05);与A组相比,C组在30°时胫骨前移距离明显增大(5.22 mm±0.87 mm vs 4.43 mm±0.71 mm;P 0.05);与C组相比,B组在30°、60°时胫骨前移距离明显增大(P 0.05)。胫骨内旋5 N·m合并10 N·m外翻载荷下,与A组相比,C组在0°、30°、60°、90°时膝关节内旋角度差异无统计学意义(P 0.05);与A组相比,B组在60°、90°时内旋角度显著增大(17.83°±0.79°vs 16.39°±1.94°,17.56°±0.92°vs 15.63°±0.71°;P 0.05);与C组相比,B组在60°、90°时内旋明显增大(17.83°±0.79°vs 16.17°±1.01°,17.56°±0.92°vs 15.64°±2.59°;P 0.05);A、B、C 3组间胫骨前向位移差异无统计学意义(F=0.028、0.288、0.537、0.247,P 0.05)。结论外侧半月板后根损伤手术修复后膝关节的内旋角度及胫骨前移与完整膝关节相似,较损伤前稳定性显著增大。后根修复有利于恢复膝关节的内旋稳定性,限制胫骨前移,对恢复膝关节的稳定性起到了重要作用。     

步态周期下内侧半月板后根部分撕裂对膝关节生物力学的影响

背景：目前针对内侧半月板后根撕裂加速膝关节退变相关生物力学研究大多数仅限于在静态仿真设计的基础上对内侧半月板后根完全撕裂模型进行测试,而对内侧半月板后根部分撕裂在完整步态周期下的生物力学行为尚不清楚。目的：运用动态有限元分析的方法来比较正常膝关节模型与内侧半月板后根部分撕裂模型在完整步态周期下生物力学的差异。方法：以健康成年人右膝关节CT扫描数据为基础,建立包括骨、半月板、关节软骨在内的健康膝关节有限元模型,并在健康模型基础上进一步构建膝关节内侧半月板后根撕裂模型。分别在2种模型上施加ISO标准步态载荷进行仿真测试。比较2种模型对应部件在各时相下应力、位移和接触面积的差异。结果与结论：(1)在完整步态周期下,健康模型内侧半月板后根云图应力分布均匀,而病理模型则在损伤区出现应力集中表现,健康模型最大应力出现在30%时刻外侧半月板内缘,值为29.68 MPa,病理模型最大应力出现在50%时刻外侧半月板内缘,值为30.34 MPa;(2)在完整步态周期下,健康和病理模型胫骨软骨应力分布大体一致,2种模型承受最大应力分别出现在步态周围50%,20%时刻,值大小分别为5.11,6.85MPa;(...     

膝关节半月板根部MRI影像解剖

目的 总结半月板根部的MRI解剖特点,确定半月板主体部分与根部的分界。方法 收集2012年10月—2014年2月保定市第一中心医院骨科24例经关节镜证实正常半月板根部的膝关节MRI资料和1例男性成人患者因下肢动脉硬化而截肢的新鲜膝关节标本,对半月板根部的MRI解剖行前瞻性研究,总结半月板根部MRI的形态、走行及附着点的位置,分析信号特点,并测量根部的长度、宽度、高度以及各根部走行角度。另在新鲜膝关节标本上确定半月板主体部分与根部的分界并用铜丝标示之,对标本行MRI扫描。结果 24例患者膝关节MRI显示:内侧半月板后根部呈梳状斜向下走行,信号较半月板主体部分稍高,附着于髁间后区;外侧半月板后根部较内侧半月板后根部明显长,走行于髁间隆起,附着于内侧髁间隆起的外侧面,信号与半月板主体部分类似;内侧半月板前根部较细,附着于髁间前区最前缘,为低或较低信号;外侧半月板前根部呈梳状稍向下向后走行,信号稍高,附着于髁间前区并稍向外下方倾斜的骨表面。各根部测量数据显示:横断面外侧半月板后根部最长,为(15.74±2.03)mm;冠状面内侧半月板后根部最短,为(7.88±1.57)mm;外侧半月板后根部走行与标准冠状面扫描线的夹角角度最大,为34.00°±9.24°。1例新鲜标本MR扫描图片清晰,半月板主体部分与根部分界标记显示清晰。结论 内外侧半月板前后根部各有其特点,MRI能够清晰显示半月板根部的形态、走行、信号特点及附着点位置。     

