脛骨平臺后傾角與前交叉韌帶筋傷及筋重建的關聯性研究.pdf

1、膝關節(jié)前交叉韌帶(ACL)在祖國傳統(tǒng)醫(yī)學中被稱之為“筋”，所以前叉韌帶損傷則屬于“筋傷”的范疇，主要的致傷原因為運動損傷。祖國經典醫(yī)學著作中有不少關于膝關節(jié)“筋傷”醫(yī)治辦法，講究的是“動靜結合，內外兼治”。而古典醫(yī)學書籍中記載的治療方法一般主要是保守治療的方法，缺少對于ACL解剖學和手術重建治療的認識。
　　前叉韌帶筋傷是膝關節(jié)常見的運動損傷，在美國普通人群中每3000人就有一人發(fā)生前叉韌帶損傷，而對于運動員人群，一個賽季結束，約

2、有3.0％運動員發(fā)生前叉韌帶損傷，每年有40萬患者接受前叉韌帶重建手術。在國內，運動員人群前叉韌帶斷裂的發(fā)生率為0.47％。導致前叉韌帶損傷的危因素是多方面的，內在因素包括性別、月經周期、髁間窩的過窄、基因遺傳等等，關于脛骨平臺后傾角(PTS)在前叉韌帶損傷中的作用近年來備受關注，但研究結論卻不盡相同，造成此結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性的研究。
　　以往對于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本研究方面，由于研究方法的限制、尸體標本解剖結構的參數較多且變化較多，難以人為控制，不能判斷單一因素在損傷機制中的作用，因此，對于PTS單一因素對前叉韌帶及膝關節(jié)生物力學影響有待于進一步的研究。
　　膝關節(jié)發(fā)生筋傷之后，尤其是常見的前叉韌帶完全斷裂，將造成膝關節(jié)穩(wěn)定性丟失、關節(jié)功能紊亂，容易繼發(fā)關節(jié)軟骨和半月板的退變加

4、速，并進而導致骨性關節(jié)炎的發(fā)生。因此，關節(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頂位重建、解剖單束重建和解剖雙束重建，有關三種重建方法重建后的膝關節(jié)功能的報道結果也是存在不一致。對于不同的PTS患者，不同重建方法所重建的韌帶在承受應力時又表現有什么樣的不同，也需要研究明確，以便指導重建方式的選擇和術后康復指導。
　　目的:
　　1.對廣東地區(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，以及前叉韌帶損傷與PTS的相關性進行初步的探討和分析。
　　2.利用計算機三維有限元分析，探索在不同屈伸狀態(tài)下，不同角度PTS對膝關節(jié)前叉韌帶及膝關節(jié)穩(wěn)定性的生物力學影響。
　　3.探索不同PTS對兩種重建方式（過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節(jié)穩(wěn)定性的生物力學影響，并對比在不同屈伸狀態(tài)下，不同方法重建后前叉韌帶及膝關節(jié)穩(wěn)定性的生物力學特點，為臨床根據不同個體選擇筋重建方法提供理論依據。

6、　　方法:
　　1.廣東地區(qū)青壯年前交叉韌筋傷與脛骨平臺后傾角相關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，因膝關節(jié)疾病或者膝關節(jié)周圍疾病在廣東省第二人民醫(yī)院行膝關節(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。各組按照納入標準和排除標準進行篩選，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、左右側別及體重指數(BMI)，通過MRI圖像測量內側脛骨平臺后傾角(medial posterior tibialslope，MPTS)、外側脛骨平臺后傾角(lateral posterior tibial slope，LPTS)。使用SPSS20.0軟件進行統(tǒng)計分析，對比兩組患者在年齡、側別、BMI、MPTS、LPTS在兩組之間的差異，對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.脛骨平臺后傾角對前叉韌帶及膝關節(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膝關節(jié)CT及MRI掃描，測量脛骨平臺內側后傾角為7°。將掃描數據導入Mimics軟件，獲得骨、軟骨、半月板、韌帶等結構的三維模型，然后利用Geomagic對圖像進行修飾，再導入Solidworks軟件中建立伸直位膝關節(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節(jié)三維模型。在建立三組膝

