膝关节骨性形态与排列关系对髌骨运动轨迹调控机制的实验研究

Patellar tracking abnormalities includes patellar tilt, patellar subluxation and patellar dislocation. Abnormal patellar motion has a serious impact on patient's articular motor function. Normal patellar motion is very complicated. On the one hand, it is supported by "dynamic structures" such as quadriceps femoris ,on the other hand, it is also affected by the regulation of bony structures, such as patellar and femur trochlea, and static structures, such as medial and lateral patellofemoral ligament. In this study, we are planned to observe the morphological characteristics of the patellar crest by large sample anatomy study.And measure the angle between patellar crest and trochlear groove by dynamic CT. We use dynamic CT technology to measure the tibiofemoral joint rotation angle, TT-TG distance, patellar tilt angle, offshoring patellar distance and observe the relationship among femaro,tibia and patella in the different flexion angle and discuss the influence among them.Through biomechanical experiment to measure the pressure of patellofemoral joint. On this basis，we use dynamic CT technology to measure the variation characteristics of the knee in patients who will be operated by tibial tubercle transfer operation, based on three-dimensional finite element analysis, we will provide the template and design consideration for operation in future.

髌骨轨迹异常包括髌骨倾斜、髌骨半脱位和髌骨脱位。异常髌骨运动轨迹严重影响患者关节运动功能。髌骨运动轨迹一方面受股四头肌等"动力性"结构的调控，另一方面受髌骨、股骨滑车等骨性结构及髌内外侧支持带等静力性结构的维持也发挥着重要的作用。本研究将通过大样本解剖学研究，观察髌骨嵴大体形态特征，并通过应用动态CT在体测量不同屈膝角度时髌骨嵴与滑车沟底线的角度以判断髌骨嵴形态特征。通过对志愿者膝关节进行64排CT扫描，并测量胫股关节旋转角、TT-TG间距、髌骨倾斜角、髌骨外移距离以及髌股和谐角，观察股骨、胫骨、髌骨三者在不同屈膝角度位置时的对应关系,探讨三者在运动调控中的相互影响。通过生物力学实验测量胫骨结节在不同位置时，髌股关节的接触部位及接触压力，并在此基础之上，对准备行胫骨结节转移术的患者进行动态CT扫描，并根据生物力学实验中所测得的数据参数进行三维有限元模拟分析，为手术术前设计提供模板和设计依据

本课题研究时间为3年，资助金额为70万元。课题团队围绕髌骨不稳进行研究不仅圆满完成既定目标，而且初步建立髌骨不稳的动物实验模型，并将研究成果应用于临床使患者受益。.通过解剖研究明确髌骨以及髌骨嵴解剖特性，为国人髌骨假体设计提供数据支持。通过解剖研究和CT测量研究得出髌骨嵴在髌骨运动轨迹中发挥重要作用：一方面髌骨嵴自髌骨上极至髌骨下极斜向内侧走行，符合髌骨运动力学及生物力学原理；另一方面髌骨嵴和股骨滑车的夹角随着膝关节的屈曲不断变化，契合髌骨运动轨迹。通过CT测量和三维重建研究得出膝关节“扣锁” 机制与髌骨“捕获” 机制有密切的相关性：膝关节在屈膝 “解扣”过程中，髌骨被滑车沟“捕获”；膝关节在屈膝 “扣锁”过程中，髌骨被滑车沟“释放”。通过对比髌骨不稳患者CT测量得出：髌骨不稳的高发因素包括滑车发育不良、胫骨结节外置、髌骨高位等；通过生物力学实验得出，随着TT-TG间距的增大髌股关节外侧压力逐渐增大，而髌股关节内侧压力逐渐减小，当TT-TG间距在 5mm-10mm之间时，髌股关节压力可以达到最适值；在此基础上将胫骨结节的三维有限元分析应用于术前设计，使患者受益。这对完善术前设计，改善髌骨不稳患者胫骨结节转移后的膝关节功能有重要指导意义。.在如期完成各项研究任务后，研究课题组初步建立髌骨不稳的动物模型。采用兔子脱位模型研究，首次验证了髌骨脱位可以导致股骨滑车发育不良，而早期复位可以改善股骨滑车的发育，与传统的“股骨滑车发育不良导致髌骨脱位”观点，相互补充，并且在临床上初步验证这一论断。实验进一步在模型上验证髌骨早期脱位可以导致胫骨结节外置以及髌骨形态异常。课题组将针对髌骨不稳的发病机制进行进一步研究，将从分子和基因层面进一步解释髌骨不稳发病原因。