背景:前交叉韧带损伤容易导致继发性的半月板损伤和骨性关节炎,目前关于前交叉韧带损伤所致的半月板及关节软骨损伤力学研究较少.目的:利用有限元分析方法研究前交叉韧带部分断裂对膝关节内外侧半月板及关节软骨应力的影响.方法:选择一名健康志愿者的膝关节CT和MRI影像资料,将扫描数据导入 Mimics、Geomagic及Solidworks软件,经配准融合后建立4种膝关节三维模型,分别为前交叉韧带完整、前交叉韧带后外侧束断裂、前交叉韧带前内侧束断裂及前交叉韧带缺失模型,最后导入Ansys软件,对膝关节施加4种模式荷载:在股骨顶端施加纵向荷载750 N;在股骨顶端施加纵向荷载750 N及胫骨后方134 N向前推力;在股骨顶端施加纵向荷载750 N及10 Nm内翻力矩,模拟膝内翻;在股骨近端面施加纵向荷载750 N及4 Nm内旋力矩,模拟膝内旋,进行膝关节半月板与软骨生物力学有限元分析.结果与结论:①在膝关节伸直状态下,在股骨顶端施加纵向荷载750 N时,前交叉韧带前内侧束断裂和缺失使半月板总体应力及其峰值明显增大,但其应力分布无明显变化,关节软骨应力无明显变化;在股骨顶端施加纵向荷载750 N及胫骨后方134 N向前推力时,前交叉韧带前内束断裂使胫骨前移增大,半月板后角受挤压应力增大,关节软骨应力无明显变化;模拟膝内翻时,前交叉韧带不同程度损伤较完整时的外侧半月板后角应力减小,内侧半月板应力增大,关节软骨应力稍减小;模拟膝内旋时,前交叉韧带前内束断裂及缺失使股骨软骨和胫骨软骨的等效应力峰值由内侧软骨转向外侧软骨,半月板应力峰值明显增大,此时对膝关节旋转稳定性起主导作用的是前交叉韧带前内侧束;②结果显示,在膝关节处于伸直站立位、内翻及内旋时,前交叉韧带前内侧束断裂患者继发半月板损伤的风险远大于后外侧束断裂患者,而对关节软骨的影响无明显差异.

目的 研究不同硬度楔形鞋垫在步行状态下对膝关节内翻力矩的影响.方法 15名健康成年男性受试者穿着不同硬度楔形鞋垫进行步态测试,通过光学运动捕捉系统和地面测力板收集运动学和动力学数据,经Visual 3D软件计算得出膝关节内翻力矩,分析在3种不同步行状况下(仅穿鞋、鞋中放入软、硬楔形鞋垫)膝关节内翻力矩峰值的差异.结果 与较软的楔形鞋垫相比,较硬的楔形鞋垫可使膝关节内翻力矩的第1个峰值降低9.3％,第2个峰值降低9.7％,差异具有统计学意义.结论 楔形鞋垫增加一定的硬度能更多降低膝关节内侧间室的压力,减轻关节面的磨损,从而可能缓解膝关节炎症状.

目的 评定负重行军对下肢步态产生的影响.方法 采用随机交互设计,15名健康男性受试者进行4次步行,作训着装0、7.5、27、50kg,分别采用Vicon运动捕捉系统和AMTI测力台检测髋部、膝部和踝部运动学参数的变化.结果 随着负重增加,周期性步频相对增加,步幅减小,基本上维持在恒定速度;左右髋关节屈角峰值、外旋角度峰值以及左右膝关节内收峰值受到影响较为明显,但关节运动幅度能够维持.左踝关节内翻角度峰值以及右踝关节外翻角度峰值同样受到影响;下肢左右膝、踝关节的力和力矩增加.结论 在既定负荷范围内,负重增加,整体上下肢关节变化较为稳定,但下肢负荷增加,可潜在增加下肢损伤的风险.

