脛骨平臺(tái)后傾角與前交叉韌帶筋傷及筋重建的關(guān)聯(lián)性研究.pdf

1、膝關(guān)節(jié)前交叉韌帶(ACL)在祖國(guó)傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中被稱(chēng)之為“筋”，所以前叉韌帶損傷則屬于“筋傷”的范疇，主要的致傷原因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)損傷。祖國(guó)經(jīng)典醫(yī)學(xué)著作中有不少關(guān)于膝關(guān)節(jié)“筋傷”醫(yī)治辦法，講究的是“動(dòng)靜結(jié)合，內(nèi)外兼治”。而古典醫(yī)學(xué)書(shū)籍中記載的治療方法一般主要是保守治療的方法，缺少對(duì)于ACL解剖學(xué)和手術(shù)重建治療的認(rèn)識(shí)。
　　前叉韌帶筋傷是膝關(guān)節(jié)常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)損傷，在美國(guó)普通人群中每3000人就有一人發(fā)生前叉韌帶損傷，而對(duì)于運(yùn)動(dòng)員人群，一個(gè)賽季結(jié)束，約

2、有3.0％運(yùn)動(dòng)員發(fā)生前叉韌帶損傷，每年有40萬(wàn)患者接受前叉韌帶重建手術(shù)。在國(guó)內(nèi)，運(yùn)動(dòng)員人群前叉韌帶斷裂的發(fā)生率為0.47％。導(dǎo)致前叉韌帶損傷的危因素是多方面的，內(nèi)在因素包括性別、月經(jīng)周期、髁間窩的過(guò)窄、基因遺傳等等，關(guān)于脛骨平臺(tái)后傾角(PTS)在前叉韌帶損傷中的作用近年來(lái)備受關(guān)注，但研究結(jié)論卻不盡相同，造成此結(jié)果的原因是多方面的，其中地域和人群的差異可能是其中原因之一，而目前，對(duì)廣東地區(qū)人群，尤其是青壯年人群脛骨后傾角的研究較少，缺少脛

3、骨后傾角與前叉韌帶損傷相關(guān)性的研究。
　　以往對(duì)于PTS與前叉韌帶損傷的研究主要集中在臨床資料的觀察和尸體標(biāo)本研究方面，由于研究方法的限制、尸體標(biāo)本解剖結(jié)構(gòu)的參數(shù)較多且變化較多，難以人為控制，不能判斷單一因素在損傷機(jī)制中的作用，因此，對(duì)于PTS單一因素對(duì)前叉韌帶及膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)影響有待于進(jìn)一步的研究。
　　膝關(guān)節(jié)發(fā)生筋傷之后，尤其是常見(jiàn)的前叉韌帶完全斷裂，將造成膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性丟失、關(guān)節(jié)功能紊亂，容易繼發(fā)關(guān)節(jié)軟骨和半月板的退變加

4、速，并進(jìn)而導(dǎo)致骨性關(guān)節(jié)炎的發(fā)生。因此，關(guān)節(jié)鏡下重建交叉韌帶成為治療前叉韌帶斷裂后首選方法。目前主要的重建方式有過(guò)頂位重建、解剖單束重建和解剖雙束重建，有關(guān)三種重建方法重建后的膝關(guān)節(jié)功能的報(bào)道結(jié)果也是存在不一致。對(duì)于不同的PTS患者，不同重建方法所重建的韌帶在承受應(yīng)力時(shí)又表現(xiàn)有什么樣的不同，也需要研究明確，以便指導(dǎo)重建方式的選擇和術(shù)后康復(fù)指導(dǎo)。
　　目的:
　　1.對(duì)廣東地區(qū)青壯年前叉韌帶筋傷患者PTS與非前叉韌帶筋傷人群PT

