髌骨运动轨迹动态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 bony structures, such as, patellar and femur trochlea, and static structures, such as medial and lateral patellofemoral ligament; on the other hand, it is also affected by the regulation of "dynamic structures" such as quadriceps femoris. In this study, we are planned to take soft tissue structure around patella as main research object. We use anatomical study to analyze and measure its morphological characteristics, use pressure sensor technology, three-dimensional coordinator measuring apparatus and biological mechanics test to detect its biomechanical characteristics,use finite element analysis to explore the patellar movement in its different functional status，then finish the experimental study of patella stability reconstruction through cadaver Specimens。On this basis，we use dynamic MRI technology to measure the variation characteristics of soft tissue structure around patella and bony structure of the patellar tracking in human body. This study reveals its dynamic role,static role in regulating patellar tracking and its mechanism in dynamic and static regulation jointly. In this study, we design to investigate the role of soft tissue structure around the patella and bone strutrue in dynamic and static regulation mechanism jointly for patellar tracking,lay the theoretical fondation for improving the clinical efficacy of patients with Patellar tracking abnormalities.

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。正常髌骨运动非常复杂，一方面受到髌骨、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，另一方面股四头肌等"动力性"结构的调控也发挥着重要的作用。本研究拟以髌周软组织结构为研究对象采用解剖学研究分析和测量其形态特性，采用压力感应技术、三维坐标测读仪和生物力学试验检测其生物力学特征，采用有限元分析技术，探讨其不同功能状态下髌骨的运动轨迹，并通过尸体标本完成髌骨稳定性重建的实验研究。在此基础上，采用动态MRI技术，在体测量髌周软组织和骨性排列结构在髌骨轨迹中的变化特性，揭示其在调控髌骨轨迹中的动、静力及动静力联合调控的作用机制。本研究旨在阐明髌周组织和骨性排列结构对髌骨轨迹的动、静力及动静力联合调控机制，为提高髌骨轨迹异常患者的临床疗效，奠定理论基础。

本课题的研究时间为1年，资助金额为10万元。本研究方案在研究实施过程中根据研究时间及资助金额的使用情况做了一定的改动，在测试髌骨内外侧支持带生物力学时并未应用三维有限元及压力传感器，而是通过测量不同状态下髌股关节适合角（CA）、髌骨倾斜角（PTA）和髌骨外移度（LPD）来初步分析髌内外侧支持带的生物力学特性，此外，在体髌股关节动态MRI研究同样采用了上述指标进行分析。通过对尸体髌周软组织进行解剖研究，我们发现内侧髌股韧带在近髌骨止点的过程中附着于股内侧肌斜束的深面，并与深层组织交织结合。依据股内侧肌斜束的附着点，我们将内侧髌股韧带进行了功能分区：覆盖区和非覆盖区。同时，我们提出假设即保守治疗并不能恢复MPFL非覆盖区损伤后功能，应早期进行手术治疗，而MPFL覆盖区有股内侧肌斜束的加强，损伤有其强大的愈合能力，可以首选保守治疗。通过对髌骨外侧支持带的解剖，我们并未发现与内侧髌股韧带结构相类似的外侧髌股韧带。我们推测第二层的髂胫束可能起着与内侧髌股韧带相类似的功能，但是目前数据还不具有统计学意义，我们准备继续进行大样本解剖学研究获得更多的数据。通过生物力学研究我们初步认为髌骨内侧支持带对髌骨的主要作用是限制髌骨向外侧移位，能够有效的防止髌骨脱位，而髌骨外侧支持带对髌骨的主要作用是维持髌骨正常的位置，防止髌骨过度旋转，从而能够有效地预防髌骨倾斜，维持髌骨正常的运动轨迹。我们通过分析在体髌股关节的动态MRI初步推断膝关节屈曲到30°及以上时，外侧脱位的髌骨可通过伸膝装置紧张度的增加而被拉进滑车凹内，同时股骨滑车凹的外髁突起作为骨性阻挡缓冲了髌骨的外移，可使原来轻度半脱位的髌骨恢复到正常，此时髌骨的运动受滑车凹及伸膝装置的影响较大，不能确切反映髌骨的移位程度。而在屈膝<30°时髌骨的运动受滑车凹及伸膝装置的影响较小，此时的髌骨最不稳定，易发生髌骨与股骨滑车的不匹配。