步态周期下半月板损伤对膝关节生物力学性能的影响

文题释义：半月板撕裂：膝关节内半月型纤维软骨破裂,撕裂原因主要是由于膝半屈或全屈位下的扭转力所造成。半月板分为内侧半月板和外侧半月板,内侧半月板较大且固定,外侧半月板较小,实验主要研究外侧半月板撕裂对力学机制的影响。 动态有限元分析：将人体正常完整步态周期作为边界条件施加在膝关节半月板模型中,观察在完整步态周期下半月板以及胫骨软骨的应力变化趋势及所受应力值大小。 背景：目前国内外对膝关节半月板的生物力学分析十分广泛,但大多集中于对膝关节屈曲运动状态下的研究,针对完整步态周期下膝关节半月板生物力学的有限元分析还不完善。 目的：通过对比外侧半月板撕裂模型与健康半月板模型,了解完整步态周期下半月板损伤后的生物力学变化机制。 方法：以健康成年人膝关节CT扫描数据为基础,建立包括胫-股骨、半月板、关节软骨在内的健康膝关节有限元模型,并在健康模型基础上进一步构建膝关节外侧半月板撕裂模型,探究在完整步态周期下膝关节外侧半月板撕裂的生物力学机制,并与健康膝模型进行对比。 结果与结论：①两种模型完整步态周期内的胫骨软骨瞬时应力变化趋势一致,但半月板撕裂模型中胫骨软骨在每一个瞬时受到的应力值均大于健康半月板模型,半月板撕裂模型与健康模型中胫骨软骨所受最大应力值分别为30,20.5 MPa;②两种模型完整步态周期内的半月板瞬时应力变化趋势是一致的,但撕裂模型中完整步态周期内半月板受到的应力均大于健康模型,半月板撕裂模型与健康模型中半月板所受最大应力值分别为69.8,41.3 MPa;③在步态周期的前60%,半月板撕裂模型中的胫骨软骨最大应力分布远大于健康模型,且随着步态周期的增长,接触范围逐渐向软骨外部边缘蔓延;在步态周期的60%以后,作用在胫骨软骨上的应力较小,最大应力的分布范围也比较小;④两种模型中健康内侧半月板应力分布基本一致,而撕裂的外侧半月板最大应力分布范围较健康内侧半月板广,在裂纹周围出现了较严重应力集中现象,且随着步态周期的进行,应力集中区域逐渐向裂纹靠近半月板前角处偏移;⑤结果表明半月板是人体膝关节中重要的承重部件,从生物力学角度可以较为直观地观察到半月板损伤对人体膝关节的危害。 ORCID: 0000-0002-2155-0058(吴铮) 中国组织工程研究杂志出版内容重点：人工关节;骨植入物;脊柱;骨折;内固定;数字化骨科;组织工程     

膝关节活动单髁假体衬垫形状及安装位置对置换后膝关节应力分布影响的有限元分析EI北大核心CSCD

在单髁置换手术中,市面上可供选择的单髁假体种类较多,常见的衬垫与股骨假体接触面一致性与否,会对置换后的膝关节应力分布产生不同的影响。单髁置换术后胫骨平台内侧断裂以及衬垫脱位是常见的两种失效形式,原因之一是单髁假体在膝关节中的安装位置不匹配,可能导致失效。故本文主要研究衬垫与股骨假体接触面的形状及单髁假体的安装位置对置换后膝关节应力分布的影响。首先,本文建立了正常人体膝关节有限元模型,通过应力和变形两种方式验证了该模型的有效性。其次,建立了两种不同形状衬垫膝关节假体模型(A型和B型),模拟分析在单腿站立情况下,两种衬垫5种内外翻安装位置的膝关节应力分布情况。结果表明,在1 kN轴向载荷下,衬垫峰值接触压力、前交叉韧带峰值等效应力、外侧半月板峰值接触压力,这3种参数A型均比B型小,5种内外翻安装位置下A型在内翻3°时衬垫变形、衬垫峰值接触压力、胫骨峰值等效应力、前交叉韧带峰值等效应力均最小。单髁置换时,建议假体内翻6°以内,选择A型或B型衬垫,需结合患者的其他因素综合分析选择。综上所述,本文研究结果或可降低单髁置换后衬垫脱位、胫骨内侧平台断裂的风险,以期为单髁假体设计提供生物力学参考。     

