人工膝关节的生物摩擦学特点

目的:探讨膝关节屈曲活动时的动态特征,为人工膝关节生物摩擦学的研究提供相对运动和应力分布等生物力学数据。方法:由第一作者采用电子检索的方式,在中国期刊全文数据库(CNKI:1994/2009)中检索有关人工膝关节运动及摩擦的文献,检索词为"膝关节假体,生物力学,磨损颗粒,仿生滑液"。排除较陈旧的文章及重复性研究,共检索到符合标准的文献22篇。结果:建立包括人体主要骨与软组织的全膝关节置换前后的膝关节的动态有限模型,通过有限元分析,获得与屈曲膝关节的三维相对运动参数,胫骨关节和髋股关节的接触位置和应力等动态力学参数。结论:人工膝关节磨损性能受到较多因素的影响,多数学者在研究这些因素时以单因素研究为主,对多因素研究较少而且研究主要集中于对实验结果的描述,很少有对关节运动及磨损机制进行深入研究的报道。对人工膝关节运动及摩擦性能的研究需要把运动学和力学与磨损状态结合起来,共同期待今后进行磨损状况的预测。     

全膝关节置换胫骨平台截骨后倾角对关节接触力的影响

目的 通过膝关节有限元模型模拟胫骨平台不同截骨后倾角(posterior tibial slope,PTS),计算全膝关节置换(total knee arthroplasty,TKA)后聚乙烯衬垫、胫骨截骨面以及胫骨干处的应力分布,探索胫骨平台不同截骨后倾角对胫股关节接触力的影响.方法 根据1例膝骨关节炎患者的下肢CT及MRI图像,建立术前膝关节三维模型,而后进行模拟全膝关节置换,分别建立胫骨平台0°、3°、6°、9°截骨后倾的膝关节有限元模型.在Abaqus中进行仿真计算,选择静止站立进行加载,施加轴向载荷300 N.结果 随着胫骨平台截骨后倾角的增加,聚乙烯衬垫内外侧接触合力百分比没有明显变化,但各部位的应力峰值随之增加.聚乙烯衬垫内侧接触应力峰值从0°时的4.51 MPa增加到9°时的6.13 MPa;外侧接触应力峰值从3.57 MPa增加到6.02 MPa.胫骨截骨面处的接触应力峰值从0°时的0.84 MPa增加到9°时的1.09 MPa.胫骨干处的应力峰值从0°时的1.97 MPa增加至9°时的3.23 MPa.结论 胫骨平台截骨后倾角的增加会加大聚乙烯衬垫、胫骨截骨面、胫骨干处的应力峰值.应力峰值过大会增加假体磨损及松动的风险,使得术后关节疼痛或假体翻修的可能性加大.胫骨平台截骨后倾角直接影响到术后的膝关节功能,有待于开展大量的相关研究,综合探索截骨规律.     

利用2D-3D自动注册技术研究TKA术后胫股关节运动

目的重建全膝置换(total knee arthroplasty,TKA)膝关节三维运动,研究后稳定型假体之间的运动和接触。方法以16例TKA膝关节为研究对象,获取动态X线透视图像和假体三维模型,建立2D-3D自动注册算法,重建膝关节的三维运动,计算运动学参数并测量假体之间的接触位置。结果单幅X线图像注册时间小于30 s,图像平面内重复性注册精度为0.4 mm和0.5°。高屈曲垫片对膝关节屈曲度和胫骨内外旋无明显改进。股骨假体在胫骨垫片的外侧接触点后移范围大于内侧。稳定柱后方的接触发生在屈膝约30°以后,平均接触范围小于9 mm。结论 2D-3D自动注册技术在精度和效率上达到TKA膝关节在体三维运动测量要求,测量结果对TKA膝关节生物力学研究和改进假体设计具有参考意义。     