背景:膝关节置换后患者的步态越来越受到临床医生和研究者关注.目的:定量评价膝关节置换后患者的步行功能和膝关节生物力学变化,评定手术疗效,探索最佳的治疗策略和置换后康复方案.方法:采用英国Vicon三维运动捕捉系统对膝关节炎双膝关节置换后患者12例(试验组)和12例相匹配的健康志愿者(对照组)进行步态测试,以Polygon软件分析受试者步行能力和膝关节三维运动学及动力学特征.结果与结论:①时空参数(步频、双足支撑期、对侧足跟着地比、对侧足尖离地比、单足支撑期、步长、一步时间、步宽、步幅、步行周期、步速):2组相比差异均无显著性意义(P>0.05);②角度:试验组膝关节屈曲角度峰值、内翻角度峰值、冠状面上最大活动范围均减小,与对照组相比差异有显著性意义(P<0.05);③角速度和角加速度:试验组膝关节角速度峰值、角速度平均值、角加速度峰值、角加速度平均值均减小,与对照组相比差异有显著性意义(P<0.05);④力矩:试验组膝关节伸展力矩峰值减小,与对照组相比差异有显著性意义(P<0.05).⑤地面反力:试验组Y轴和Z轴方向地面反作用力峰值减小,与对照组相比差异有显著性意义(P<0.05);⑥结果表明,试验组患者和正常人在平地步行中时空参数没有明显差别,提示人工膝关节置换是改善下肢步行功能极为重要的治疗方法.但是结果也显示置换后患者假体关节存在一些运动和运动力学的异常,膝关节的生物力学没有完全达到正常水平,这些变化是人工膝关节置换后的运动生物力学特征,可能是影响患者长期疗效的重要因素.

目的 探讨双侧膝关节骨关节炎患者单侧膝关节置换术后膝关节生物力学情况.方法 应用Vicon运动捕捉系统采集30例双侧膝关节骨关节炎单侧膝关节置换术后行走数据,比较手术侧与非手术侧膝关节生物力学差异.结果 手术侧与非手术侧膝关节生物力学存在明显差异.手术侧矢状面膝关节最大屈曲度、最大伸展度及最大活动范围较未手术侧增大(P＜0.05);手术侧冠状面膝关节最大内翻度较未手术侧减小(P＜0.05),手术侧冠状面膝关节最大外翻度较未手术侧增大(P＜0.05);手术侧膝关节角速度和角加速度较未手术侧增快(P＜0.05);手术侧膝关节屈曲力矩峰值较未手术侧增大(P＜0.05),手术侧膝关节伸展力矩峰值较未手术侧减小(P＜0.05);手术侧膝关节前后方向和垂直方向受力较未手术侧增大(P＜0.05),手术侧膝关节左右方向受力较未手术侧减小(P＜0.05).结论 采用Vicon运动捕捉系统对单侧膝关节置换术患者进行双侧膝关节生物力学评价可以准确地判断手术疗效和预测非手术侧手术时机.

背景:膝外翻作为一种主要的儿童下肢畸形,在生长发育的早期就可能出现异常表现.但目前研究主要集中于手术治疗方面,对生长发育阶段膝外翻儿童的步态研究较为缺失.目的:通过对膝外翻儿童步态特征的系统分析,为儿童膝外翻的早期评估及早期治疗提供科学依据.方法:选择膝外翻受试者及健康志愿者各50例,根据膝外翻的发生规律将受试者分为3-6岁及7-12岁年龄段,采用三维步态分析系统采集每位受试者的关节运动学、动力学及时空参数.将膝外翻儿童的步态参数与健康儿童进行比较分析,总结其步态特征.结果 与结论:①时空参数方面,膝外翻儿童步长、步速减小,步宽增加;7-12岁年龄段膝外翻儿童单下肢支撑时间延长;②运动学参数方面,膝外翻儿童在支撑相足外翻及膝外翻角度增加,胫骨向内扭转角度增加,髋关节最大伸展角度减小,足廓清角度减小;7-12岁年龄段膝外翻儿童还表现出踝关节最大跖屈角度及屈伸运动范围减小;③动力学方面,膝外翻儿童足蹬离地面时垂直方向地反力减小;3-6岁年龄段膝外翻儿童踝、膝关节最大功率下降,膝关节内翻力矩减小;7-12岁年龄段儿童承重反应期垂直方向地反力减低,髋关节功率下降;④结果表明,膝外翻儿童步行效率及平衡稳定性下降,步行时下肢推进能力减低,踝关节及膝关节均存在力线排列异常问题;低年龄段膝外翻儿童的髋关节代偿性异常运动及下肢肌群的功能下降表现更明显;发育为成熟步态模式后的膝外翻儿童,髋关节异常代偿减少,但踝、膝关节的异常力线排列始终存在.

