前交叉韧带损伤膝关节侧副韧带变化的静态加载在体稳定性研究

[目的]对前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)损伤膝关节侧副韧带长度变化进行静态加载在体稳定性研究.[方法]8名志愿者单侧膝关节ACL断裂而对侧正常,由加载架上对膝关节在屈曲0°、30°、60°和90°时分别进行134 N前加载.采集各角度的相互垂直的2D图像,与CT(3D)图像在虚拟X线投射系统进行2D/3D图像配准,还原膝关节不同角度时的股骨和胫骨相对3D位置关系,并通过韧带止点还原的方法对MCL、LCL进行韧带长度分析并两侧对比.[结果]在134 N前加载下ACL断裂后各个角度MCL长度大于ACL正常膝关节,而LCL长度小于ACL正常膝关节,差异有显著性(P<0.05).各角度间MCL和LCL长度无统计学差异.[结论]通过2D/3D图像配准技术可以实现对ACL损伤膝关节内外侧副韧带长度变化规律进行在体稳定性研究.ACL损伤对MCL和LCL有着不同的在体稳定性影响.     

膝关节在体稳定性评价系统的建立

目的 利用2D/3D图像配准技术建立膝关节在体稳定性评价系统.方法 采集健康成年志愿者膝关节的CT影像,并采集志愿者保持某一姿势时互成直角的正侧位X线平片,先进膝关节CT图像的三维重建,并在软件中建立虚拟X线摄像再现2张互成直角的X线平片,采用2D/3D图像配准还原摄X线平片时膝关节的位置,计算2种位置之间的相对位移及角度的变化.结果 利用2D/3D图像配准方法对膝关节的三维模型和二维影像之间进行了配准,计算出2种位置之间的相对位移及角度变化,与CT扫描时的位置相比,聂X线平片时左股骨下段后伸19.21°,外翻1.73°.结论 利用2D/3D图像配准技术可实现膝关节的在体稳定性评价,但其配准效率及精度尚需进一步研究.     

前交叉韧带损伤对膝关节侧副韧带影响的运动还原在体稳定性研究

目的 对前交叉韧带(ACL)损伤膝关节侧副韧带长度变化进行运动还原在体稳定性研究.方法 2008年1月至6月收治8例单侧膝关节ACL断裂而对侧膝关节止常的患者,男6例,女2例;平均年龄25.3岁;在生理负重膝关节屈曲0°、15°、30°、60°和90°时采集相互垂直的二维(2D)图像,与三维CT(3D)图像在虚拟X线投射系统进行2D/3D图像配准,还原膝关节不同角度时股骨和胫骨的相对三维位置关系,并通过韧带止点还原的方法对内侧副韧带(MCL)、外侧副韧带(LCL)进行韧带长度分析,对比两侧膝关节侧副韧带的长度差异.结果 ACL损伤后在0°、15°和30°患膝MCL长度分别为(40.16±1.63)、(39.11±1.77)、(37.86±1.84)mm,健膝分别为(38.17±1.40)、(37.63±1.37)、(36.60±1.86)mm,健、患膝比较差异均有统计学意义(P<0.05);ACL损伤后在0°、15°和30°患膝LCL长度分别为(50.23±1.18)、(50.30±1.68)、(49.26±1.67)mm,健膝分别为(52.56±1.64)、(52.30±1.48)、(51.83±1.77)mm,健、患膝比较差异均有统计学意义(P<0.05).ACL损伤后60°和90°健、患膝MCL、LCL长度差异均无统计学意义(P>0.05).结论 通过2D/3D图像配准技术可以实现膝火节的运动还原并获得ACL损伤后生理屈曲过程中MCL和LCL的长度变化规律.在0°、15°和30°,ACL损伤后患膝MCL长度较健膝增加,而LCL长度较健膝缩短.     

