前交叉韌帶雙束重建后移植物之間壓力的生物力學(xué)及影像學(xué)研究.pdf

1、【背景】：
　　前交叉韌帶（anterior cruciate ligament, ACL）斷裂是膝關(guān)節(jié)最常見(jiàn)的運(yùn)動(dòng)損傷。ACL由前內(nèi)束（anteromedial bundle, AMB）與后外束（posterolateral bundle, PLB）兩大功能束組成。關(guān)節(jié)鏡下ACL單束重建是ACL損傷的經(jīng)典手術(shù)方式，然而到目前為止，文獻(xiàn)報(bào)道的ACL重建失效率仍然在5％～35%之間。ACL重建失效的原因很多，目前認(rèn)為不恰當(dāng)?shù)囊浦参锛?/p>

2、骨隧道設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致術(shù)后移植物與周邊結(jié)構(gòu)的撞擊，而移植物撞擊是導(dǎo)致術(shù)后移植物磨損、甚至再斷裂的主要原因之一。因此，ACL重建術(shù)后移植物撞擊問(wèn)題一直是關(guān)節(jié)鏡外科醫(yī)生關(guān)注的焦點(diǎn)。ACL移植物撞擊包括移植物與髁間窩(intercondylar notch, ICN)、后交叉韌帶（posterior cruciate ligament, PCL）、脛骨髁間棘（tibal intercondylar eminence, TIE）等結(jié)構(gòu)的撞擊，學(xué)者對(duì)這

3、些撞擊的發(fā)生機(jī)制及解決方案研究較多，其研究結(jié)論已廣泛應(yīng)用于臨床。
　　近年來(lái),ACL雙束重建技術(shù)(double bundle ACL reconstruction, DB-ACLR)逐漸在臨床開(kāi)展，研究認(rèn)為該手術(shù)方法能覆蓋更多的ACL足跡，從而恢復(fù)更大比例的ACL功能，因而臨床報(bào)道逐年增多。然而，進(jìn)一步的報(bào)道發(fā)現(xiàn)，雙束重建的最后療效并不都理想，而是參差不齊。有學(xué)者研究了DB-ACLR術(shù)后MRI影像學(xué)隨訪變化，發(fā)現(xiàn)相當(dāng)一部分病例移植

4、物明顯磨損，甚至吸收。有些學(xué)者甚至發(fā)出“Double bundle, double trouble”的感慨。近年來(lái)，越來(lái)越多的文獻(xiàn)開(kāi)始報(bào)道DB-ACLR術(shù)后移植物的撞擊問(wèn)題，可以想象，雙束重建應(yīng)該有雙重的撞擊可能。由于ACL解剖學(xué)變異很大，可以說(shuō)沒(méi)有兩個(gè)相同結(jié)構(gòu)的ACL。所以，如果依照ACL解剖的統(tǒng)計(jì)學(xué)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)一位點(diǎn)、統(tǒng)一角度、統(tǒng)一排列方式的解剖雙束重建，術(shù)后部分病例可能因?yàn)榕c其原來(lái)ACL結(jié)構(gòu)差異較大，而出現(xiàn)雙束移植物之間的磨損、甚至

5、再斷裂。由于目前常用的ACL重建方法均強(qiáng)調(diào)了避免與ICN及PCL等周邊結(jié)構(gòu)的撞擊，因此，對(duì)ACL兩束移植物之間相互作用的研究及其必要。
　　本研究通過(guò)生物力學(xué)及影像學(xué)兩種方法對(duì)照研究生理狀態(tài)及不同重建方式下ACL或ACL移植物兩束之間的壓力大小及其變化規(guī)律，研究結(jié)果可能有助于更合理地設(shè)計(jì)移植物及骨隧道，從而減少或避免出現(xiàn)病理性撞擊，提高關(guān)節(jié)鏡下ACL重建手術(shù)的療效。
　　【目的】：
　　研究膝關(guān)節(jié)ACL在生理狀態(tài)及不同

