全膝關(guān)節(jié)置換后關(guān)節(jié)線變化對髕股關(guān)節(jié)生物力學(xué)的影響

1、全膝關(guān)節(jié)置換后關(guān)節(jié)線變化對髕股關(guān)節(jié)生物力學(xué)的影響 中國組織工程研究 第20卷 第13期 20160325出版 Chinese Journal of Tissue Engineering Research March 25, 2016 Vol.20, No.13 www. CRTER.org ·研究原著· 王 韜(河南中醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院骨傷科，河南省鄭州市 450000) 文章快速閱讀： 文題釋義： 全膝關(guān)節(jié)置換假體對線不良：有關(guān)節(jié)線位置變化、軸向?qū)€不良以及旋轉(zhuǎn)對線不良3種，旋轉(zhuǎn)對線不良可以增加扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和屈膝不穩(wěn)定，引起聚乙烯襯墊磨損和假體松動，軸向?qū)€不良導(dǎo)致脛骨平臺負

2、荷偏心，聚乙烯襯墊加劇磨損，引起假體松動，旋轉(zhuǎn)對線不良和軸向?qū)€不良目前的研究已經(jīng)比較廣泛和深入。 關(guān)節(jié)線異常：髕股關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性受關(guān)節(jié)線的影響，關(guān)節(jié)線的異常會引起生物力學(xué)的變化，引起膝關(guān)節(jié)疼痛。正常的關(guān)節(jié)線在股骨外上髁下1 cm、腓骨小頭上1 cm或者股骨內(nèi)上髁下2.5 cm。 摘要 背景：全膝關(guān)節(jié)置換翻修的主要原因除感染外，聚乙烯襯墊磨損以及假體松動也是最常見的原因，關(guān)節(jié)線高度對髕股關(guān)節(jié)生物力學(xué)的影響尚無定論。 方法：建立全膝關(guān)節(jié)置換后膝關(guān)節(jié)三維有限元模型，計算膝關(guān)節(jié)屈曲度在0°，30°，60°和90°時不同關(guān)節(jié)線高度對股四頭肌拉力、骸韌帶拉力和

3、髕股關(guān)節(jié)間作用力變化的影響。 結(jié)果與結(jié)論：膝關(guān)節(jié)屈曲0°時，關(guān)節(jié)線高度在-3-4.5 mm變化對股四頭肌拉力、臏腱拉力和髕股關(guān)節(jié)間作用力沒有太大影響。在膝關(guān)節(jié)屈曲30°-90°時，關(guān)節(jié)線高度在3 mm以下對股四頭肌拉力、臏腱拉力和髕股關(guān)節(jié)間作用力影響不大；關(guān)節(jié)線高度超過3 mm對股四頭肌拉力、臏腱拉力和髕股關(guān)節(jié)間作用力的影響比較明顯。因此建議全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)中關(guān)節(jié)線的高度最好控制在正負3 mm以內(nèi)。 關(guān)鍵詞： 骨科植入物；人工假體；全膝關(guān)節(jié)置換；關(guān)節(jié)線；假體；聚乙烯襯墊；三維有限元；髕股關(guān)節(jié)；生物力學(xué) 主題詞： 關(guān)機成形術(shù)，置換，膝；假體植入；有限元分析；生物力學(xué)；

4、組織工程 ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 王韜，男，1970年生，河南省滑縣人，漢族， 1999年鄭州大學(xué)醫(yī)學(xué)院畢業(yè)，碩士，副主任醫(yī)師，主要從事關(guān)節(jié)及關(guān)節(jié)鏡方面的研究。 中圖分類號:R318 文獻標識碼:A 文章編號:2095-4344 (2016)13-01845-07 稿件接受：2016-02-03 http:/WWW. 1845 Wang Tao, Master, Associate chief physician, Department of Orthopedics and Traumatology, First A

5、ffiliated Hospital, Henan University of Chinese Medicine, Zhengzhou 450000, Henan Province, China www. CRTER.org Effects of joint line changes on biomechanics of patellofemoral joint after total knee arthroplasty Wang Tao (Department of Orthopedics and Traumatology, First Affiliated Hospital, Henan