5、S特點(diǎn)，以及前叉韌帶損傷與PTS的相關(guān)性進(jìn)行初步的探討和分析。
　　2.利用計(jì)算機(jī)三維有限元分析，探索在不同屈伸狀態(tài)下，不同角度PTS對(duì)膝關(guān)節(jié)前叉韌帶及膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的生物力學(xué)影響。
　　3.探索不同PTS對(duì)兩種重建方式（過(guò)頂位重建和解剖單束重建法）所重建前叉韌帶及重建后膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的生物力學(xué)影響，并對(duì)比在不同屈伸狀態(tài)下，不同方法重建后前叉韌帶及膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的生物力學(xué)特點(diǎn)，為臨床根據(jù)不同個(gè)體選擇筋重建方法提供理論依據(jù)。

6、　　方法:
　　1.廣東地區(qū)青壯年前交叉韌筋傷與脛骨平臺(tái)后傾角相關(guān)性的單中心初步研究
　　作為單中心初步研究，本研究回顧分析2012年1月至2015年12月之間，因膝關(guān)節(jié)疾病或者膝關(guān)節(jié)周?chē)膊≡趶V東省第二人民醫(yī)院行膝關(guān)節(jié)MRI檢查并接治療的全部患者的臨床資料，將其分為前叉韌帶筋傷組（前叉韌帶完全斷裂）和非前叉韌帶筋傷組。各組按照納入標(biāo)準(zhǔn)和排除標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行篩選，其中前叉韌帶筋傷組50例，非前叉韌帶筋傷組按照就診順序依次選擇連續(xù)10

7、0例，記錄兩組患者年齡、性別、左右側(cè)別及體重指數(shù)(BMI)，通過(guò)MRI圖像測(cè)量?jī)?nèi)側(cè)脛骨平臺(tái)后傾角(medial posterior tibialslope，MPTS)、外側(cè)脛骨平臺(tái)后傾角(lateral posterior tibial slope，LPTS)。使用SPSS20.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對(duì)比兩組患者在年齡、側(cè)別、BMI、MPTS、LPTS在兩組之間的差異，對(duì)比非前叉韌帶筋傷組男女之間、筋傷組與非筋傷組男性之間MPTS、LPT

8、S之間的差異。
　　2.脛骨平臺(tái)后傾角對(duì)前叉韌帶及膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性影響的三維有限元分析
　　選擇一名健康志愿者行左側(cè)膝關(guān)節(jié)CT及MRI掃描，測(cè)量脛骨平臺(tái)內(nèi)側(cè)后傾角為7°。將掃描數(shù)據(jù)導(dǎo)入Mimics軟件，獲得骨、軟骨、半月板、韌帶等結(jié)構(gòu)的三維模型，然后利用Geomagic對(duì)圖像進(jìn)行修飾，再導(dǎo)入Solidworks軟件中建立伸直位膝關(guān)節(jié)三維模型。利用Solidworks軟件建立2°和12°兩種不同后傾角的膝關(guān)節(jié)三維模型。在建立三組膝

9、關(guān)節(jié)伸直位模型后，每組模型再分別建立屈膝30°和90°的模型。將膝關(guān)節(jié)不同三維有限元模型導(dǎo)入ANSYS有限元分析軟件中，給予加載負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算分析:伸直位模型脛骨固定，股骨側(cè)給予施加1150N的垂直應(yīng)力;屈膝30°模型脛骨固定，股骨施加750N垂直應(yīng)力及10N.m的外旋力矩;屈膝90度模型股骨側(cè)固定，脛骨側(cè)施加134N的前向應(yīng)力。在各模型中分析前叉韌帶所承受應(yīng)力及脛骨-股骨的相對(duì)位移。
　　3.不同脛骨后傾角下，兩種重建方法重建前叉

