In vitro and in vivo kinematics of total knee arthroplasty—a review of the research at the Orthopaedic Bioengineering Laboratory of the Massachusetts General Hospital (MGH)
Review Article

全膝关节置换的体内和体外运动学—麻省总医院骨科生物工程实验室研究综述

Guoan Li, Willem A. Kernkamp, Harry E. Rubash

Bioengineering Laboratory, Department of Orthopaedic Surgery, Massachusetts General Hospital and Harvard Medical School, Boston, MA, USA

Contributions: (I) Conception and design: G Li; (II) Administrative support: G Li; (III) Provision of study materials or patients: HE Rubash; (IV) Collection and assembly of data: WA Kernkamp; (V) Data analysis and interpretation: All authors; (VI) Manuscript writing: All authors; (VII) Final approval of manuscript: All authors.

Correspondence to: Guoan Li, Ph.D. Massachusetts General Hospital and Harvard Medical School, 55 Fruit Street, GRJ 1215, Boston, MA 02114, USA. Email: Gli1@mgh.harvard.edu.

摘要:全膝关节置换(total knee arthroplasty,TKA)运动学的定量数据对我们理解假体组件的失效以及改进组件的设计具有至关重要的意义。我们实验室从1998年就开始研究TKA的运动学。首先,我们研发了一部体外机器人实验装置来测试TKA术后在不同模拟生理负荷条件下膝关节的运动学。其次,我们开发了双荧光成像系统(dual fluoroscopic imaging system,DFIS)来分析TKA术后功能锻炼的体内运动学。使用这些体外和体内测试方法,我们广泛研究了经典的后交叉韧带保留(posterior cruciate retaining,CR)和后交叉韧带替代(posterior substituting,PS)TKA的运动学。分析包括六个自由度(degrees-of-freedom,DOF)的胫股关节的运动学、胫股关节的接触区域、CR假体TKA的后交叉韧带posterior cruciate ligament (PCL)功能,PS假体TKA的凸轮-立柱接触等。此外,我们还通过比较正常膝关节和伴有骨性关节炎(osteoarthritis,OA)膝关节采用传统高屈曲TKA假体的生物力学,研究可能影响膝关节屈曲度的生物力学因素。在这篇综述中,我们将在总结我们对各种TKA组件的研究结果后,简要介绍我们实验室为TKA运动学分析开发的体外和体内测试系统。

关键词:全膝关节置换术(TKA);运动学;生物力学;后交叉韧带(PCL);胫股关节接触


Received: 22 July 2016; Accepted: 03 August 2016; Published: 04 November 2016.

doi: 10.21037/aoj.2016.09.02


引言

全膝关节置换术(total knee arthroplasty,TKA)的目的是为严重膝关节骨性关节炎以及其他终末期膝关节疾病患者减轻疼痛,改善功能,提高生活质量[1,2]。最近,许多创新的TKA组件设计出品,旨在增加膝关节屈曲度和提高假体寿命[3-7]。尽管许多临床随访数据显示了令人满意的术后结果[1,8], 但其他研究表明TKA术后患者存在持续疼痛或功能活动受限,以及非常有限的高屈曲度数[1,8-11]。虽然许多因素归因于术后并发症,比如假体组件的设计与手术植入,但人们普遍认为TKA术后膝关节运动学的改变会影响膝关节生物力学,导致患者满意度不佳[9,10,12,13]

许多研究分析了TKA术后膝关节的运动学[3,14-18]。例如,使用尸体标本比较受控条件下TKA 运动学与原生膝关节的运动学[19,20]。用运动分析系统来量化TKA膝关节六个自由度(DOF)的运动学[21,22];最近,透视成像技术已被用于研究TKA膝关节的体内关节接触部位[18,23-25]

我们的实验室开始使用体外机器人实验装置研究TKA运动学[20],在此之后,我们研制了一种体内双透视成像系统(DFIS)[25]。我们研究了后交叉韧带保留型(CR)和后交叉韧带替代型(PS)TKA的膝关节生物力学,包括胫股关节运动学、软骨的接触部位、CR-TKA后交叉韧带的功能和PS-TKA凸轮-立柱接触的生物力学[20]。此外,我们通过比较传统和高屈曲TKA设计的生物力学,研究可能影响膝关节屈曲的生物力学因素。高屈曲TKA假体的设计是为了防止胫骨后关节面的边缘负荷并增加高屈曲度时胫股关节的接触面积。在这篇综述中,我们将简要的介绍用于TKA运动学研究的体外及体内检测系统,然后总结各种 TKA 组件在我们实验室进行的模拟生理负荷和体内功能性膝关节活动期间的主要研究。


