Knee：基于计算机的分析不同的假体位置和插入厚度对十字形保留全膝关节置换术后胫股和髌股关节动力学的影响
2023-03-25 医路坦克 MedSci原创 发表于内蒙古
本研究旨在研究植入物定位(前后移位和中侧向移位)和胫骨植入物厚度的变化对cross - retention (CR)-TKR后胫股(TF)和髌股(PF)关节运动学和接触力的影响。
在晚期膝骨关节炎的情况下，全关节置换术是患者的金标准手术选择。尽管手术治疗和TKR技术有所改善，但全膝关节置换术(TKR)后患者的不满意率仍高达20%，处于较高水平。除了感染、不稳定和无菌性松动外，膝关节前侧疼痛是患者不满意的另一个常见因素。由于术中定位参数较多，难以实现最佳TKR植入;然而，胫骨和股骨假体的中外侧和前后定位以及胫骨嵌体厚度已被证明会影响髌股(PF)和胫股(TF)隔室的动力学及其相互作用。虽然手术器械和导航的设计是为了优化种植体组件在患者解剖结构中的位置，但外科医生有多种选择来改变种植体位置，以改善术中膝关节力学。
在此背景下，已有研究表明，假体的旋转和矢状排列以及平移定位会影响整个膝关节的动力学，并导致术后疼痛、聚乙烯磨损、膝关节前痛和TF负荷增加。临床上，观察到一些十字保留(CR)-TKR设计显示，膝关节屈曲时股骨相对于胫骨的前移明显矛盾，这可能导致PF负荷增加，最终导致术后并发症。Steinbroeck等人发现，胫骨假体的内部旋转显著增加了膝后接触压力。其他生物力学研究已经分析了膝盖骨错位的各种力学方面，例如，膝盖骨组件的内化减少了PF接触力，这可能导致较低的膝关节前疼痛风险，也改变了PF运动学。
在一项临床研究中，Groes等人表明，股骨假体的内侧位置显著影响TKR术后膝关节前疼痛和满意度的术后结果，即位置越靠内，膝关节前疼痛越轻。KR中一个重要的设计因素是胫骨植入物厚度，到目前为止，它对TKRS术后失败的影响还不完全清楚。
这些研究有助于从生物力学的角度更好地了解种植体部件的位置。然而，缺乏全面分析植入部件位置和胫骨插入物厚度对整个膝关节动力学的生物力学影响以及由此对TKR部件和患者预后的影响的研究。此外，身体研究还面临着实际的局限性：标本的腐烂会限制分析的时间，不同的种植体配置需要进行骨切割，这使得对不同的TKR位置进行系统和全面的分析变得困难，由于稳定性问题，通常不考虑早期屈曲范围，并且通常不考虑主动肌力。此外，实验和临床研究不能直接将种植体位置的影响与其他参数分开，这表明在相同条件下，需要对术中参数进行系统和可重复性的分析。最后，研究数据是采用不同的方法、患者几何形状和植入物设计来获取的，这使得系统地比较不同的研究数据变得困难。为了克服这些限制，计算模型已经显示出显著的优点，并且也被证明与活体数据相一致地产生了现实的结果。因此，基于先前验证的动态下蹲活动的计算模型，我们本研究的目的是在系统和可重复的条件下，研究在系统和可重复的条件下，植入部件的位置(前后方和内侧移位)和胫骨插入物厚度对双髁CR-TKR术后的Tf和Pf的运动学和接触力的影响。
图1.先前验证的动态下蹲运动中的肌肉骨骼多体模拟模型[34]是基于在保留后十字交叉的全膝关节置换术的下蹲活动中实验获得的运动捕捉[48](A)。植入物部件的运动学，表明在下蹲运动中，股骨在选定的膝关节屈曲角度下的后退。请注意，为了清楚起见，没有描绘韧带和肌肉结构(B)。肌肉骨骼多体模型包括骨骼、肌肉、韧带和在右膝关节植入的全膝关节置换术(C)。在此模型的基础上，根据股骨和胫骨假体的内侧(ML)和前后方(AP)定位坐标系以及胫骨附着体厚度t(D)的变化对假体部件进行了修改。
图2.派洛-股骨和胫骨-股骨接触力图(A)。针对所定义的坐标系[62-64]，评估帕特罗-股骨(B)和胫骨-股骨(C)运动学。股骨坐标系fi、胫骨坐标系ti和髌骨坐标系pi的描绘。
图3.虚拟植入保留十字后交叉韧带的全膝关节置换术的植入部件示意图(A)。(B)：股骨和胫骨假体的位置(前移-后移和内侧移位)以及不同的胫骨植入厚度(T)描述了不同的植入位置和植入件厚度。
图4股骨假体(A1-A3)和胫骨假体(B1-B3)的内侧外侧位置以及胫骨附着体厚度(C1-C3)的变化对胫骨-股骨和派洛-股骨动力学的影响。假体部件(胫骨和股骨假体)的内侧外侧位置和不同的胫骨插入物厚度对胫骨-股骨接触力(A1、B1和C1)、髌股接触力(A2、B2和C2)和股四头肌力(A3、B3和C3)的影响。请注意，最大绝对偏差的出现被描绘为黑色钻石。
方法:一个有效的肌肉骨骼多体模拟(MMBS)模型与固定轴承CR-TKR在蹲动至90?采用膝关节屈曲来计算不同种植体位置和胫骨种植体厚度下的PF和TF关节动力学。通过比较各自的膝关节参数(如接触力、股四头肌力、关节运动学)与参考植入物位置进行连续评估。
结果:PF接触力主要受股骨假体前后和中外侧位置的影响(前3毫米至31%，外侧6毫米至14%)。TF接触力受胫骨内固定厚度(增加+ 4 mm时为24%)和股骨假体前后位置(增加3 mm至16%)的显著影响。关于PF运动学，股骨内固定物每增加6mm，髌骨外侧倾角增加超过5%。
结论:我们的结果表明，关于PF的运动学和接触力，股骨假体的位置比胫骨假体的位置更为关键。股骨假体在与PF接触力上前后方向定位明显。骨科医生应严格监测股骨假体的前后、中外侧位置和插入物的厚度。
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