膝骨关节炎是老年人常见的慢性退行性疾病,其发生与发展与生物力学因素密切相关.膝关节受力受到关节形态、下肢力线、肌肉的主动收缩、外部负荷、软组织牵拉等不同因素的影响.由于体内测量限制,基于运动分析技术的生物力学参数被广泛应用于临床研究.目前应用较多的生物力学参数包括膝关节内收力矩、膝关节内收冲量、膝关节屈曲力矩、内翻延伸等.充分研究膝骨关节炎发生发展过程中膝关节生物力学参数的变化,对疾病的病因探究、诊断、干预及治疗均有重要意义.

[目的]利用三维步态分析探讨胫骨近端截骨Ilizarov外固定技术治疗内侧间室膝骨关节炎患者手术前后时空、运动学及动力学变化.[方法]对2016年9月～2018年12月本科采用胫骨近端低位微创截骨Ilizarov外固定技术治疗的11例内侧间室膝骨关节炎患者(21膝)进行步态分析研究,记录比较术前、术后拆除外固定架时及术后6个月3个时间点步态周期时空参数、运动学及运动力学参数.[结果]11例患者步幅和步速在术前、拆除外固定器时及术后6个月比较差异无统计学意义(P＞0.05).步态运动学检测方面,随时间推移,21膝的屈膝角度、伸膝角度均显著增加(P＜0.05);内翻角度、外翻角度均显著减少(P＜0.05).踝关节活动范围显著增加(P＜0.05),踝关节外翻角度显著增加(P＜0.05).运动力学测试方面,随时间推移,膝关节内收力矩、内收角冲量均显著减少(P＜0.05);拆除外固定器时踝关节外翻力矩较术前增加(P＜0.05),术后6个月随访时与拆除外固定器时踝关节外翻力矩比较差异无统计学意义(P＞0.05);拆除外固定器时足底中心压力轨迹较术前明显向外侧偏移(P＜0.05),术后6个月时与拆除外固定器时比较差异无统计学意义(P＜0.05).[结论]胫骨近端微创截骨Ilizarov外固定技术治疗内侧间室膝骨关节炎符合生物力学要求,步态分析测试可对该技术的临床疗效进行准确评估.

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.

目的 观察内外合用接骨续筋汤对胫骨平台骨折术后膝关节功能及生活质量的影响.方法 按随机分组法将80例胫骨平台骨折患者分为观察组和对照组,每组40例,两组均行手术治疗,术后对照组予以常规治疗,观察组在对照组基础上予以口服接骨续筋汤配合中药熏洗膝关节.治疗3个月后,随访比较两组患者Lysholm评分、胫骨平台内翻角(tibial plateau-tibial shaft angle,TP-TSA)和胫骨平台后倾角(posterior slope angle,PSA)、膝关节被动活动度评定(passive range of motion,PROM)、股四头肌等长峰力矩和日常生活能力(activities of daily living,ADL)评分.结果 治疗后,两组患者的Lysholm评分、TP-TSA、PSA、膝关节PROM、股四头肌等长峰力矩和ADL值均较治疗前上调(P<0.05);且观察组患者的Lysholm评分、TP-TSA、PSA、膝关节PROM、股四头肌等长峰力矩和ADL值均高于对照组(P<0.05).结论 内外合用接骨续筋汤配合手术治疗胫骨平台骨折疗效确切,可有效改善患者膝关节功能,加速膝关节功能康复,对于防治术后膝关节粘连和提高生活质量有明显的积极作用.