运动员膝关节在体运动检测系统的建立

目的 探讨利用2D/3D图像配准技术建立运动员膝关节在体运动检测系统的可行性.方法 采集1名健康成年志愿者(男性,37岁)左侧膝关节的CT影像,进行三维重建获得骨结构的三维模型.取志愿者保持约30°屈曲的2张X线片,在3Ds Max7软件系统中构建虚拟X线系统,采用2D/3D图像配准技术重现膝关节的位置,将CT数据中胫骨作为配准基点并利用逆向工程技术计算摄X线片时膝关节的相对运动. 结果 经2D/3D图像配准可还原膝关节的三维空间位置.逆向工程技术计算结果显示:与采集CT数据时的位置相比,摄X线片时左侧股骨下段相对位移X轴为0.01mm,Y轴为5.20 mm,Z轴为2.05 mm;相对角度X轴为26.67°,Y轴为-0.97°,Z轴为-15.14°. 结论 利用2D/3D图像配准技术可实现膝关节的在体运动评价,但其配准效率尚需进一步研究.     

ACL损伤膝关节6个自由度变化的运动还原在体稳定性研究

目的对前交叉韧带(ACL)损伤膝关节进行6个自由度变化的运动还原在体稳定性研究。方法对8例患者的健、患膝关节在生理负重屈曲状态下采集0°、15°、30°、60°和90°时的相互垂直的2D图像,将二维动态的X线影像转化为三维模型的仿真运动,模拟人体膝关节在生理负重情况下骨性结构的变化,准确模拟膝关节的生理运动,并通过健膝和ACL损伤膝关节的对比,研究ACL损伤后膝关节6个自由度的参数变化。结果 ACL损伤膝关节在0～30°范围胫骨有轻度的内旋,和其他角度的差异有统计学意义;在0～90°间胫骨均有轻度的内移,各角度间的差异均无统计学意义;在0°和15°时,胫骨前移分别为(3.61±1.56)mm及(2.12±0.89)mm,而在30～90°范围内无明显胫骨前移增加,与0°及15°的差异均有统计学意义。结论在体稳定性研究可以实行对膝关节的生理运动6个自由度运动参数测量,ACL损伤后膝关节的生理负重运动有显著的6个自由度运动变化。     

单隧道双束和单束ACL重建的生物力学比较研究

目的比较单隧道双束和单隧道单束ACL重建膝关节稳定性的差异。方法选用6侧人体膝关节标本,保留完整的关节囊及周围韧带,行单隧道双束和单束ACL重建,在MTS-858生物材料试验系统上测试膝关节在胫前加载(134N)和旋转加载(5N·m内旋胫骨)下屈曲0°、15°、30°、60°、90°位时的运动学反应。每个膝关节在4个不同条件下进行测试:ACL完整、ACL损伤、单隧道双束重建ACL以及单隧道单束重建ACL,其中单隧道双束及单束ACL均采用双股腘绳肌腱。结果 (1)胫前加载:双束组在屈曲30°、60°和90°位,单束组在屈曲90°位时关节前后稳定性获得良好恢复(P0.05);在屈曲60°位时双束组的胫前位移明显低于单束组,差异有统计学意义(P0.05)。(2)旋转加载:与ACL完整组相比较,双束组的胫骨内旋角度在屈曲0°、60°位时无明显变化(P0.05),屈曲90°位时明显减少(P0.05);单束组在屈曲0°时无明显变化(P0.05)。屈曲60°和90°位时双束组的胫骨内旋角度明显小于单束组,差异有统计学意义(P0.05)。结论与单隧道单束ACL重建相比,单隧道双束ACL重建能够更好地恢复膝关节前后稳定性及旋转稳定性。     