6、University of Chinese Medicine, Zhengzhou 450000, Henan Province, China) Abstract BACKGROUND: In addition to infection, the reasons for total knee arthroplasty revision are polyethylene liner wear and prosthesis loosening. The impact of joint line height on patellofemoral biomechanics was inconclusi

7、ve. OBJECTIVE: To study the impact of joint line changes after total knee arthroplasty on patellofemoral joint biomechanics. METHODS: Three-dimensional finite element models were established after total knee arthroplasty. The impact of different joint line height on quadriceps tensile force, patella

8、 tendon tension, and patellofemoral joint forces was calculated at range of flexion of 0°, 30°, 60° and 90°. RESULTS AND CONCLUSION: (1) At knee flexion of 0°, the height of the joint line in -3 mm-4.5 mm did not have great impacts on quadriceps tensile force, patella tendon

9、 tension and patellofemoral joint forces. (2) At knee flexion of 30°-90°, the height of the joint line below 3 mm did not have great impacts on quadriceps tensile force, patella tendon tension and patellofemoral joint forces. The height of the joint line more than 3 mm had obvious impacts

10、on quadriceps tensile force, patella tendon tension and patellofemoral joint forces. (3) It was recommended that the height of joint line in total knee arthroplasty was preferably controlled within 3 mm. Subject headings: Arthroplasty, Replacement, Knee; Prosthesis Implantation; Finite Element Analy

11、sis; Biomechanics; Tissue Engineering Cite this article: Wang T. Effects of joint line changes on biomechanics of patellofemoral joint after total knee arthroplasty. Zhongguo Zuzhi Gongcheng Yanjiu. 2016;20(13):1845-1851. 0 引言 Introduction 人工全膝關(guān)節(jié)置換是膝關(guān)節(jié)疾病的最終治療方案，隨著技術(shù)水平的不斷發(fā)展，全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的成功率和滿意度不斷提高。盡管如此，仍

12、有各種原因?qū)е孪リP(guān)節(jié)術(shù)后翻修，翻修手術(shù)的主要原因除了感染因素外，最常見的原因是聚乙烯襯墊的磨損以及假體的松動。假體對線不良是導(dǎo)致聚乙烯襯墊模型和假體松動的主要原因，聚乙烯襯墊的磨損和假體的松動同時有加劇假體的對線不良，最終引起膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)定，假體對線不良也會引起膝關(guān)節(jié)功能障礙和膝關(guān)節(jié)疼痛。 全膝關(guān)節(jié)置換假體對線不良有關(guān)節(jié)線位置變化、軸向?qū)€不良以及旋轉(zhuǎn)對線不良3種，旋轉(zhuǎn)對線不良可以增加扭轉(zhuǎn)應(yīng)力和屈膝不穩(wěn)定，引起聚乙烯襯墊磨損和假體松動，軸向?qū)€不良導(dǎo)致脛骨平臺負荷偏心，聚乙烯襯墊加劇磨損，引起假體松動，旋轉(zhuǎn)對線不良和軸向?qū)€不良目前的研究已經(jīng)比較廣泛和深入。在全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)翻修手術(shù)中，關(guān)節(jié)線的變

13、化發(fā)生率比較高，關(guān)節(jié)線過高或過低都將造成不良影響。對于關(guān)節(jié)線變化對膝關(guān)節(jié)功能的影響有多大及關(guān)節(jié)線在什么范圍內(nèi)變化對膝關(guān)節(jié)功能的影響比較小目前尚無定論。 文章通過建立全膝關(guān)節(jié)置換后膝關(guān)節(jié)三維有限元模型，觀察膝關(guān)節(jié)屈曲不同度數(shù)時的股四頭肌拉力、骸 1846 韌帶拉力和髕股關(guān)節(jié)間作用力變化，以及關(guān)節(jié)線高度在-3-4.5 mm范圍內(nèi)改變時，不同膝關(guān)節(jié)屈曲度對股四頭肌拉力、骸韌帶拉力和髕股關(guān)節(jié)間作用力變化的影響。 1 對象和方法 Subjects and methods 1.1 設(shè)計 三維有限元分析，生物力學(xué)試驗。 1.2 時間及地點 于2014年9月至2015年6月在河南中醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院實驗室完成