单髁置换胫骨假体后倾角对关节接触应力影响

目的 建立活动平台膝关节单髁置换(mobile-bearing unicompartmental knee arthroplasty, MB-UKA)术前、术后膝关节有限元模型,研究MB-UKA胫骨假体后倾角对关节接触应力影响。方法 基于健康受试者计算机断层(computed tomography, CT)及磁共振(magnetic resonance, MR)影像,构建健康膝关节有限元模型,并验证MB-UKA术前、术后模型的有效性。模拟MB-UKA胫骨假体后倾7°手术,将三维运动捕捉系统及力平台相关参数作为有限元模型输入条件,分别计算外侧间室胫骨平台软骨和聚乙烯衬垫的最大接触应力。结果 与现有文献结果进行对比验证表明,健康膝关节和MB-UKA术后膝关节有限元模型计算结果较为合理。MB-UKA术后胫股关节接触应力变化较大,聚乙烯衬垫接触应力远大于对侧间室胫骨平台软骨接触应力。结论 本文所建MB-UKA术前、术后有限元模型较为合理。研究结果为MB-UKA的评估提供了一个可参考的方法。     

人体膝关节股胫关节运动特性分析

目的　分析人体正常膝关节和人工膝关节高屈曲活动下股胫关节的运动,为膝关节运动特性研究、假体设计提供参考。 方法　选取健康志愿者,利用CT和MRI扫描数据建立正常全膝关节三维有限元模型以及TKA术后有限元模型,采取三束股四头肌肌力非同步变力加载,模拟人体下蹲运动,以分析股胫关节的相对运动特性,并检索相关研究结果以便对比分析。 结果　获得正常膝关节以及TKA术后人体下蹲过程中股骨相对胫骨的三维相对运动数据,结果表明,TKA术前、后股胫关节相对运动的总体趋势相近,同时在前后位移、远近位移、内外位移、内收外展和内外旋等最大值方面存在差异;同时通过对比分析TKA前后股胫关节相对运动以及相关文献数据,发现结果存在不同程度差异。 结论　究其原因,正常膝关节相对运动差异主要在于股胫关节各个运动方向上和不同屈曲度时约束程度的改变;人工膝关节相对运动差异主要来源于膝关节型面和结构的改变;同时与坐标系的定义、在体和离体的差异、负荷加载的差异相关。本研究针对人体正常膝关节和TKA术后膝关节股胫关节运动进行有限元仿真分析,对膝关节运动特性研究具有一定的参考价值。     

新型运动模式铰链膝关节假体磨损有限元分析

目的 对新型球轴运动模式铰链膝关节假体进行有限元分析,研究假体磨损仿真的方法及运动方式对假体磨损的影响。方法 基于球轴假体接触力学有限元模型,根据Archard磨损理论,建立磨损有限元模型,以各种运动数据为加载条件,模拟生理活动下膝关节的力学环境,研究球轴假体磨损情况。结果 对于胫骨衬垫,上下楼时平均和最大接触应力均高于步行,上楼时累积磨损体积大于下楼和步行,且磨损均主要发生在衬垫下表面。对于球轴衬套,仅步行时存在短时间接触和磨损,累积磨损体积为0.19 mm³。结论 铰链膝关节假体的球轴运动模式可改善置换后膝关节力学环境,降低衬套磨损,延长假体生存期。有限元仿真可有效预测铰链假体的磨损,为其设计及改进提供理论支持。     

活动平台单髁膝关节置换胫骨后倾的有限元分析

背景：目前单髁膝关节置换中胫骨假体后倾角度的选择存在较多争议,相关的生物力学研究较少。 目的：通过有限元分析结果寻求活动平台单髁膝关节置换中合理胫骨后倾的角度。 方法：运用三维重建技术及有限元前处理技术建立正常膝关节有限元模型,并进行验证,在此基础上建立不同胫骨假体后倾角度的单髁膝关节置换有限元模型,统一边界条件和载荷,行有限元分析。 结果与结论：成功建立了不同胫骨后倾角度的单髁膝关节置换有限元模型,分析结果发现增大胫骨假体后倾可使胫骨后内侧皮质及松质骨应力逐渐增加,且增大了外侧间室载荷和软骨接触应力,而胫骨前倾使胫骨前内侧皮质应力明显增加。推荐活动平台单髁膝关节置换中选择0°-7°胫骨假体后倾。 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     