实验方法学

体外机器人测试系统

机器人测试系统由六个自由度的机械臂(川崎重工业有限公司,UZ150型®, 明石,日本)和六个自由度的称重传感器组成 (JR3公司, 伍德兰,加利福尼亚州,美国) (图1A)。

图1
图1 体外和体内实验装置。(A)体外机器人测试系统(摘自图1 Most et al. CORR 2003,No 410,pp.101–113); (B)体内双透视成像系统[摘自图1 Bingham et al. JBME 2006, Vol. 128(4), pp. 588-95]。

机械臂是一种位置控制装置,最大有效载荷为150 kg,精度<0.1 mm,用于我们TKA试验所用的低速率测试。我们采用的是一种全局收敛方法的控制算法,该算法考虑了膝关节不同自由度运动的耦合效应,以连接机器人和称重传感器,从而获得位移和力量控制模式[26]

在实际的实验中,新鲜冰冻的尸体膝关节在测试前放在室温下解冻一夜。膝关节标本包括膝关节的近端和远端各约25cm的骨。膝关节周围的所有软组织都保持完整。将腓骨在解剖位通过皮质骨螺钉固定在胫骨上。然后将股骨和胫骨干植入厚壁铝柱内以便将样本固定在机器人系统上(图1A)。

在实验过程中,股骨被牢牢地固定在一个特殊设计的夹具上,这个夹具可以调整,以允许股骨的六个自由度的定位。胫骨通过六个自由度的称重传感器牢固的固定在机械臂上。膝关节坐标系是由数字转换器(MicroScribe 3DX®,圣何塞,加利福尼亚州,美国)构建。这种设置允许胫骨与机械臂在股骨周围的六个自由度内移动。因此,通过胫骨与股骨坐标系的相对位置和方向来测量膝关节的运动。机械臂能学习膝关节标本响应外部负荷的复杂运动,然后可以在样本修改后的后续测试中重现这些运动,例如切除膝关节的韧带或TKA术后。在不同负荷条件下,从完全伸直到目标最大屈曲角度可以确定胫骨相对于股骨的平移和旋转。

体内DFIS

DFIS由两个荧光屏组成(BV Pulsera;飞利浦,博瑟尔,华盛顿州,美国)(图1B[25,27]。受试物体可以在两个荧光屏的共同成像区域内自由移动(相当于315 mm×315 mm的视野)。各种各样的运动都可以用这种方法来成像,比如跑步机步态、下蹲、上台阶、起立等等。荧光镜从两个方向同时对膝盖进行成像。此过程将膝关节在体内的姿势记录为一系列二维(2D)成对的透视图像。随后自动分割图像并校正失真[27]。从图像边缘检测TKA组件的轮廓被人工审核并保存。

接下来,构建DFIS的虚拟副本。在实体建模程序(Rhinoceros®,Robert McNeel&Associates,西雅图,华盛顿州,美国)中创建两个虚拟源-增强器对,以重建真实的透视系统几何结构(图1B)。从DFIS获得的TKA组件的轮廓被放置在它们各自的虚拟增强器上。在虚拟系统中引入TKA胫骨和股骨组件的三维模型。为胫骨和股骨组件模型创建定位坐标系。胫骨和股骨模型可以在六自由度的虚拟环境中独立操作并投影到虚拟成像增强器上。如果投影轮廓与从真实膝关节捕获的骨骼轮廓相匹配,TKA的空间位置便可以在计算机上的三维TKA模型中再现。在这种模式下,膝关节的运动可以通过一系列沿运动路径产生的三维膝关节模型来演示。

体外TKA的生物力学

限制膝关节高屈曲的因素尚不清楚。虽然已有研究表明股骨后滚不足是限制膝关节屈曲的原因之一,导致早期的后方撞击,CR膝关节置换保留后交叉韧带,或者用凸轮-立柱接触机制代替PCL,通过允许股骨的后滚来增加活动度。本章节回顾了我们在后交叉韧带的生物力学效率和TKA凸轮-立柱的机制。