14、。 1.3 材料 后穩(wěn)定性膝關(guān)節(jié)假體：由美國施樂輝公司提供。 設(shè)備：CT機為美國GE醫(yī)療公司提供，掃描層厚度 1 mm；計算機工作站DELL Precision T5400圖形工作站。 軟件：Abaqus6.10(法國Dassault公司)；Geomagic Studio 11(美國Raindrop公司)； Solid works2012(美國Dassault Systemes S.A公司)；Catia V5 R16(法國Dassault公司)；Mimics 10.01(比利時Materialise公司)；HyperMesh 10.0(美國Altair公司)；Simpleware2.0(英國S

15、impkware公司)。 1.4 對象 選取1名身體健康的男性志愿者，年齡40歲，體質(zhì)量90 kg，身高180 cm，既往無外傷及手術(shù)時，無遺傳病及慢性病史，拍片及CT掃描排除股骨病變。 P.O. Box 10002, Shenyang 110180 www.CRTER.org CRTER.org 1.5 方法 頭肌拉力、骸韌帶拉力和髕股關(guān)節(jié)間作用力變化，此次建立下肢骨骼實體三維有限元模型1：CT機以 研究在無重力作用、固定股骨、脛骨施加載荷的情況下， 1 mm的層厚從上到下進行掃描，將得到的掃描圖像導(dǎo)入Mimics軟件，經(jīng)軟件自動處理，標準各層面的骨輪廓，手工對各層圖像進行修補處理。制作髕骨

16、、脛骨和股骨的幾何模型文件。將得到的模型文件保存為STL格式，導(dǎo)入Geomagic Studio軟件中，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，建立輪廓線，生成實體模型，保存為IGES文檔，并導(dǎo)入Catia V5 R16和Solid works軟件，通過截骨和建立組成膝關(guān)節(jié)的骨骼，生成三維幾何模型(見圖1)。 圖1 全膝關(guān)節(jié)置換后膝關(guān)節(jié)三 維有限元模型 Figure 1 Three-dimensional finite element model of the knee after total knee arthroplasty 建立膝關(guān)節(jié)假體三維有限元模型：用三維定位掃描 儀對膝關(guān)節(jié)假體進行掃描，獲得膝關(guān)節(jié)假體數(shù)據(jù)。

17、將獲得的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Geomagic Studio軟件中，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，建立輪廓線，生成實體模型，保存為IGES文檔，并導(dǎo)Abaqus 6.10軟件，形成三維實體模型，然后采用10節(jié)點四面體對單元進行劃分。 建立全膝關(guān)節(jié)置換后膝關(guān)節(jié)三維有限元模型：將上述 建造的骨骼和假體模型導(dǎo)Solid works軟件，按照以下限定條件安裝假體：設(shè)定截骨平面與脛骨矢狀面垂直，與脛骨水平面成5°角后傾，距離脛骨上端10 mm，脛骨假體下表面與截骨平面重合，脛骨假體縱軸和脛骨矢狀面重疊；定義一個具股骨髁遠端8 mm與脛骨截骨面相平行的平面，使其與股骨假體遠端內(nèi)表面重合；設(shè)定一個緊貼股骨前側(cè)骨皮質(zhì)、與股骨前髁