骑行时不同屈曲角度膝关节软骨受力分析

在对骑行人车系统动力学研究的基础上,分析在骑行周期内膝关节软骨的受力状态,以期获得关节软骨受力的规律,增加对骑行时膝关节生物力学特性的理解。基于有限元分析法,建立包括股骨、胫骨、腓骨、髌骨、关节软骨、半月板及韧带组织的人体全膝关节有限元模型。将骨组织刚体化,并对其施加屈曲位移边界条件,包括胫骨相对股骨的内旋、内收、前移和外移以及髌骨相对股骨的屈曲、内旋、内倾以及外移。通过显式动力学分析计算,获得膝关节屈曲60°、80°和100°相位,同时得到骑行状态上述屈曲位处膝关节软骨的应力分布。结果 通过有限元分析,获得骑行姿态下膝关节相关相位的力学分布规律。结果表明,相同载荷下,最大von-Mises应力出现在屈曲100°位置,股骨软骨应力增幅达71.25%,髌骨软骨增大29.36%;随着骑行屈曲角度的增加,胫股关节高应力区逐渐向膝关节后部转移,髌股关节软骨受力逐渐上移。骑行时高应力发生在膝关节屈曲角度较大位置,胫骨平台软骨后侧、髌骨软骨上侧承受更大应力。     

活动与固定衬垫全膝关节置换后膝关节的活动CSCD

背景:目前,在全膝关节置换时无论是使用活动衬垫还是固定衬垫,全膝关节置换后中长期的功能转归和再手术率都相同,但是近期患膝关节功能改善情况各专家意见并不一致。目的:分析活动衬垫型与固定衬垫型假体全膝关节置换后膝关节相关活动的角度变化,以探讨置换后关节活动的改善情况。方法:选择2005年1月至2012年12月确诊为膝关节骨关节炎且患膝既往无手术史的患者90例,应用固定衬垫型假体或活动衬垫型假体进行全膝关节置换治疗。测量患者置换前膝关节活动度,置换后股骨角、胫骨角、膝外翻角、胫骨平台后倾角、髌骨高度。结果与结论:置换后随访4-36个月,末次随访时活动衬垫组的最大屈曲度大于固定衬垫组,差异有显著性意义(P<0.05)。末次随访时两组的股骨角、胫骨角、膝外翻角、胫骨平台后倾角比较,差异无显著性意义(P>0.05)。置换前后髌骨高度比较,差异无显著性意义(P>0.05)。说明活动衬垫型和固定衬垫型假体全膝关节置换后近期患膝关节功能明显改善,且活动衬垫型效果更令人满意。     

单髁置换与全膝置换:假体接触表面的应力分析

背景:单髁置换相比全膝置换具有微创优势,但相对于全膝置换金标准,单髁置换生存率仍存争议。目的:参数化建立人工单髁置换与全膝置换三维有限元模型,对比分析两者假体接触表面的应力变化。方法:选择1例单侧行人工单髁置换、对侧行人工全膝置换的志愿者,置换前采用3D CT扫描膝关节,通过三维软件建立膝关节模型,然后通过参数化软件设计与膝关节模型相匹配的关节假体,建立膝关节单髁置换与全膝置换三维模型,最后通过有限元分析软件模拟膝关节在站立和水平行走情况下,膝关节屈曲度分别为0°,10°,30°,60°时内髁的最大等效应力,并进行比较分析。结果与结论:在模拟站立位时,单髁置换假体与全膝置换假体0°,10°时最大等效应力差异无显著性意义(P0.05),模拟30°,60°时单髁置换假体最大等效应力分别高于全膝置换假体15.01%,6.08%,差异有显著性意义(P0.05)。模拟水平行走时,模拟0°,10°,30°,60°时单髁置换假体最大等效应力分别高于全膝置换假体5.45%,6.65%,6.67%,9.01%,差异有显著性意义(P0.05)。提示单髁置换假体与全膝置换假体水平位元件对聚乙烯垫片磨损无实际意义,但在水平运动时,单髁置换假体聚乙烯垫片磨损可能高于全膝置换假体,可为临床进一步提供指导意义。     

Assessment of the antero-posterior and rotational stability of the anterior cruciate ligament analogue in a guided motion bi-cruciate stabilized total knee arthroplasty

Abnormal knee kinematics and sagittal instability after most knee replacements are due in part to deficient anterior cruciate ligament (ACL) and posterior cruciate ligament (PCL) function. The guided motion bi-cruciate stabilized knee replacement aspires to stabilize the knee posteriorly and anteriorly by means of a cam-post mechanism. This investigation studies the ACL-stabilizing function of that mechanism in early flexion, and 25 knees that had undergone replacement with this implant were studied. Antero-posterior laxity at 15° flexion was adequately restored for 76% (16/21) of the knees (side-to-side difference <3?mm on KT assessment), and 72% (18/25) knees exhibited a positive pivot shift test. The findings of this study suggest excellent early clinical outcomes for this implant, but the goal of replicating ACL function has only been partially achieved.     