10、韌帶及膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的生物力學(xué)對(duì)比分析。利用前面研究中所建立的三種不同后傾角模型及不同屈膝角度的模型，去除原有的前叉韌帶，利用Solidworks軟件按照前叉韌帶過(guò)頂位重建和解剖單束重建的方法和要求模擬重建（兩者脛骨位點(diǎn)一致，股骨位點(diǎn)不同），共重建出不同后傾角、不同屈膝狀態(tài)下的模型18個(gè)，無(wú)前叉韌帶模型9個(gè)。將不同三維有限元模型導(dǎo)入ANSYS有限元分析軟件中，給予加載負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算分析:伸直位模型脛骨固定，股骨側(cè)給予施加1150N的垂直應(yīng)力

11、;屈膝30°模型脛骨固定，股骨施加750N垂直應(yīng)力及10N.m的外旋力矩;屈膝90度模型股骨側(cè)固定，脛骨側(cè)施加134N的前向應(yīng)力。在各模型中分析前叉韌帶所承受最大應(yīng)力及脛骨-股骨之間的相對(duì)位移情況。
　　結(jié)果
　　1.廣東地區(qū)青壯年前交叉韌筋傷與脛骨平臺(tái)后傾角相關(guān)性的單中心初步研究
　?、?gòu)V東地區(qū)青壯年中，前叉韌帶筋傷組和非前叉韌帶筋傷組患者在年齡、BMI等方面無(wú)差異，前叉韌帶筋傷組脛骨內(nèi)側(cè)后傾角為10.03±3.18

12、°外側(cè)后傾角為11.01±4.14°，非筋傷組脛骨內(nèi)側(cè)后傾角為8.53±3.06°，外側(cè)后傾角為8.66±3.65°，前叉韌帶筋傷組脛骨內(nèi)、外側(cè)平臺(tái)后傾角均高于非前叉韌帶筋傷組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;
　　②前叉韌帶筋傷組男性內(nèi)側(cè)后傾角為9.88±2.85°，外側(cè)平臺(tái)后傾角為11.12±4.12°，非前叉韌帶筋傷組男性內(nèi)側(cè)后傾角為8.00±3.11°，外側(cè)平臺(tái)后傾角為8.39±3.26°，前叉韌帶筋傷組脛骨內(nèi)、外側(cè)平臺(tái)后傾角均高于非前

13、叉韌帶筋傷組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義;
　?、鄯乔安骓g帶筋傷組中，男性外側(cè)后傾角為8.39±3.26°，女性外側(cè)后傾角為9.04±4.16°，男性外側(cè)后傾角略低于女性，但兩者之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。男性內(nèi)側(cè)后傾角為8.00±3.11°，女性內(nèi)側(cè)后傾角為9.29±2.85°女性高于男性，兩者之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
　　2.脛骨平臺(tái)后傾角對(duì)前叉韌帶及膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性影響的三維有限元分析
　　通過(guò)計(jì)算機(jī)虛擬技術(shù)，建立了膝關(guān)節(jié)三維有限元模

14、型。經(jīng)過(guò)有限元分析，在屈膝0°狀態(tài)下，前叉韌帶承受的張力隨著脛骨后傾角的增加而增加:PTS為2°時(shí)前叉韌帶張力為12.195MPa，7°時(shí)為12.639MPa，12°時(shí)為18.658MPa;脛骨-股骨相對(duì)位移:PTS為2°時(shí)為2.735mm，7°時(shí)為3.086mm，12°時(shí)為3.881mm。在屈膝30°的模型中，前叉韌帶所承受的最大張力如下:2°時(shí)為24.585MPa，7°時(shí)為25.612MPa，12°時(shí)為31.481MPa，脛骨-股骨

15、位移為:2°時(shí)為5.590mm，7°時(shí)為6.721mm，12°時(shí)為6.952mm。在屈膝90°的模型中，前叉韌帶所承受的最大張力如下:2°時(shí)為5.119MPa，7°時(shí)為8.674MPa，12°時(shí)為9.314MPa。脛骨-股骨位移為:2°時(shí)為0.276mm，7°時(shí)為0.577mm，12°時(shí)為0.602mm。
　　3.不同脛骨后傾角下，兩種方法重建前叉韌帶及膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性的生物力學(xué)對(duì)比分析
　　18個(gè)前叉韌帶重建模型和9個(gè)前叉韌帶