18、內(nèi)表面重合的平面；在Solid works軟件中按上述限定條件安裝假體，生成全膝關(guān)節(jié)置換后膝關(guān)節(jié)三維有限元模型，見圖1。 股骨頭的機械特性設(shè)置：皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨、股骨髁 部件、金屬基座和超過分子量聚乙烯的彈性模量分別為17 000，350，210，112，8.1 MPa，皮質(zhì)骨、松質(zhì)骨、股骨髁部件、金屬基座和超過分子量聚乙烯的泊松比都設(shè)置為0.3，0.25，0.3，0.34，0.4。 應(yīng)力載荷的施加設(shè)置：本文在股骨固定，脛骨加載， 沒有作用的條件下觀察膝關(guān)節(jié)屈曲不同度數(shù)時的股四 ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH 膝關(guān)節(jié)由屈曲90°直至伸

19、膝0°時的伸膝裝置應(yīng)力變化。股骨近端固定，其他方向自由度為0，內(nèi)外側(cè)方向為X軸，前后方向為Y軸，遠端近端方向為Z，股骨內(nèi)外上髁中點為選擇中心，股骨及其假體元件在X軸上位移0。股骨和股骨假體完全綁定，股骨假體和聚乙烯襯墊間設(shè)為滑動和滾動，脛骨及其假體和聚乙烯襯墊完全綁定，X軸上脛骨位移自由度0°；髕骨韌帶長度不變，髕骨X軸在股骨內(nèi)外髁切面上，髕骨在Z軸的旋轉(zhuǎn)自由度為3°、位移約束2 mm，在X軸的旋轉(zhuǎn)自由度為2°、位移約束2 mm，在Y軸的位移約束為0.3 mm。49 N的力施加在脛骨遠端的Y軸方向上，維持限定條件恒定，以1.5 mm為單位，在-3-4.5

20、 mm范圍內(nèi)改變聚乙烯襯墊厚度，計算膝關(guān)節(jié)屈曲度在0°，30°，60°和90°時股四頭肌拉力、骸韌帶拉力和髕股關(guān)節(jié)間作用力的變化情況。 1.6 主要觀察指標 在股骨固定，脛骨加載，沒有作用的條件下觀察膝關(guān)節(jié)屈曲0°，30°，60°，90°時測定股四頭肌拉力、骸韌帶拉力和髕股關(guān)節(jié)拉力值。 2 結(jié)果 Results 2.1 正常關(guān)節(jié)線時不同膝關(guān)節(jié)屈曲角度與股四頭肌拉力、骸韌帶拉力和髕股關(guān)節(jié)間作用力的關(guān)系 見表1。 表1 正常關(guān)節(jié)線時不同膝關(guān)節(jié)屈曲角度與股四頭肌拉力、骸 韌帶拉力和髕股關(guān)節(jié)間作用力的關(guān)系 (N) Tabl

21、e 1 Relationship between different knee flexion angle with quadriceps tensile force, patella tendon tension and patellofemoral joint forces with normal joint line 項目 屈曲度(°) 0 30 60 90 股四頭肌拉力 137.5 122.1 115.2 129.8 臏腱拉力 134.6 132.1 91.7 51.2 髕股關(guān)節(jié)間作用力 3.25 66.3 104.2 140.5 由表1可以看出，股四頭肌拉力在膝關(guān)節(jié)屈曲0&

22、#176;時最大，90°時其次，在60°時最?。荒滊炖υ?°時最大，隨著膝關(guān)節(jié)屈曲角度的增加，臏腱拉力逐漸減少，90°時最小；髕股關(guān)節(jié)間作用力在0°時最小，隨著膝關(guān)節(jié)屈曲角度的增加，髕股關(guān)節(jié)間作用力不斷增加，90°時最大。 2.2 膝關(guān)節(jié)屈曲0°時不同關(guān)節(jié)線高度股四頭肌拉力、臏腱拉力和髕股關(guān)節(jié)間作用力的變化 見表 2。 1847 able 2 Changes of quadriceps tensile force, patella tendon tension and patellofemoral joint forces