Reference axes for comparing the motion of knee replacements with the anatomic knee

In the literature, different methods have been used to describe the motion of the anatomic knee and total knee replacements (TKR). The major goal of this study was to identify the most suitable methods for comparing TKR motion with that of the anatomic knee, whether for the purpose of developing new TKR designs, or evaluating existing ones. A further goal was to specify a testing methodology which would apply the methodology and represent a wide range of activities.Six knee specimens were tested in a Desktop Knee Machine, where different sequences of compressive, shear, and torque loads were applied at a full range of flexion angles. Data from a typical total knee was obtained by analysis. The motion results were displayed using different reference axes, specifically the circular axis, the epicondylar axis, the line joining the contact points, and the line joining the lowest lateral and medial femoral condylar points. It was concluded that the circular axis was the most generally applicable choice of a key femoral axis, for comparing the rigid body motion of a total knee with anatomic data, but that the actual contact points had important significance in full extension and in high flexion.     

膝屈伸肌群等速肌力训练改善膝骨性关节炎患者步态的效果分析

目的探讨膝屈伸肌群等速肌力训练改善膝骨性关节炎(KOA)患者步态的效果。方法采用前瞻性研究方法,为保证研究的安全性和科学性,选择2013年2月~2015年10月在我院诊治的KOA患者98例,根据入院顺序分为观察组与对照组各49例,两组都给予玻璃酸钠关节腔内注射和关节松动治疗,对照组给予积极康复训练,观察组给予膝屈伸肌群等速肌力训练,治疗观察时间都为4周。结果观察组与对照组的疗效优良率分别为93.9%和75.5%,观察组明显高于对照组(0.05)。治疗后观察组与对照组的Lysholm膝关节功能评分分别为(86.33±11.31)分和(75.84±10.71)分,都明显高于治疗前的(56.24±12.55)分和(56.24±11.12)分,组内与组间对比差异都有统计学意义(0.05)。观察组治疗后的屈肌PT与AOPT值分别为(21.87±3.67)N·m和(99.23±11.48)°,而对照组分别为(18.34±4.11)N·m和(89.02±10.45)°,都明显高于治疗前(0.05),且组间对比差异有统计学意义(0.05)。两组在治疗期间都无严重并发症,但观察组的恶心、呕吐、腹痛、腹胀等并发症发生率明显少于对照组(0.05)。结论膝屈伸肌群等速肌力训练在KOA患者中的应用能显著缓解疼痛、增强膝关节功能,具有很好的安全性,从而促进步态改善,具有重要的推广价值。     