16、缺失模型經(jīng)有限元分析分別獲得前叉韌帶所承受應(yīng)力及脛骨-股骨相對(duì)位移:①在膝關(guān)節(jié)伸直狀態(tài)下，過(guò)頂位重建模型中:PTS為2°時(shí)前叉韌帶張力為5.540MPa，7°時(shí)為5.918MPa，12°時(shí)為6.179MPa;脛骨-股骨相對(duì)位移:PTS為2°時(shí)為1.291mm，7°時(shí)為1.700mm，12°時(shí)為1.848mm。解剖重建模型中:PTS為2°時(shí)前叉韌帶張力為5.699MPa，7°時(shí)為5.966MPa，12°時(shí)為8.955MPa;脛骨-股骨相對(duì)

17、位移:PTS為2°時(shí)為1.545mm，7°時(shí)為1.818mm，12°時(shí)為1.876mm，在韌帶缺失時(shí)脛骨-股骨移位為分別為:3.066mm，3.504mm，4.401mm。②膝關(guān)節(jié)屈曲30°狀態(tài)下，過(guò)頂位重建模型中:PTS為2°時(shí)前叉韌帶張力為1.795MPa，7°時(shí)為2.483MPa，12°時(shí)為2.815MPa;脛骨-股骨相對(duì)位移:PTS為2°時(shí)為1.081mm，7°時(shí)為1.312mm，12°時(shí)為1.339mm。解剖重建模型中:PTS

18、為2°時(shí)前叉韌帶張力為2.313MPa，7°時(shí)為3.071MPa，12°時(shí)為3.248MPa;脛骨-股骨相對(duì)位移:PTS為2°時(shí)為1.160mm，7°時(shí)為1.351mm，12°時(shí)為1.383mm，在韌帶缺失時(shí)脛骨-股骨移位為分別為:6.050mm、7.356mm、8.231mm。③膝關(guān)節(jié)屈曲90狀態(tài)下，過(guò)頂位重建模型中:PTS為2時(shí)前叉韌帶張力為3.427MPa，7時(shí)為3.635MPa，12時(shí)為3.694MPa;脛骨-股骨相對(duì)位移:PT

19、S為2時(shí)為0.334mm，7°時(shí)為0.367mm，12°時(shí)為0.377mm。解剖重建模型中:PTS為2°時(shí)前叉韌帶張力為4.409MPa，7°時(shí)為5.940MPa，12°時(shí)為6.402MPa;脛骨-股骨相對(duì)位移:PTS為2°時(shí)為0.386mm，7°時(shí)為0.445mm，12°時(shí)為0.446mm，在韌帶缺失時(shí)脛骨-股骨移位為分別為:0.946mm、1.036mm、1.369mm。
　　結(jié)論:對(duì)廣東地區(qū)青壯年的的初步分析發(fā)現(xiàn)，非前叉韌帶

20、筋傷組女性內(nèi)側(cè)脛骨平臺(tái)后傾角大于男性，前叉韌帶筋傷與脛骨平臺(tái)內(nèi)、外側(cè)后傾角均有關(guān)，內(nèi)、外側(cè)后傾角增大，增加了前叉韌帶運(yùn)動(dòng)中承受的剪切力，成為前叉韌帶損傷的危險(xiǎn)因素，這一點(diǎn)在廣東地區(qū)男性患者是明確的，對(duì)于女性需要進(jìn)一步研究。
　　在膝關(guān)節(jié)三維模型中，PTS增大會(huì)明顯增加前叉韌帶承受的應(yīng)力以及脛骨-股骨之間的相對(duì)位移也隨之增加，表明PTS的增加導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定性的增加，進(jìn)一步驗(yàn)證了PTS是前叉韌帶損傷的危險(xiǎn)因素。
　　兩種重建方