23、 at knee flexion of 0° 項目 關(guān)節(jié)線高度(mm) -3 -1.5 1.5 3 4.5 股四頭肌拉力 132.5 133.9 138.0 144.7 144.0 140.7 臏腱拉力 130.7 131.5 134.6 141.6 140.9 138.4 髕股關(guān)節(jié)間作用力 1.69 2.29 3.27 3.08 3.08 2.17 由表2可以看出，膝關(guān)節(jié)屈曲0°時，股四頭肌拉力和臏腱拉力相當，髕股關(guān)節(jié)間作用力明顯低于股四頭肌拉力和臏腱拉力，三者呈平行關(guān)系，關(guān)節(jié)線高度在-3-4.5 mm變化時對股四頭肌拉力、臏腱拉力和髕股關(guān)節(jié)間作用力的影響不大。 2.3

24、膝關(guān)節(jié)屈曲30°時不同關(guān)節(jié)線高度股四頭肌拉力、臏腱拉力和髕股關(guān)節(jié)間作用力的變化 見表3。 表3 膝關(guān)節(jié)30°時股四頭肌拉力、臏腱拉力和髕股關(guān)節(jié)間作 用力變化 (N) Table 3 Changes of quadriceps tensile force, patella tendon tension and patellofemoral joint forces at knee flexion of 30° 項目 關(guān)節(jié)線高度(mm) -3 -1.5 1.5 3 4.5 股四頭肌拉力 115.9 119.4 123.8 110.2 112.3 155.0 臏腱拉力

25、126.0 127.7 132.1 119.6 120.8 166.9 髕股關(guān)節(jié)間作用 62.8 63.9 66.1 59.6 60.3 83.5 由表3可以看出，膝關(guān)節(jié)屈曲30°時，臏腱拉力大于股四頭肌拉力大于髕股關(guān)節(jié)間作用力，三者呈平行關(guān)系，關(guān)節(jié)線高度在-3-3 mm變化時對股四頭肌拉力、臏腱拉力和髕股關(guān)節(jié)間作用力的影響不大，關(guān)節(jié)線高度在4.5 mm時股四頭肌拉力、臏腱拉力和髕股關(guān)節(jié)間作用力明顯增加。 2.4 膝關(guān)節(jié)屈曲60°時不同關(guān)節(jié)線高度股四頭肌拉力、臏腱拉力和髕股關(guān)節(jié)間作用力的變化 見表4。 表4 膝關(guān)節(jié)60°時股四頭肌拉力、臏腱拉力和髕股關(guān)節(jié)間作用力變

26、化 (N) Table 4 Changes of quadriceps tensile force, patella tendon tension and patellofemoral joint forces at knee flexion of 60° 項目 關(guān)節(jié)線高度(mm) -3 -1.5 1.5 3 4.5 股四頭肌拉力 106.5 111.5 113.8 111.6 132.5 141.9 臏腱拉力 86.7 89.1 91.5 89.2 105.9 113.4 髕股關(guān)節(jié)間作用力 88.9 101.8 104.6 102.4 121.5 130.1 1848 www. C

27、RTER.org 由表4可以看出，膝關(guān)節(jié)屈曲60°時，股四頭肌拉力大于髕股關(guān)節(jié)間作用力大于臏腱拉力，三者呈平行關(guān)系，關(guān)節(jié)線高度在-3-1.5 mm變化時對股四頭肌拉力、臏腱拉力和髕股關(guān)節(jié)間作用力的影響不大，關(guān)節(jié)線高度在3-4.5 mm時股四頭肌拉力、臏腱拉力和髕股關(guān)節(jié)間作用力明顯增加。 2.5 膝關(guān)節(jié)屈曲90°時不同關(guān)節(jié)線高度股四頭肌拉力、臏腱拉力和髕股關(guān)節(jié)間作用力的變化 見表5。 表5 膝關(guān)節(jié)90°時股四頭肌拉力、臏腱拉力和髕股關(guān)節(jié)間作 用力變化 (N) Table 5 Changes of quadriceps tensile force, patella t