术前膝内外翻畸形程度对全膝关节置换术后疗效的影响研究

目的 探讨术前膝内外翻畸形程度对全膝关节置换术（TKA）后疗效的影响。方法 回顾性分析2016年3月至2020年6月因膝关节骨关节炎于武汉大学人民医院行初次全膝关节置换术的患者174例（178膝）。依据术前患肢髋膝踝角度分为A组（膝内翻≤10°）、B组（10°＜膝内翻≤20°）、C组（膝外翻≤10°）、D组（10°＜膝外翻≤20°）。其中,男27例,女147例;年龄65 ～ 88岁,平均（72.8±6.2）岁。记录术前及术后1周术侧HKA角,术前1周及术后末次随访时的HSS、ROM、AKS评分、VAS评分、AOFAS评分。对以上指标进行组间比较及相关性分析。结果 174例患者均获得随访,随访15 ～ 66个月,平均（42.0±16.0）个月。各组术后1周时HKA角均较术前明显改善（P＜0.05）;末次随访时各组患者的HSS评分、ROM评分、AKS功能和活动评分、AOFAS评分均较术前明显提高（P＜0.05）;VAS评分均较术前明显下降（P＜0.05）。不同程度内/外翻的术前各项指标、术后HKA及优良率、AOFAS评分比较,内/外翻程度越严重,结果越差（P＜0.05）;术后HSS评分、ROM、AKS功能及活动评分、VAS评分比较,差异均无统计学意义（P＞0.05）。膝内翻患者的术前HKA角与术前HSS评分、ROM、AKS活动及功能评分、VAS评分、AOFAS评分、术后AOFAS评分正相关（P＜0.05）,与术后HSS评分、ROM、AKS活动及功能评分、VAS评分无相关（P＞0.05）。膝外翻患者的术前HKA角与术前HSS评分、ROM、AKS活动及功能评分、AOFAS评分、术后AOFAS评分负相关（P＜0.05）,与术后HSS评分、ROM、AKS活动及功能评分、VAS评分、术前VAS评分无相关（P＞0.05）。结论 从中期随访来看,患者术前膝内、外翻畸形的严重程度对术后HKA对线优良率、术后踝关节功能、术前膝关节功能有显著影响,而对术后膝关节功能无显著影响。     

全膝关节置换术后疗效评分系统的研究进展

全膝关节置换术是当前治疗各种严重膝关节疾病最有效的方法,能有效缓解膝关节疼痛,改善膝关节功能,提高患者满意度。临床医生常通过以医生为主的评分量表和病人报告的评分量表来评价膝关节置换术的疗效。本文旨在综合临床上运用最多及最新的评分量表,对膝关节置换术后的疗效评分系统进展进行综述。     

指骨骨密度和膝骨关节炎相关性的影像学评价

背景：骨关节炎和骨质疏松症是与人体衰老相关的两大退行性疾病,国内外针对其相关性的研究较多,但至今仍未得出统一结论。 目的：通过横断面研究探讨影像学膝骨关节炎和指骨骨密度的相关性。 方法：纳入2 855名研究对象,同时测量骨密度和双膝正位片,对潜在的混杂因素进行校正,应用多变量的Logistic回归分析模型来评估影像学膝骨关节炎和指骨骨密度的相关性。 结果与结论：校正因素包括性别、年龄、体质量指数、吸烟、饮酒、总能量摄入量、平均钙摄入量、营养素补充剂和钙补充剂摄入量等,发现影像学膝骨关节炎和指骨骨密度呈正相关。在女性亚组中,这一相关性仍然成立,男性亚组则不具有相关性。证实在女性人群中膝骨关节炎和指骨骨密度的正相关性,提示骨密度可能为膝骨关节炎的保护因素。     

股四头肌作等长收缩时的粘弹性分析

本文用一个粘弹性流变学模型来模拟股四头肌作等长收缩时的松驰过程。在求解非线性松弛函数时，采用了蒙特卡洛，最速下降，牛顿，马柯尔特和共轭梯度法等最优化方法。其结果表明所设的粘弹性模型很好地模拟了股四头肌作等长收缩的松驰过程。两位测试者的Ｅ１和μ比较接近，而对于Ｅ２，运动员约是普通人的２倍。说明运动训练对Ｅ２有显著的影响。在本文优化计算过程中，蒙特卡洛方法是一种有效的方法，其它几种方法由于指数项的存在和因初始参数的不恰当而常常发散。     

Capnocytophaga canimorsus — An underestimated cause of periprosthetic joint infection?

Background

Periprosthetic joint infection (PJI) is a major clinical problem in orthopedic surgery. Capnocytophaga canimorsus (C. canimorsus) is an unusual and hardly detectable bacterium. A review of the literature indicates that C. canimorsus affects mainly immunocompromised patients. It has not been reported to cause periprosthetic joint infections in immunocompetent patients so far. This case report aims to raise awareness of C. canimorsus in orthopedic surgery with special regard to joint arthroplasty.

Methodology and reporting of randomised controlled trials

A systematic review of the literature will fail to provide information needed for evidence-based medicine (EBM) if the design, execution and reporting of individual trials do not adhere to strict guidelines. Experience gained while conducting systematic literature reviews have revealed serious shortcomings in current literature. These limitations pertain to randomisation, blinding, outcome assessments and data reporting. The principles related to these issues are discussed with solutions and improvements provided.