膝关节后交叉韧带的解剖及生物力学特性的研究进展

膝关节后交叉韧带是保持膝关节稳定的重要结构之一,它近于膝关节的中心,具有膝关节屈伸和旋转运动轴的功能,但与前交叉韧带相比,由于其位置较深,损伤发生率相对较低,主观症状较少,故以往对后交叉韧带的重要作用研究不够。随着20世纪90年代以来对后交叉韧带认识的不断深入,尤其对后交叉韧带的解剖及生物力学特性的不断研究,对其损伤后的重建发挥了重要的临床指导作用,基于此目的,本文对近年来后交叉韧带解剖及生物力学特性的相关研究进展进行综述。     

猕猴膝关节损伤的生物力学研究

本文对５只猕猴膝关节进行了扭转和拉伸实验，了载荷变形关系曲线，经过转换得出载荷与损伤关系曲一，这些结果为下肢系统方案设计提供了定量数据；在临床上节损伤的处治民帮助。     

人体膝关节韧带生物力学研究进展

韧带是稳定膝关节的主要组成部分。如何在生物力学模型中模拟韧带将会影响膝关节动力学特性以及韧带力．韧带应变和接触力分布的计算。本文就韧带在生物力学模型中的简化方法及其力学参数的选择以作一综述．并提出建模的具体方法。     

腘腓韧带的解剖生物力学特点及其临床意义

目的：研究腘腓韧带的解剖学特点,及其在膝关节运动中的生物力学稳定机制.方法：在15具成人尸体30例膝关节标本上,于膝关节后外侧区域,解剖观察腘腓韧带的位置、组成和形态学特点.以自制夹具固定标本,观察并记录选择性切断腘腓韧带前后的不同工况下,膝内翻加载移位和胫骨上端的后外侧旋转加载移位的变化.结果：①腘腓韧带位于膝关节后外侧区域,邻近上胫腓关节,是连接腓骨头后上方与腘肌腱的韧带样结构.根据腘腓韧带在腘肌腱上附着点的区别,分为前、后两束.②离断腘腓韧带后,应力加载下,膝内翻移位不明显,胫骨上端后外侧旋转移位明显增大.结论：①腘腓韧带是膝后外侧重要的稳定结构;②腘腓韧带具有明显对抗膝后外侧旋转不稳定的作用;③腘腓韧带损伤严重导致膝关节后外侧旋转不稳的,应手术重建腘腓韧带以维持膝关节的稳定性.     

膝关节韧带的生物力学研究进展

膝关节韧带的生物力学是近年来研究的热点之一,力学刺激对调控韧带功能、韧带组织愈合和重建有着重要的作用,作者从膝关节韧带的结构、力学与生化特点、愈合与重建、施加应力与制动对韧带的影响、应力对韧带细胞分化的影响和前交叉韧带与内侧副韧带的对比研究等方面综述了近年来的一些研究进展。     

从生物力学角度认识股骨解剖结构对膝关节置换的影响

文题释义：膝关节骨关节炎：是一种以退行性病理改变为基础的疾患,多患于中老年人群,其症状多表现为膝盖红肿痛、上下楼梯痛、坐起立行时膝部酸痛不适等。 股骨：是人体中最大的长管状骨,可分为一体两端,用于支撑人体的躯干及骨盆等。 背景：关节置换已成为重度膝关节骨关节治疗的主要方法之一,而股骨形态在关节置换中的作用日益受到重视,通过有限元分析股骨形态对关节置换后生物力学的影响。 目的：简述股骨解剖学特性及膝关节置换研究进展,通过有限元分析法对不同股骨形态对膝关节置换后生物力学影响的进展。 方法：通过输入“股骨形态,股骨解剖形态,股骨侧弓角,膝关节骨关节炎,膝关节置换术,全膝关节置换术,单髁关节置换术,生物力学,有限元分析,total knee arthroplasty,unicompartmental knee arthroplasty,finite element analysis”等关键词,利用计算机检索万方、维普、CNKI、PubMed、Elsevier和Web of Science数据库,通过阅读标题和摘要进行初步筛选,排除与主题相关度低的文献,最终共纳入102篇文献进行结果分析。结果与结论：①股骨形态在不同人种、不同性别中存在较大差异;②不同股骨形态行膝关节置换时对股骨髓内定位杆插入点、股骨外翻截骨角度、胫骨截骨角度等均产生影响;③有限元分析相比于早期生物力学分析方法及体外实验的操作性更强,并且以已成为骨科生物力学研究的首选方法,通过有限元分析方法对股骨形态对膝关节置换的影响具有独特优势,被越来越多的人重视。 ORCID: 0000-0002-4625-7640(李超) 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     