28、endon tension and patellofemoral joint forces at knee flexion of 90° 項目 關(guān)節(jié)線高度(mm) -3 -1.5 1.5 3 4.5 股四頭肌拉力 143.6 134.1 129.8 119.6 162.8 174.0 臏腱拉力 56.7 52.9 51.1 47.1 64.2 68.7 髕股關(guān)節(jié)間作用力 154.8 144.5 140.0 128.9 175.5 187.6 由表5可以看出，膝關(guān)節(jié)屈曲90°時，髕股關(guān)節(jié)間作 用力大于股四頭肌拉力大于臏腱拉力，三者呈平行關(guān)系，關(guān)節(jié)線高度在-3-1.5 mm變化

29、時對股四頭肌拉力、臏腱拉力和髕股關(guān)節(jié)間作用力的影響不大，關(guān)節(jié)線高度在3-4.5 mm時股四頭肌拉力、臏腱拉力和髕股關(guān)節(jié)間作用力明顯增加。 3 討論 Discussion 全膝關(guān)節(jié)置換可以改善關(guān)節(jié)功能，緩解關(guān)節(jié)痛疼，提高患者生活質(zhì)量，是嚴重膝關(guān)節(jié)疾病的重要治療手段。隨著技術(shù)的不斷進步，全膝關(guān)節(jié)置換的預(yù)后明顯得到改善2 ，但部分患者存在置換后疼痛3 ，術(shù)后滿意度并不高4。影響患者術(shù)后滿意度的因素包括：患者的一般因素：年齡 5-8 ，家庭收入、教育水平等 9-10 ?；?者的心理因素：心理健康的人滿意度高11-12 。置換前 膝關(guān)節(jié)功能：置換前膝關(guān)節(jié)評分低，有膝關(guān)節(jié)退行性病 變者術(shù)后滿意度低 13-

30、14 。修復(fù)入路：微創(chuàng)修復(fù)入路 滿意度高于傳統(tǒng)修復(fù)入路15-16 。計算機導(dǎo)航：在計 算機導(dǎo)航下能夠準確糾正力線，提高滿意度17 。假 體設(shè)計：活動性平臺假體設(shè)計滿意度高于固定平臺假 體設(shè)計 18-19。髕骨是否置換：髕骨是否置換目前尚未 統(tǒng)一意見20 ，有研究顯示髕骨置換組和未置換組的滿意 度無差別，但置換組術(shù)后并發(fā)癥及返修率低 21 。置換 P.O. Box 10002, Shenyang 110180 www.CRTER.org 后疼痛22-24 ：術(shù)后疼痛是全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后的常見并發(fā)癥，其發(fā)生率比較高；術(shù)后疼痛如果不加以控制，會引起患者病理生理變化，增加并發(fā)癥的發(fā)生，影響膝關(guān)節(jié)置換效果

31、 25-28 。置換后膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)情況 29 ：膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)好置換后滿意度較高。在所有引起患者對全膝關(guān)節(jié)置換不滿意的原因中，置換后疼痛是最常見和最主要的原因。 置換后疼痛是全膝關(guān)節(jié)置換后最復(fù)雜和最常見的并發(fā)癥，置換后發(fā)生率為6%-13% 30 ，術(shù)后疼痛嚴重影 響患者術(shù)后的生活治療，甚至影響到整個手術(shù)的成功與否。引起置換后疼痛的原因主要有關(guān)節(jié)外因素和關(guān)節(jié)內(nèi)因素兩種 31 。關(guān)節(jié)外因素常見的原因為腰部病變，部分 患者腰部病變的疼痛置換前被膝關(guān)節(jié)疼痛所掩蓋，置換后膝關(guān)節(jié)的疼痛逐漸緩解，則腰部病變的疼痛被引起關(guān)注 32 。關(guān)節(jié)內(nèi)因素包括：置換后感染：早期感染比較常見，容易發(fā)現(xiàn)，慢性深部感染癥狀不