同种异体半月板移植的研究进展

膝关节半月板具有重要的生物力学功能，它是维持膝关节正常生理功能的重要组成部分，它可以增加关节软骨面之间的接触面积，减小关节面单位面积上的压力，其楔形结构可增加膝关节的稳定性，缓冲纵向压力。半月板切除后必然导致韧带松驰，关节不稳，软骨面磨损加快，加速膝关节退行性改变，为了避免这些并发症的发生，     

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。     

基于ANSYS的人体膝关节半月板撕裂数值模拟

目的研究半月板在撕裂情况下膝关节应力、应变以及有效表面压力分布的情况。方法基于CT和MR扫描图像数据,使用软件Mimics和ANSYS,应用逆向工程原理建立膝关节的三维有限元模型(包括上、下膝盖骨和半月板),模型中处理忽略关节软骨和韧带。分析和对比健康完整膝关节、内侧半月板"V"字形撕裂膝关节和半月板纵向撕裂膝关节3种模型在承受轴向载荷时的力学响应情况。结果在轴向载荷作用下,健康膝关节半月板要传递大部分压应力载荷,且这些载荷主要集中在半月板中部的横向侧,最大的接触压力出现在半月板中间部分的后方。半月板撕裂时,应力最大的部位出现在撕裂部位周边,且由于撕裂部位的存在,半月板的接触应力分布有显著变化。结论半月板撕裂对膝关节各部件的应力分布和峰值有很大影响,医生可根据半月板的撕裂形状,通过确定半月板上应力集中的位置,有效、准确地确定半月板撕裂患者最需要重点修复治疗的地方。     

Bone bridge fixation has superior biomechanics on posterior knees to bone plug fixation after lateral meniscal allograft transplantation – A biomechanical study simulating partial weight-bearing conditions

BackgroundIt remains unknown how biomechanics change in posterior lateral knee using different fixation techniques in lateral meniscal allograft transplantation (MAT) during simulated toe-touch partial weight-bearing. This study aimed to compare the biomechanical effects on posterior knee between bridge and bone plug fixation in lateral MAT.MethodsIntact knee, bone bridge fixation, and bone plug fixation were tested with 500 N of axial load during knee flexion at 0°, 30°, and 60°, which simulated toe-touch partial weight-bearing. Contact area and peak pressure were assessed on posterior knee and the shift of peak pressure position were measured.ResultsOn the posterior lateral compartment, the contact mechanics of bone bridge fixation were similar to those of the intact knee (all P-values > 0.05), but its peak pressure was higher than that of intact knee at 60° (P = 0.002). For bone plug fixation, the contact area of the posterior lateral knee was significantly lower than those of intact knee and bone bridge fixation at 30° and 60° (all P-values < 0.05). The peak pressure of the posterior lateral knee was higher than that of the intact knee at all flexions and higher than that of bone bridge fixation at 30° and 60° (all P-values < 0.05). The peak pressure position of bone plug fixation shifted more laterally and posteriorly compared with intact knee and bone bridge fixation during knee flexion.ConclusionBone bridges could maintain posterior knee biomechanics better than bone plug fixation during knee bending during partial weight-bearing.     