膝关节后交叉韧带损伤对侧副韧带生物力学的影响

背景：目前对膝关节后交叉韧带损伤后的研究多集中于软骨、后外侧结构及关节的松弛度等方面。 目的：观察后交叉韧带断裂对膝关节内、外侧副韧带生物力学的影响。 方法：取12具正常成人新鲜尸体膝关节标本,在200 N载荷下,测试膝关节屈曲0°,30°,60°,90°位时,内、外侧副韧带中点的应变,后将12具标本的后交叉韧带全部切断再进行相同的测试。 结果与结论：膝屈曲0°和30°位时,后交叉韧带断裂前后内、外侧副韧带中点的应变均为压应变,且差异无显著性意义 (P > 0.05);膝屈曲30°~90°位时,内侧副韧带中点的应变随着角度增加而逐渐增大;膝屈曲60°和90°位时,后交叉韧带断裂后拉应变较断裂前明显增大(P < 0.05),其中内侧副韧带中点的应变均为拉应变,而外侧副韧带中点的应变在后交叉韧带完整情况下膝屈曲60°时为压应变。说明后交叉韧带完全断裂对30°内的膝关节运动无明显影响,但是随着屈曲角度的增加,内、外侧副韧带受到的影响逐渐增大。     

腰椎全韧带叠加损伤对腰椎生物力学特性的影响

背景：韧带是稳定腰椎的重要结构,随着年龄的增长韧带容易发生退行性变化,目前关于腰椎韧带的研究较少。目的：探究在一定的韧带损伤顺序下,前屈、后伸、侧弯、扭转4种运动状态时,不同韧带叠加损伤的组合对腰椎生物力学特性的影响。方法：建立L₄-L₅节段腰椎有限元模型,施加相应的力矩模拟前屈、后伸、侧弯、扭转4种运动状态,按顺序进行韧带的组合损伤,得到腰椎的活动度及各个韧带的应力。结果与结论：(1)每去除一根韧带,剩余韧带应力会增加,4种工况下都是关节囊韧带所受应力最大,尤其是前屈时;随着韧带的去除,腰椎活动度也在不断增加;(2)前屈时,去除第一根韧带关节囊韧带后,剩余韧带应力变化平均值最大,其次是去除棘上韧带后;去除关节囊韧带后,腰椎活动度变化率最大,去除后纵韧带后,腰椎活动度变化率最小;(3)后伸时,所有韧带都是在去除关节囊韧带后应力变化率最大,去除关节囊韧带后,腰椎活动度变化率最大,去除后纵韧带后,腰椎活动度变化率最小;(4)侧弯时,棘间韧带的应力变化率在去除横突韧带后减小,棘上韧带此时增加较多,去除关节囊韧带和去除横突韧带后,活动度变化率有较大的...     

外侧半月板后根部损伤不同缝合位置对膝关节生物力学的影响

目的对损伤的外侧半月板后根部进行不同位置的修复固定,比较不同缝合方式时膝胫股关节的生物力学结果,探讨外侧半月板后根部损伤最佳缝合术式。方法使用8例人体尸体膝关节,胫腓骨固定装置维持膝关节在0°位,在1 k N压缩载荷下,采用Tek-scan压力感测片收集膝关节外侧半月板后根部完整、外侧半月板后根部断裂、将外侧半月板后根部分别缝合至中心点、中心点偏后5 mm、中心点偏前5 mm、中心点偏外5 mm位置下的平均接触压力、峰值压力以及接触面积。结果在外侧间室,与完整状态相比半月板后根部损伤断裂后会导致平均接触压力和峰值压力明显增加(P0. 01),接触面积减少(P0. 05)。4种缝合固定方法均可减少平均压力和峰值接触压力,接触面积较根部断裂时均有增加。在半月板后根部中心点偏外5 mm缝合时,生物力学结果更接近完整膝关节(P0. 05)。比较缝合位点在根部中心点和中心点偏后5 mm时,平均接触压力影响差别微小,峰值接触压力、接触面积均无统计学差异(P0. 05)。在内侧间室,生物力学指标各组间均无统计学差异(P0. 05)。结论外侧半月板后根部发生撕裂后会导致膝关节外侧间室的平均接触压力、峰值压力以及接触面积相比正常膝关节发生显著改变;半月板缝合位置在原根部中心点偏外5 mm时,其生物力学功能更接近完整膝关节。     