32、典型，診斷比較困難 33 。置換后關(guān)節(jié)不穩(wěn)定：全膝關(guān)節(jié)置換后屈曲不 穩(wěn)或者軸向不穩(wěn)都是膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)的表現(xiàn)，都會引起疼痛，肌腱受損往往是軸向不穩(wěn)定最常見的原因，屈曲不穩(wěn)在膝關(guān)節(jié)術(shù)后疼痛中也比較常見。對線不良：對線不良包括軸向?qū)€不良和旋轉(zhuǎn)對線不良，當術(shù)中脛骨或者股骨假體內(nèi)旋放置是可能會導(dǎo)致屈曲不穩(wěn)或者膝前疼痛，軸向?qū)€不良會引起聚乙烯襯墊負荷增加，磨損加快，反過來加重對線不良，導(dǎo)致關(guān)節(jié)疼痛。膝關(guān)節(jié)僵硬或者粘連：膝關(guān)節(jié)粘連會引起疼痛，疼痛反過來加重粘連，周圍軟組織平衡不當、假體位置不當或者型號不匹配都會引起膝關(guān)節(jié)粘連或者僵硬，導(dǎo)致術(shù)后疼痛 34 。關(guān)節(jié)線異常：髕股關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特性受關(guān)節(jié)線的影響，關(guān)

33、節(jié)線的異常會引起生物力學(xué)的變化，引起膝關(guān)節(jié)疼痛。正常的關(guān)節(jié)線在股骨外上髁下1 cm、腓骨小頭上1 cm或者股骨內(nèi)上髁下2.5 cm 35 。伸膝 裝置問題：膝前疼的最主要原因是伸膝裝置問題，股骨或者脛骨假體裝置不當是引起關(guān)節(jié)并發(fā)癥的常見原因，另外髕骨假體放置位置不當，髕骨截骨不對稱，伸膝裝置不平衡都會導(dǎo)致髕骨不穩(wěn)定，引起膝前痛。假體松動：慢性關(guān)節(jié)疼痛可由假體松動引起，活動時疼痛加劇，假體松動的發(fā)生率可達5.4%-6.1% 36-37 。假體周圍骨 折：全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)后假體周圍骨折是一個嚴重并發(fā)癥，內(nèi)置物引起的應(yīng)力遮擋和外傷是假體周圍骨折的直接原因，骨質(zhì)疏松、骨皮質(zhì)磨損、股溶解或吸收等是危險因素

34、 38 。 全膝關(guān)節(jié)置換不管是翻修手術(shù)還是初次手術(shù)，關(guān)節(jié) ISSN 2095-4344 CN 21-1581/R CODEN: ZLKHAH www. CRTER.org 線發(fā)生變化的比例都比較高，在因為關(guān)節(jié)不穩(wěn)定接受膝關(guān)節(jié)翻修手術(shù)的患者中39 ，有78%的患者發(fā)生脛骨關(guān)節(jié) 線上移，也有研究發(fā)現(xiàn)在膝關(guān)節(jié)翻修術(shù)后有80%的患者 發(fā)生脛骨關(guān)節(jié)線上移 40 ，脛骨截骨量不足是初次全膝關(guān) 節(jié)置換關(guān)節(jié)線發(fā)生改變的最常見原因，增加脛骨截骨解決術(shù)前屈曲畸形會導(dǎo)致關(guān)節(jié)線降低，過大的間隙用加厚的聚乙烯襯墊糾正會引起關(guān)節(jié)線抬高。關(guān)節(jié)線的位置抬高，會使髕骨的位置相對降低，引起伸膝裝置緊張，關(guān)節(jié)屈曲受限，引起術(shù)后膝前

35、痛，同時，髕骨過低使伸膝杠杠臂變短，伸膝時能量消耗增加，肌腱勞損，甚至撕裂，髕骨位置低還增加聚乙烯襯墊的磨損。關(guān)節(jié)線過低，引起髕骨相對過高，導(dǎo)致關(guān)節(jié)不穩(wěn)定，以及膝前疼痛。確定關(guān)節(jié)線的高度與術(shù)后膝關(guān)節(jié)功能關(guān)系密切，不僅可以避免失誤，還可以比較好的恢復(fù)膝關(guān)節(jié)功能。膝關(guān)節(jié)是人體最復(fù)雜的關(guān)節(jié)，包括伸屈運動、內(nèi)外旋運動以及轉(zhuǎn)動、滑動和滾動等，關(guān)節(jié)線發(fā)生變化后膝關(guān)節(jié)運動的生物力學(xué)變化比較復(fù)雜，因此對關(guān)節(jié)線變化對膝關(guān)節(jié)功能影響的研究比較困難，相應(yīng)的研究也比較少。現(xiàn)有的研究結(jié)果差別也比較大，有研究對膝關(guān)節(jié)翻修病例進行研究，發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié)線上移在8 mm以內(nèi)時，對膝關(guān)節(jié)功能的影響不大40 ，也有對膝關(guān)節(jié)翻修病例的研究