6、重建方式時(shí)兩束韌帶之間壓力的大小及變化規(guī)律，并采用數(shù)字化三維重建技術(shù)等影像學(xué)方法對(duì)比評(píng)判不同雙束重建方式術(shù)后ACL移植物的結(jié)構(gòu)完整性，從生物力學(xué)及影像學(xué)兩方面來(lái)研究ACL及ACL移植物兩束之間的撞擊壓力，為臨床ACL雙束重建時(shí)合理設(shè)計(jì)骨隧道及移植物提供生物力學(xué)及影像學(xué)理論上的依據(jù)和參考。
　　【方法】：
　　采用15例新鮮冷凍完整膝關(guān)節(jié)標(biāo)本，按標(biāo)本編號(hào)隨機(jī)分為三組，每組5具，分別為：A.未損傷的生理狀態(tài)（native int

7、act ACL, NI-ACL）；B.將ACL橫斷后，按每個(gè)標(biāo)本的AMB與PLB纖維排列（preserved remnants, PR）進(jìn)行個(gè)體化ACL解剖雙束重建（preserved remnants ACL reconstruction, PR-ACLR）；C.完全清除ACL，不考慮ACL殘端，統(tǒng)一按ACL周圍骨性標(biāo)志（bony landmark, BL)進(jìn)行非個(gè)體化 ACL解剖雙束重建（ bony landmark ACL rec

8、onstruction, BL-ACLR）。分別進(jìn)行三組標(biāo)本ACL或ACL移植物兩束之間的壓力測(cè)量：根據(jù)兩束之間接觸面的形狀插入裁減好的壓力傳感器，利用Tekscan壓力傳感測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量膝關(guān)節(jié)在不同屈曲狀態(tài)下（最大伸直角度到最大屈曲角度，每15°角測(cè)量）兩束之間的壓力值大小，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，探尋兩束之間壓應(yīng)力大小及其變化規(guī)律。然后在臨床不同雙束重建方法術(shù)后，利用自主開(kāi)發(fā)的ACL快速半自動(dòng)分割技術(shù)在商業(yè)醫(yī)學(xué)影像軟件中進(jìn)行圖像分割，

9、再以面繪制方式進(jìn)行三維重建，模擬建立膝關(guān)節(jié)及 ACL三維數(shù)字化模型，測(cè)量移植物容積（graftvolume）、信號(hào)強(qiáng)度（signal intensity, SI)等參數(shù)作為移植物MRI評(píng)分依據(jù)，對(duì)比不同雙束重建方法術(shù)后ACL移植物的完整性，以間接反應(yīng)不同重建方法術(shù)后移植物之間的撞擊情況。從生物力學(xué)及影像學(xué)兩方面對(duì)照研究ACL雙束重建術(shù)后兩束移植物之間的壓力。
　　【結(jié)果】：
　　1. NI-ACL組及PR-ACLR組壓力變化

10、規(guī)律相似：在膝關(guān)節(jié)屈曲120°范圍內(nèi)，兩組AMB與PLB間壓力均無(wú)顯著性變化(P＞0.05)，其壓力最大值、最小值、平均值分別為：10.04±0.86N（0.14±0.02MPa）、8.42±0.92N（0.12±0.01MPa）、9.52±0.87N（0.13±0.02MPa）（NI-ACL組），10.33±0.68N（0.14±0.01MPa）、9.11±0.97N（0.13±0.02MPa）、9.75±0.93N（0.14±0.0

11、2MPa）（PR-ACLR組）；膝關(guān)節(jié)屈曲120°以上時(shí)兩束之間壓力快速遞增，與120°范圍內(nèi)的壓力值相比有顯著性差異(P＜0.05)，該角度范圍內(nèi)兩組最大壓力、最小壓力、平均壓力分別為：27.04±2.39N（0.38±0.05MPa）、20.52±1.98N（0.29±0.03MPa）、23.78±2.26N（0.34±0.04MPa）（NI-ACL組），28.13±2.46N（0.40±0.05MPa）、22.35±2.01N（0