CR-TKA的运动学

使用上述的体外机器人实验装置,在股四头肌和腘绳肌联合负荷下,我们检测了传统CR TKA设计假体(NexGen CR, Zimmer) 以及高屈曲CR TKA (NexGen CR Flex, Zimmer) 设计假体内侧和外侧股骨后滚[28]。高屈曲CR TKA设计试图改善高屈曲角度下的胫股后关节面的接触。测量两种TKA假体的胫股关节运动学,并与正常膝关节运动学进行比较。两种CR TKA设计在整个膝关节运动范围(0°–150°)内表现出相似的运动学。TKA假体能恢复大约80%的正常膝关节在150°的活动范围的股骨后滚。CR TKA组件的后交叉韧带张力检测结果表明后交叉韧带在中度屈曲范围非常重要,但在低度屈曲及高度屈曲角度下对膝关节的运动学影响很小(图2)。

图2
图2 CR-flex TKA膝关节屈曲过程肌肉承受复合负荷下PCL的张力。在低(<60°)和高(>135°)屈曲角度下观察到的PCL最低张力(-30N)。[摘自图3 Most et al. J. Arthroplasty 2005, Vol. 20(4), pp. 529-535]. PCL,后交叉韧带;CR,交叉韧带保留型;TKA,全膝关节置换;deg,角度。

接下来,我们使用机器人测试系统和TekScan压力传感器,沿着膝关节屈曲轨迹确定了传统和高屈曲CR-TKA设计的接触面积和峰值接触点的位置(接触区域的质心)[17]。虽然两种TKA假体在整个运动范围内表现出相似的运动学,但它们的接触表现却不同:当屈曲角度大于90°时,高屈曲度设计TKA的峰值接触点比传统TKA更靠前。两种TKA设计假体的胫股关节接触点均在150°达到聚乙烯衬垫的后缘。传统设计的TKA假体较高屈曲假体提前15°-30°达到聚乙烯衬垫的后缘,但是与高屈TKA假体却有相似的接触面积。

PS-TKA的运动学

使用机器人实验装置,对13具尸体膝关节标本进行研究,评估固定平台、高屈曲PS TKA系统(LPS-Flex,Zimmer)限制膝关节高屈曲的生物力学机制[29]。在模拟生理肌肉负荷下,记录从0°–150°屈曲时股骨髁的后滚和胫骨的旋转(图3)。数据显示,正常膝关节从完全伸直至屈曲150°股骨髁的后滚达到峰值,分别为22.9±11.3 mm和31.9±12.5mm。在TKA术后,股骨的后滚较正常膝关节减小。TKA能恢复正常膝关节0°–150°屈曲范围大约90%的股骨髁的后滚活动。观察所有膝关节完全活动范围内的胫骨内旋。凸轮-立柱结构大约在屈曲80°产生接触,在屈曲135°分离。尽管缺乏凸轮-立柱的接触,在135°–150°时出现了更大的股骨后滚。

图3
图3 正常膝关节与高屈曲PS TKA在膝关节股四头肌与腘绳肌的复合负荷下的股骨后滚。(A)外侧髁;(B)内侧髁(*, P<0.05)。 [摘自图2 Li et al., JBJS 2004, Vol. 86-A(8), pp. 1721-9]。PS,后方的替代;TKA,全膝关节置换;deg,角度。

PS TKA假体的胫骨立柱设计是为了增加股骨的后滚。近几年不同PS TKA假体的回顾研究发现,胫骨立柱的前侧出现了磨损和变形。我们使用机器人装置模拟脚后跟着地,研究立柱与股骨组件的前方撞击[30]。在预设的负荷下,确定过伸(−9°至0°)和低屈曲角度(0°至30°)完整的膝关节运动学和原位前交叉韧带(ACL)的张力。使用PS-TKA假体重建相同的膝关节。在相同的载荷条件下,测量TKA的运动学和胫骨立柱的接触应力。我们的研究数据表明,正常膝关节的前交叉韧带承载负荷,并有助于膝关节在低屈曲和过伸时的稳定性。TKA术后,胫骨立柱上产生了较大的原位接触应力(屈曲−9°时为252.4±173N),提示胫骨立柱与股骨组件的前方撞击。因此,相比于撞击后的正常膝关节,TKA假体表现出更小的股骨后滚。因此,在屈曲−9°时,正常膝关节的内侧髁前移0.1±1.1 mm,而TKA膝关节股骨内侧髁向前移位5.6±6.9mm。当正常膝关节外侧髁前移1.5±1.0mm时,TKA膝关节外侧髁则会前移2.1±5.8mm。