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     

Relationship between ultrastructure and biomechanical properties of the knee meniscus

The purpose of this study was to determine the biomechanical properties of the knee meniscus and to relate them to its ultrastructure. The knee joint menisci are semicircular, fibrocartilaginous structures interposed between the femoral and tibial condyles. For a long time, they were considered to be embryologic vestiges. This study describes the response of the knee joint meniscus to circumferential, radial and axial compressive forces. The results show an anisotropic response of the knee joint meniscus to unconfined compression. The Young’s modulus increased approximately twofold between vertical and circumferential or radial directions with a 10 mm/min-compression rate. This response is probably a direct consequence of the orientation of collagen fibres.     

Effect of femoral component position on biomechanical outcomes of unicompartmental knee arthroplasty

Background

The positions of unicompartmental femoral components do not always follow the neutral center of the medial distal femoral condyle. The biomechanical effect of the center of the distal femoral condyle has not yet been evaluated, and the optimal femoral position in unicompartmental knee arthroplasty (UKA) is yet to be biomechanically justified. The purpose of this study was to evaluate, using finite element analysis, the effect of the center of the distal femoral component on the biomechanical outcomes of UKA with respect to the contact stresses in the polyethylene (PE) insert and articular cartilage.

腕关节韧带解剖学及生物力学特性研究进展

腕关节韧带是一个高度分化的复杂连接体系,不但具有限制过度活动、稳定腕关节的作用,而且还有传导应力,协调腕骨运动的功能。近年来,腕关节不稳定已逐渐被临床医生所认识,对腕关节韧带解剖和功能的研究也受到重视。以往的研究对腕关节韧带的起止、走行及命名有许多不一致的地方。现将近年来对腕关节韧带解剖及生物力学特性研究进展综述如下。１腕关节掌侧韧带１．１桡腕韧带和尺腕韧带 （１）桡舟韧带（ｒａｄｉｏｓｃａｐｈｏｉｄｌｉｇａｍｅｎｔ）,过去一些作者称其为桡侧副韧带［１］,但它不是位于腕关节的测方,而是偏向掌侧,…     

Effect of bone density and cement morphology on biomechanical stability of tibial unicompartmental knee arthroplasty

BackgroundUnicompartmental knee arthroplasty (UKA) offers good long-term survivorship and superior kinematics and function compared with total knee arthroplasty (TKA). However, revision rates are higher with aseptic loosening representing a major cause. Biomechanical stability depends on cement penetration. The goal of this study was to analyze the influence of cement morphology and bone density on primary stability of tibial UKA under physiological loading conditions in human tibiae.MethodsThirty-six tibial trays were implanted in fresh-frozen human cadaver knees and tested for primary stability using dynamic compression–shear testing. Prior to implantation, bone density had been quantified for all 18 tibiae. Postoperatively, cement penetration has been assessed on frontal cuts based on eight predefined parameters. The influence of bone density and cement morphology on biomechanical stability was determined using correlation and linear regression analysis.ResultsMean failure load was 2691 ± 832.9 N, mean total cement thickness was 2.04 ± 0.37 mm, mean cement penetration was 1.54 ± 0.33 mm and mean trabecular bone mineral density (BMD) was 107.1 ± 29.3 mg/ml. There was no significant correlation between failure load and cement morphology (P > .05). Failure load was significantly positive correlated with trabecular BMD (r = 0.843; P < .0001) and cortical BMD (r = 0.432; P = .0136).ConclusionsSimulating physiological loading conditions, the failure load of tibial UKA is linearly dependent on the trabecular BMD. The observed parameters of cementation morphology seem capable of preventing failure at the bone–cement interface before inherent bone stability is reached. Further research is required to assess the usefulness of a preoperative assessment of bone quality for patient selection in UKA.     