36、發(fā)現(xiàn)關(guān)節(jié) 線在4 mm以內(nèi)變化對膝關(guān)節(jié)的評分影響不大41 ，Li 等 42 對膝關(guān)節(jié)置換前后的關(guān)節(jié)線變化情況進行研究發(fā) 現(xiàn)，關(guān)節(jié)線升高3-6 mm輕微影響膝關(guān)節(jié)的屈曲運動功能，關(guān)節(jié)線升高6 mm以上明顯影響膝關(guān)節(jié)的屈曲功能，關(guān)節(jié)線下移不超過6 mm對膝關(guān)節(jié)屈曲運動功能的影響不大，還有一項研究認為關(guān)節(jié)線在5 mm內(nèi)變化對膝關(guān)節(jié)運動功能沒有明顯影響 43 。由此可見，關(guān)節(jié)線的變化 可以影響髕股關(guān)節(jié)的生物力學(xué)特征，從而影響膝關(guān)節(jié)的功能變化。對于關(guān)節(jié)線的變化對膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)有多大的影響以及關(guān)節(jié)線那種程度的變化對膝關(guān)節(jié)功能的影響最大尚無定論。 對膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)進行研究，首先要解決關(guān)節(jié)對位問題，大多研

37、究認為股四頭肌和臏腱韌帶的拉力是一致的，在二維模型中將髕股關(guān)節(jié)簡化成滑輪結(jié)構(gòu)44 ，實 際上基于二維模型的結(jié)果是不對的，股四頭肌的拉力和 臏腱拉力并不一致 45 。此次研究通過建立全膝關(guān)節(jié)置換 后膝關(guān)節(jié)三維有限元模型，在股骨固定，脛骨加載，沒有作用力的條件下觀察膝關(guān)節(jié)屈曲不同度數(shù)時的股四頭肌拉力、骸韌帶拉力和髕股關(guān)節(jié)間作用力變化，在維持限定條件恒定的情況下，以1.5 mm為單位，在-3至 4.5 mm范圍內(nèi)改變聚乙烯襯墊厚度，計算膝關(guān)節(jié)屈曲 1849 致謝：對本次研究過程的相關(guān)參與人員以及為本次研究提供幫助的機構(gòu)和人員表示感謝。 作者貢獻：作者負責設(shè)計和實施并負責文章的修改。 利益沖突：文章及

38、內(nèi)容不涉及相關(guān)利益沖突。 倫理問題：試驗方案經(jīng)河南中醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院倫理委員會批準，試驗方案已經(jīng)患者/家屬知情同意。 文章查重：文章出版前已經(jīng)過CNKI反剽竊文獻檢測系統(tǒng)進行3次查重。 文章外審：本刊實行雙盲外審制度，文章經(jīng)國內(nèi)小同行外審專家審核，符合本刊發(fā)稿宗旨。 作者聲明：文章第一作者對研究和撰寫的論文中出現(xiàn)的不端行為承擔責任。論文中涉及的原始圖片、數(shù)據(jù)(包括計算機數(shù)據(jù)庫)記錄及樣本已按照有關(guān)規(guī)定保存、分享和銷毀，可接受核查。 文章版權(quán)：文章出版前雜志已與全體作者授權(quán)人簽署了版權(quán)相關(guān)協(xié)議。 4 參考文獻 References 1 Sato T,Koga Y,Omori G.Three-d

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