CR和PS TKA的运动学比较

CR和PS TKA在膝关节置换术中应用广泛。然而,在相同载荷下CR和PS TKA与正常膝关节运动学对比的数据仍有限。我们研究了正常膝关节、CR、后交叉韧带缺失的CR和PS TKA的膝关节双侧股骨髁的股骨后滚[20,26]。测量0°–120°的屈曲范围内作用于后交叉韧带和凸轮-立柱结构的负荷。CR和PS TKA与后交叉韧带缺失的CR TKA在0°–30°屈曲范围内有相似的表现。屈曲超过30°时,CR TKA表现为双侧股骨髁的后移显著增加。PS TKA仅在屈曲90°后才出现股骨后移的显著增加。CR TKA后交叉韧带的张力及与PS TKA凸轮-立柱的接触应力仅仅在屈曲≥90°以后才增加。在达到屈曲120°时,两种假体的人工关节置换恢复了约正常膝关节80%的股骨后滚。研究发现在所有膝关节中,股骨外侧髁后滚距离大于内侧髁,表明膝关节屈曲过程中存在胫骨的内旋。


体内TKA的生物力学

准确理解CR或PS TKA中后交叉韧带和凸轮-立柱结构的体内生物力学,对于理解功能负荷条件下的膝关节生物力学和提高假体组件使用寿命具有重要意义。这些知识可能为TKA影响膝关节屈曲的因素提供非常重要的见解。本节回顾了我们在CR或PS-TKA术后体内膝关节生物力学方面的研究。

CR TKA的运动学

使用上述MRI和DFIS组合技术,我们评估了伴有内侧间室OA膝关节在CR TKA手术前后负重屈膝运动过程中的体内运动学,并与正常膝关节的结果进行比较[31-33]。在OA与正常的膝关节中也看到相似的胫骨内旋和外旋活动。然而,与正常膝关节相比,伴有OA的膝关节在屈曲0°–105°时表现出更小的股骨后滚运动,在屈曲0°–45°时有更大的内翻旋转。此外,OA膝关节的股骨位置比正常膝关节更偏内侧,尤其是在屈曲30°–60°时。CR TKA术后膝关节运动学并没有恢复至正常水平。在屈曲0°–105°时,胫骨内旋和股骨后滚活动显著减小。此外,CR TKA在膝关节屈曲的早期阶段出现异常的股骨前移,在整个负重屈曲过程中股骨位于胫骨外侧。我们还发现,CR TKA术后出现更大的胫骨后方接触面积,内侧和外侧间室的活动范围减小(图4)。与OA膝关节相比,CR TKA的内、外侧接触点之间的距离要更大一些。关节接触的中心点从术前位于胫骨平台内侧到术后转移到胫骨平台的外侧。在分析CR-TKA后交叉韧带的功能时,我们发现与正常膝关节相比,OA膝关节的后交叉韧带纤维束在膝关节屈曲的后期阶段出现过度拉伸,在整个屈曲过程中更倾向于内侧。CR TKA术后,后交叉韧带纤维束在后期屈曲时进一步过度拉伸,从正常膝关节和OA膝的内侧变为几乎矢状位,可能会影响它控制膝关节的旋转功能。

图4
图4 TKA术前和术后内外侧关节面的平均接触面积与内外侧接触面的中点。根据术前膝关节的坐标系绘制所有相应的点。实线和虚线分别表示完全伸直和最大屈曲时内侧和外侧接触点之间的距离. [摘自图4 Li et al., JOR 2015, Vol. 33(3), pp.349-358]. TKA,全膝关节置换。