肘关节稳定性的应用解剖和生物力学研究

目的 :为临床认识和治疗急、慢性肘关节不稳定提供基础。方法 :解剖观察肘关节副韧带的形态结构特点 ,测量依序切断桡侧软组织 (包括桡侧副韧带 )时肘关节后外侧旋转度的变化、依序切断肘关节尺侧副韧带时其外翻旋转角度的变化。结果 :①尺侧副韧带前束可分为前部纤维和后部纤维 ;桡侧副韧带部分止于环状韧带 ,部分止于尺骨冠突的外下方。②屈曲 60°以前 ,尺侧副韧带前束的外侧部紧张而内侧部较松弛 ,肘关节屈曲超过 60°后 ,前束内外侧处于同等程度的紧张状态 ;后束在肘关节屈曲超过 90°后才被拉紧。③肘关节桡侧副韧带复合体对维持关节外侧的稳定作用约占 5 0 % ,伸肌及伸肌腱膜起协同作用。结论 :肘关节副韧带是维持肘关节稳定的重要结构 ,在肘关节的运动过程中 ,副韧带的不同组成部分发挥着不同的作用 ,其中桡侧尺副韧带和尺侧副韧带前束是肘关节主要的稳定结构     

具备内外旋自由度的双侧减压辅具对膝关节生物力学的影响

目的针对传统膝关节辅具对人体下肢运动自由度限制的问题,为辅具提供一种顺应膝关节内外旋自由度的设计方案。方法通过在辅具中增加双自由度铰链的设计释放内外旋自由度,设置佩戴具备和不具备双自由度铰链的双侧减压辅具实验组、未佩戴辅具对照组进行步态及力学实验测试。结果步态过程中,相比不具备双自由度铰链的辅具,具备双自由度铰链的辅具对膝关节内外旋运动的限制较小,且辅具可以为人体膝关节提供一定牵引力。结论顺应内外旋自由度的设计方案可以有效减少双侧减压辅具对膝关节运动的限制。     

距下关节韧带的解剖学和生物力学特性研究进展

距下关节是保持足部稳定的枢轴，承受并传导人体体重，转换下肢的旋转应力，协同和辅助踝关节运动，支配跗中关节和前足活动，因此它是后足的力学中心。功能上主要发挥稳定作用，活动度小，属微动关节。距下关节的关节囊菲薄，主要依靠韧带的力量来维持关节稳定，韧带损伤常导致距下关节不稳定，影响足部的功能。因此研究距下关节韧带的解剖和生物力学特性，具有重要临床意义。现将近年来距下关节相关韧带的研究进展综述如下。     

Effect of layer heterogeneity on the biomechanical properties of ascending thoracic aortic aneurysms

This study addressed layer-specific differences in the biomechanical response of ascending aortic aneusysms, obtained from patients during graft replacement. Tensile tests were conducted on pairs of (orthogonally directed) intimal, medial, and adventitial strips from the anterior, posterior, and two lateral quadrants. The experimental data were reduced by the Fung-type model, affording appropriate characterization of the material properties. Testing of individual layers beyond rupture disclosed their failure properties, namely their capacity to bear varying deformation and stress levels. Material parameters $ c_{\theta \theta } $ and $ c_{zz} $ , specifying circumferential and longitudinal stiffness, received the highest values in the adventitia or intima and the smallest in the media, with $ c_{\theta \theta } $ ?>? $ c_{zz} $ in every layer but the intima. Similar extensibility at failure was found among layers, whereas the adventitia was the strongest of all. Circumferentially and longitudinally directed strips from each layer did not show uniform material parameters and failure properties among regions, but most differences did not reach significance. Medial and adventitial but not intimal layers were stronger circumferentially than longitudinally. This is the first study to place emphasis on the biomechanical properties of the distinct layers of human aneurysmal aorta that may be expected to shed light into the mechanisms promoting aneurysm dissection and rupture.