12、.31±0.04MPa）、25.24±2.33N（0.35±0.03MPa）（PR-ACLR組）。BL-ACLR組在整個(gè)膝關(guān)節(jié)屈曲范圍內(nèi)壓力值無(wú)明確規(guī)律可循，各壓力值之間存在顯著性差異(P＜0.05)，屈曲120°以內(nèi)其壓力最大值、最小值、平均值分別為:28.13±2.82N（0.39±0.05MPa）、9.36±1.28N（0.13±0.02MPa）、19.05±2.73N（0.27±0.04MPa）；屈膝120°以上時(shí)其壓力最大值、

13、最小值、平均值分別為39.53±3.12N（0.56±0.06MPa）、32.35±2.12N（0.45±0.04MPa）、35.94±2.56N（0.50±0.05MPa）。
　　2.膝關(guān)節(jié)屈曲120°以內(nèi)，NI-ACL組與PR-ACLR組比較，兩束之間壓力最大值、最小值、平均值均無(wú)明顯差異(P＞0.05)，除壓力最小值外，BL-ACLR組兩束之間壓力最大值與平均值均顯著高于 NI-ACL組與 PR-ACLR組(P＜0.05)。

14、膝關(guān)節(jié)屈曲120°以上時(shí)，生理狀態(tài)組與NI-ACL組比較，兩束之間壓力最大值、最小值、平均值均無(wú)明顯差異(P＞0.05)，BL-ACLR組兩束之間壓力最大值、最小值、平均值均顯著高于生理狀態(tài)組與NI-ACL組(P＜0.05)。
　　3.造模包括膝關(guān)節(jié)各骨性結(jié)構(gòu)及前后交叉韌帶，平均造模時(shí)間18分鐘，根據(jù)模型上測(cè)量得到的移植物容積及信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算得到不同重建方式的ACL移植物MRI評(píng)分?jǐn)?shù)據(jù)如下：（1）術(shù)后6月：PR-ACLR組94.46

15、±3.82分，BL-ACLR組92.35±3.17分，兩組評(píng)分無(wú)顯著性差異(P＞0.05)。（2）術(shù)后12月：PR-ACLR組78.65±3.20分，BL-ACLR組76.48±2.75分，兩組評(píng)分無(wú)顯著性差異(P＞0.05)。（3）術(shù)后18月：PR-ACLR組92.15±2.58分，BL-ACLR組83.14±3.52分， PR-ACLR組評(píng)分明顯優(yōu)于BL組(P＜0.05)。（4）術(shù)后24月：PR-ACLR組91.73±2.45分，B

16、L-ACLR組74.79±3.30分，PR-ACLR組評(píng)分明顯優(yōu)于BL-ACLR組(P＜0.05)。（5）術(shù)后30月：PR-ACLR組90.88±3.24分，BL-ACLR組61.28±2.83分，PR-ACLR組評(píng)分明顯優(yōu)于BL-ACLR組(P＜0.05)。
　　【結(jié)論】：
　　1.生理狀態(tài)下膝關(guān)節(jié)屈曲120°以內(nèi)時(shí)，ACL兩束之間壓力值較小且變化不大；但膝關(guān)節(jié)屈曲超過(guò)120°時(shí)，兩束之間壓力迅速增加。在臨床 ACL雙束重

17、建時(shí)，骨道選擇應(yīng)該至少保證重建的韌帶在膝關(guān)節(jié)屈曲120°以內(nèi)時(shí)兩束之間壓力處于較小值，否則可能會(huì)導(dǎo)致術(shù)后兩束移植物之間的撞擊，造成移植物磨損甚至再斷裂。
　　2.相對(duì)于統(tǒng)一按ACL按周圍骨性標(biāo)志（bony landmark, BL)進(jìn)行ACL非個(gè)體化解剖雙束重建，按每個(gè)標(biāo)本AMB與PLB纖維排列（preserved remnants, PR）進(jìn)行的個(gè)體化ACL解剖雙束重建移植物之間的壓力更接近生理狀態(tài)。這與其更能滿足個(gè)體化的解剖差