我们使用常规和高屈曲CR组件(15 NexGenCR, 11 NexGen CR-Flex)研究了TKA术后六个自由度的膝关节运动学以及胫骨股骨的接触区域[18]。每位患者采用单腿弓步并通过DFIS成像。分析膝关节过伸、屈曲0°–90°(每15°为一次增量)和最大屈曲时的数据。使用CR假体的患者(110.1°±13.4°)和CR-Flex患者(108.2°±13.2°) 在负重位下的膝关节平均最大屈曲度相似,两组之间运动学无显著性差异。然而,在高屈曲时,CR-Flex的胫股关节面匹配度比CR假体更高,这表明对于可以实现高屈曲的患者,使用高屈曲组件改善了在高屈曲时的胫股接触环境。

PS TKA的体内运动学

我们纳入24例PS TKA(LPS-Flex,Zimmer)的膝关节,分析在负重站位、单腿弓步从完全伸直到最大屈曲时的股骨后移、胫骨内旋和凸轮-立柱的啮合[34]。当股骨凸轮的表面模型与胫骨柱的表面模型重叠时,凸轮-立柱的啮合即确定。所有受试者的平均最大屈曲角度为112.5°±13.1°。凸轮-立柱啮合的平均屈曲角度为91.1°±10.9°。屈曲0°–30°时股骨前移,接下来的屈曲范围内出现股骨后滚。从完全伸直到屈曲90°,胫骨内旋大约增加6°,并在进一步的屈曲过程中逐渐减小。从屈曲0°–30°,内侧和外侧髁的接触点后移,屈曲30-90°仍保持相对恒定,从屈曲90°至最大屈曲角度进一步后移。PS-TKA高屈曲时,体内凸轮-立柱的啮合,增加了股骨的后滚,减少了胫骨的内旋。

接下来,我们研究了PS TKA负重屈曲>130度时的生物力学[6],包括六个自由度的运动学、胫股关节接触和凸轮-立柱的接触。患者平均负重屈曲角度139.5°±4.5°。当膝关节屈曲超过90°,股骨后滚和胫骨内旋逐渐增加,当达到最大屈曲度时,胫骨内旋迅速增加。在屈曲100.3°±6.7°时观察到凸轮-立柱的啮合。5例膝关节在达到最大屈曲角度之前,就出现了凸轮-立柱的分离。7例膝关节中有5例在最大屈曲角度出现了股骨外侧髁的抬起,有1例出现内侧髁的抬起。

我们测量了11例OA 患者TKA (NexGen LPS, Zimmer) 术后在膝关节完全伸直时股骨组件box和胫骨立柱前部之间的接触面积[35]。63%的健康人群(11例中有7例)负重下完全伸直时,检测到胫骨立柱前方的接触面积(图5),从 0.5到80.9 mm²。膝关节胫骨立柱前部接触病例的过伸角(−8.4°±4.3°)明显高于未接触的病例(1.4°±7.28°)。有立柱前方接触(2.7°±2.7°)和无立柱前方接触(−1.3°±2.2°)病例之间,股骨组件相对于股骨干的屈曲角度存在显著性差异。这些研究结果表明采用后稳定型假体的TKA患者,在膝关节过伸的情况下确实产生胫骨立柱的前部接触。

图5
图5 胫骨立柱接触区域。 (A) TKA完全伸直时的示意图; (B)股骨的盒子与胫骨聚乙烯立柱关节面的放大图.两个曲面之间的交点,红色标记,指示胫骨立柱前部的接触区域。[摘自图1 Hanson et al., JOR 2007, Vol. 25(11), pp. 1447-1453]. TKA,全膝关节置换。

影响高屈曲的因素

我们采用两种屈曲轴线:外科通髁轴(sTEA)和股骨髁几何中轴,评估了11例CR TKA患者术前及术后股骨内外侧髁的高度及股骨的前后移动[36]。每位患者采用负重单腿弓步站位。我们也测量了内侧副韧带浅层(sMCL)和外侧副韧带(LCL)术前及术后长度变化[37]。每条韧带被分成三等份:前部、中部和后部。定量分析TKA术后膝关节屈曲导致的韧带长度变化。