膝关节内侧半月板突出与后根部损伤相关性的MRI分析

背景：半月板根部损伤是半月板突出的重要原因。近年来,国外有许多关于半月板根部损伤和半月板突出关系的研究报道,而国内暂无相关的报道。 目的：探讨膝关节内侧半月板突出与内侧半月板后根部损伤的相关性。 方法：回顾性分析84例具有膝关节内侧半月板突出征象患者的MRI及关节镜表现,将半月板突出长度≥ 3 mm或半月板突出长度/半月板最大径≥10%定义为严重突出,采用卡方检验分析两种测量方法下的内侧半月板突出与后根部损伤之间的相关性。 结果与结论：MRI显示内侧半月板严重突出(半月板突出长度≥3 mm或半月板突出长度/半月板最大径≥10%)与关节镜检查显示半月板后根部损伤具有显著相关性(P < 0.05),比值比及95%可信区间分别为25.04 (3.07-204.44),6.96(1.38-35.19)。结果可见膝关节内侧半月板严重突出与内侧半月板后根部损伤密切相关,是半月板根部损伤的重要特征。     

半月板切除对胫股关节接解压力的影响

取６具尸体膝关节标本以晶体管压力传感器和Ｂｏｕｒｄｏｎ电子管压力仪测定胫骨平台的接触压力，结果表明，半月板完整时，如膝关节处于伸直位，则峰压力可增高至４．２ＭＰａ，大致与载荷成正比。然而，除半月板游离缘的软骨外．覆有半月板的软骨其压力不到２．０ＭＰａ。如将半月板３０％切除或全切除，在２７００Ｎ载荷作用时，峰压力分别高达５．６和７．６ＭＰａ。     

膝关节单髁置换术胫骨假体不同后倾角对假体磨损和功能的影响

目的 建立单髁置换术胫骨假体后倾3°和7°膝关节不同屈膝角度三维有限元模型,研究两种后倾角膝关节生物力学特性和假体磨损及其对功能的影响。方法 结合人体膝关节CT与MRI图像和第3代Oxford假体,建立胫骨假体后倾3°和7°下屈膝单髁置换术有限元模型,在股骨内外侧髁中心点上施加1 kN载荷模拟人体站立相负重,分析不同屈膝角度下单髁假体与关节软骨的最大应力及分布。结果 0°、30°、60°、90°和120°屈膝角度下后倾3°半月板衬垫最大应力分别比后倾7°增加了28.06%、68.99%、19.45%、21.06%、53.38%,应力分布区域从衬垫侧边向中央区域集中,屈膝120°时应力集中明显。胫骨假体后倾3°单髁假体最大应力均大于后倾7°,应力集中区域的扩大会导致假体的磨损和松动,关节软骨接触应力和集中区域随后倾角增大而增大,在高屈曲角度时应力集中更明显。结论 单髁置换术胫骨假体后倾角3°较7°时假体应力和磨损更高,研究结果为临床膝关节单髁置换手术方案设计提供理论依据。     

A posterior anchoring method decreases pullout suture translation of the medial meniscus posterior root repair during knee flexion

BackgroundThe medial meniscus (MM) translates posteriorly and extrudes severely from the medial tibial plateau (MTP) during knee flexion in the MM posterior root tear (PRT) knee. Transtibial pullout repair of the MMPRT has been performed to regulate MM extrusion. This study aimed to evaluate pullout suture translation during knee flexion before and after posterior anchoring during pullout repair. We hypothesized that suture translation after posterior anchoring would be significantly decreased relative to that before posterior anchoring.MethodsThirty-five patients who underwent MM posterior root repair were prospectively investigated. Pullout repair was performed using two cinch sutures (outer and inner sutures) and posterior anchoring through the MM posterior horn and an additional bone tunnel on the MTP. The translation of the outer suture from 0° to 90° of knee flexion was measured and compared before and after posterior anchoring intraoperatively. The MM morphologic features were measured using preoperative magnetic resonance imaging, and the correlation between these values and outer suture translation was evaluated.ResultsThe average outer suture translation after posterior anchoring (1.6 ± 1.5 mm) was significantly decreased relative to that before posterior anchoring (2.5 ± 1.7 mm, P < 0.01). No significant correlations were observed between the MM morphological features and outer suture translation.ConclusionsThe posterior anchoring method with an MM posterior root repair is useful in decreasing posterior translation of the pullout suture during knee flexion, which might have an advantage in preventing suture pullout from the repaired MM, leading to good clinical outcomes.