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

10、韌帶及膝關節(jié)穩(wěn)定性的生物力學對比分析。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（兩者脛骨位點一致，股骨位點不同），共重建出不同后傾角、不同屈膝狀態(tài)下的模型18個，無前叉韌帶模型9個。將不同三維有限元模型導入ANSYS有限元分析軟件中，給予加載負荷進行計算分析:伸直位模型脛骨固定，股骨側給予施加1150N的垂直應力

11、;屈膝30°模型脛骨固定，股骨施加750N垂直應力及10N.m的外旋力矩;屈膝90度模型股骨側固定，脛骨側施加134N的前向應力。在各模型中分析前叉韌帶所承受最大應力及脛骨-股骨之間的相對位移情況。
　　結果
　　1.廣東地區(qū)青壯年前交叉韌筋傷與脛骨平臺后傾角相關性的單中心初步研究
　?、購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等方面無差異，前叉韌帶筋傷組脛骨內側后傾角為10.03±3.18

12、°外側后傾角為11.01±4.14°，非筋傷組脛骨內側后傾角為8.53±3.06°，外側后傾角為8.66±3.65°，前叉韌帶筋傷組脛骨內、外側平臺后傾角均高于非前叉韌帶筋傷組，差異有統(tǒng)計學意義;
　?、谇安骓g帶筋傷組男性內側后傾角為9.88±2.85°，外側平臺后傾角為11.12±4.12°，非前叉韌帶筋傷組男性內側后傾角為8.00±3.11°，外側平臺后傾角為8.39±3.26°，前叉韌帶筋傷組脛骨內、外側平臺后傾角均高于非前

13、叉韌帶筋傷組，差異有統(tǒng)計學意義;
　?、鄯乔安骓g帶筋傷組中，男性外側后傾角為8.39±3.26°，女性外側后傾角為9.04±4.16°，男性外側后傾角略低于女性，但兩者之間差異無統(tǒng)計學意義。男性內側后傾角為8.00±3.11°，女性內側后傾角為9.29±2.85°女性高于男性，兩者之間差異有統(tǒng)計學意義。
　　2.脛骨平臺后傾角對前叉韌帶及膝關節(jié)穩(wěn)定性影響的三維有限元分析
　　通過計算機虛擬技術，建立了膝關節(jié)三維有限元模

14、型。經過有限元分析，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°時前叉韌帶張力為12.195MPa，7°時為12.639MPa，12°時為18.658MPa;脛骨-股骨相對位移:PTS為2°時為2.735mm，7°時為3.086mm，12°時為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°時為24.585MPa，7°時為25.612MPa，12°時為31.481MPa，脛骨-股骨

15、位移為:2°時為5.590mm，7°時為6.721mm，12°時為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°時為5.119MPa，7°時為8.674MPa，12°時為9.314MPa。脛骨-股骨位移為:2°時為0.276mm，7°時為0.577mm，12°時為0.602mm。
　　3.不同脛骨后傾角下，兩種方法重建前叉韌帶及膝關節(jié)穩(wěn)定性的生物力學對比分析
　　18個前叉韌帶重建模型和9個前叉韌帶

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

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

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

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

20、筋傷組女性內側脛骨平臺后傾角大于男性，前叉韌帶筋傷與脛骨平臺內、外側后傾角均有關，內、外側后傾角增大，增加了前叉韌帶運動中承受的剪切力，成為前叉韌帶損傷的危險因素，這一點在廣東地區(qū)男性患者是明確的，對于女性需要進一步研究。
　　在膝關節(jié)三維模型中，PTS增大會明顯增加前叉韌帶承受的應力以及脛骨-股骨之間的相對位移也隨之增加，表明PTS的增加導致膝關節(jié)不穩(wěn)定性的增加，進一步驗證了PTS是前叉韌帶損傷的危險因素。
　　兩種重建方