高屈曲状态下膝关节生物力学研究

发布时间：2018-04-13 01:18

  本文选题：膝关节体内运动学 + 生物力学　； 参考：《中国人民解放军医学院》2013年博士论文

【摘要】：目的：探讨正常膝关节在完全负重条件下由完全伸直到最大屈曲运动过程中，膝关节相对运动、关节软骨接触轨迹和主要韧带结构的生物力学特性。 方法：健康成年志愿者8人（8个膝关节；年龄：23~49岁；6男2女；体重指数（Body Mass Index, BMI)：19.9~29.3kg/m2），无任何膝关节受伤史或慢性疼痛史。每位受试者均签署知情同意书。本研究通过麻省总医院伦理委员会审查批准。受试膝关节接受MRI扫描，根据MRI建立膝关节髌骨、胫骨及股骨的三维模型，模型包括髌股关节软骨、胫股关节软骨以及前、后交叉韧带（ACL, PCL）、内侧副韧带浅层（sMCL）和深层（dMCL）及外侧副韧带（LCL）的附着点。根据功能解剖，将ACL分为前内侧束（AMB）和后外侧束（PLB），PCL分成前外侧束（ALB）和后内侧束（PMB）。将sMCL、dMCL和LCL按纤维走行，分别平均分成三部分，包括：前束（AB）、中间束（MB）和后束（PB）。模型建立完成后，所有受试者在双荧光成像系统的正交双“C”型臂之间进行准静态单足下蹲动作（每屈曲15°停顿一次），嘱每位受试者均尽可能使膝关节达到最大屈曲。将膝关节3D模型与双荧光成像系统图像整合，重建体内膝关节屈伸运动。随着膝关节由完全伸直到最大屈曲的过程，记录并计算膝关节在每个观测点6个自由度的相对运动参数、关节软骨的接触点坐标（取胫骨平台上所投影关节软骨接触面的几何中心作为软骨接触点）及主要韧带结构不同束支的长度变化（应用MATLAB软件脚本计算出膝关节主要韧带结构各束支的长度变化）。定义膝关节完全伸直时的各束支长度为初始长度。将膝关节由完全伸直到最大屈曲的运动过程按屈曲度分为以下三个范围：①低屈曲度（fullextension~30°）；②中屈曲度（30°~120°）；③高屈曲度（120°~maximal flexion）。使用Repeated measure ANOVA方法分析在不同屈曲角度及屈曲范围内，胫股关节的相对运动参数、软骨接触点坐标及主要韧带结构的长度变化的差异是否有统计学意义。 结果：膝关节由完全伸直到最大屈曲过程中，股骨持续后移。膝关节屈曲FE~30°时，股骨轻度外移、胫骨内旋、内翻；在屈曲30°~120°时，股骨轻度内移、胫骨内翻而内、外旋转变化较小；在120°~MaxF时，股骨迅速内移、胫骨迅速内旋并在最大屈曲度时轻度外翻。膝关节屈曲小于120°时，膝关节内、外侧间室的软骨接触轨迹类似，但是超过屈曲120°后，内侧软骨接触点后移小于外侧。在膝关节屈曲30°~120°时，ACL的长度缩短量较大，在高屈曲度时较小；在膝关节屈曲90°左右，，PCL的伸长量最大。随着屈曲角度增大，内、外侧副韧带的前束（AB）均不同程度的延长，除了内侧副韧带浅层（sMCL）的AB在最大屈曲度时缩短；内、外侧副韧带的中间束（MB）在整个膝关节屈伸运动过程中长度变化最小，除了sMCL的MB随着屈曲角度增大而逐渐缩短；所有的后束（PB）随着屈曲角度增大而逐渐缩短。 结论：在整个屈伸过程中，尤其在高屈曲度，膝关节的相对运动、关节软骨接触轨迹及主要韧带结构的长度变化无法用单一的规律来描述。本研究的结果对高屈曲型假体、交叉韧带保留型假体的设计和改进及膝关节伤后康复计划有重要的指导意义。
[Abstract]:Objective: To explore the relative motion of the knee joint, the contact path of articular cartilage and the biomechanical properties of the main ligament structure in the normal knee joint from full extension to the maximum flexion motion under full load condition.
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本文编号：1742282