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。     

克氏针和空心钉张力带内固定治疗横断型髌骨骨折生物力学研究

目的比较空心拉力钉张力带系统和克氏针张力带系统内固定治疗横断型髌骨骨折的生物力学特性。方法对6具新鲜尸体12个下肢标本,开放截骨造成横断型髌骨骨折模型,随机采用空心拉力钉张力带和克氏针张力带固定,在膝关节伸直位加载使髌骨关节面移位达3 mm或最大加载负荷达300 N、周期性牵拉股四头肌腱使膝关节在伸直和屈曲90°之间运动10个周期记录骨折的最大位移以及膝关节固定在屈曲位45°使骨折移位达6 mm的最大载荷进行生物力学测定。结果空心拉力钉张力带组在膝关节伸直位、周期性牵拉股四头肌使膝关节在伸直和屈曲90°之间运动以及屈曲45°时都较克氏针张力带组具有更好的生物力学稳定性。结论空心拉力钉张力带系统较克氏针张力带系统能够提供更稳定的固定效果,为横断型髌骨骨折的一期愈合及患者早期进行功能锻炼以更好地恢复关节功能提供可能。     

前交叉韧带重建术后膝关节三维步态及功能随访研究

目的 探讨膝前交叉韧带(anterior cruciate ligamentACL)断裂后行自体腘绳肌腱解剖单束重建治疗术后病人膝关节三维步态变化的特点。方法 2018年8月～2020年6月收治的单侧膝关节ACL断裂病人25例(损伤组),术中均经关节镜证实为ACL断裂并行自体腘绳肌腱解剖重建术。对照组25例，为健康对照组，利用三维运动捕捉系统记录正常膝关节的三维步态数据并与损伤组进行对比。对损伤组病人手术前后跟踪随访并进行Lysholm膝关节功能评分。结果 对照组屈伸角度-2°～66°,内外翻转角度-5°～9°,内外旋转角度-4°～8°;ACL损伤后屈伸角度-5°～52°,内外翻转角度-3°～24°,内外旋转角度-13°～14°;ACL自体腘绳肌腱重建术后3个月时屈伸角度-2°～47°,内外翻转角度-5°～9°,内外旋转角度-6°～10°;ACL重建术后6个月时屈伸角度-2°～59°,内外翻转角度-4°～8°,内外旋转角度-5°～8°;ACL重建术后9个月时屈伸角度-2°～64°,内外翻转角度-2°～9°,内外旋转角度-2°～8°;ACL重建术后12个月时屈伸角度-2°～65°,内外翻...     

半月板不同切除术对膝关节胫骨旋转角度的影响

目的 探讨半月板不同部位及不同程度切除后对膝关节胫骨旋转角度的影响.方法 取6具新鲜尸体共12个膝关节标本,分为对照组(完整膝关节标本)和实验组,实验组又分为半月板部分切除组(内侧半月板前角切除组、内侧半月板后角切除组、外侧半月板前角切除组)和半月板全切除组(内侧半月板全切除组、外侧半月板全切除组),每组测量4个标本,标本重复使用.应用Staubli机器人模拟生理状态下膝关节站立至下蹲屈膝过程,采用日本Nenicon角度测量仪测量各组标本在膝关节屈曲0～90°过程中胫骨旋转角度的变化. 结果 对照组(完整膝关节标本)在膝关节屈曲0、10°、20°、30°、60°、90°时胫骨旋转角度平均分别为4.9°±0.8°、9.2°±0.8°、11.4°±0.8°、12.1°±0.5°、12.4°±0.5°.在膝关节屈曲0～ 90°过程中,半月板部分切除组与对照组、半月板部分切除组之间胫骨旋转角度比较差异均无统计学意义(P＞0.05)；半月板全切除组与半月板部分切除组及半月板全切除组之间胫骨旋转角度比较差异均有统计学意义(P＜0.05).半月板全切除组与对照组在膝关节屈曲0～30°时胫骨旋转角度比较差异有统计学意义(P＜0.05),而在膝关节屈曲30°～90°时比较差异无统计学意义(P＞0.05). 结论 半月板部分切除对伴随屈曲运动的胫骨旋转运动形式无明显影响.在膝关节屈曲0～30°过程中,半月板全切除对胫骨旋转角度有明显影响.