一般来说,TKA术后膝关节在0°–90°之间保持良好的平衡。然而,股骨内侧和外侧髁的高度在中度屈曲的时候并不相等(15°–45°,内侧髁比外侧髁至少低2.4mm,P<0.01)。然而,股骨髁的高度较术前增加(平均增加>2mm,P<0.05),它们与正常膝关节相似,除了在0°–90°内侧的sTEA低于正常内侧髁。屈曲>90°时,双侧股骨髁要显著高于健康的膝关节(>2mm,P<0.01)。TKA膝关节在中度屈曲时,股骨髁的前移更为明显,然而在高屈曲时股骨的后滚有限。仅在TKA术后低度屈曲(0°–30°)时,sMCL长度才显著增加;LCL在完全伸直时长度减少,高屈曲时长度增加。TKA术后最大屈曲角度的增量与sMCL前部(P=0.010,r=0.733)(图6A)、中部(P=0.049,r=0.604)以及LCL的前部(P=0.010, r=0.733)延长的增量呈负相关。

图6
图6 影响高屈曲的因素。(A)最大屈曲角度的改变与TKA后最大屈曲时sMCL的前部延长(%)的变化(摘自图3 Park et al., J. Biomechanics 2015, Vol 48(3), pp. 418-424); (B)凸轮-立柱啮合的角度和膝关节最大屈曲之间的相关性(虚线)(摘自图6 of Suggs et al., KSSTA 2008, Vol 16, pp. 290-296). sMCL,内侧副韧带的浅层;TKA,全膝关节置换;deg,角度。

此外,我们还研究了24例PS TKA患者体内负重屈曲期间凸轮-立柱的啮合时间与最大屈曲角度之间的关系[34]。数据表明,初始的凸轮-立柱啮合与膝关节最大屈曲角度轻微相关(r=0.51,P=0.019) (图6B)。较迟一些的凸轮-立柱的啮合可能与更大的屈曲度相关。如果可以确定影响凸轮-立柱啮合的时间因素,适当处理这些因素可以改善PS TKA术后膝关节的功能。


总结

术后膝关节运动学对于TKA膝关节的临床成功率至关重要。以前的文献报道了TKA的膝关节股骨髁矛盾前移运动和减少的股骨髁后滚的范围[3,5-7,9,11,18,38-41]。平均而言,大多数现代的TKA膝关节最大屈曲角度不会超过120°[42,43]。因此,提高对TKA术后膝关节运动学的认识,对于改进TKA设计和手术植入物至关重要。我们的实验室在分析体外和体内的TKA运动学方面拥有超过20年的经验。本文综述了我们在CR和PS TKA的主要研究结果。

体外研究

我们的体外研究数据表明,使用CR或PS假体TKAs后,大多数股骨后滚和胫骨旋转均可恢复。然而,正常膝关节仅靠这些条件可能不足以达到我们所要求的膝关节屈曲度。TKA术后的临床结果可能受其他因素影响,如术前活动范围、屈曲间隙的平衡、胫股后关节面的接触稳定性、股四头肌收缩和患者的主观能动性[44]。数据表明,PCL是CR TKAs膝关节中度屈曲过程中的一个重要结构,正确的平衡对于植入物的运动学成功至关重要。凸轮-立柱的啮合对恢复PS TKAs啮合后股骨的后滚很有价值。PS-TKA的胫骨立柱的前方撞击被证明在膝关节过伸时作为ACL的替代物而发挥作用,有助于前向的稳定性。然而,前方撞击可能导致额外的聚乙烯磨损和胫骨立柱的失效。传递的冲击力也可能导致背面磨损和部件松动。理解胫骨立柱功能的优缺点,有助于进一步改进部件设计和手术技术,从而提高TKA术后膝关节的稳定性和假体组件的使用寿命。

这些数据可能有助于进一步改进手术技术与假体设计提供依据,从而恢复正常的膝关节功能。然而,应该注意的是体外数据的临床相关性应通过体内观察研究进行验证。

体内研究

体内TKA运动学数据能够帮助我们理解终末期膝关节OA患者CR或PS TKA术后膝关节的生物力学功能。我们的研究表明,CR或PS TKA可能会导致膝关节在前后与内外方向运动学的显著变化。

目前的CR-TKA系统和手术技术可能不足以重建正常PCL纤维束和侧副韧带的生物力学。我们的研究数据表明,术中良好间隙平衡的膝关节不一定会在功能性负重活动期间实现中度及高度屈曲的间隙平衡。这就意味着膝关节在中度屈曲的不稳和高屈曲时绷紧。结果表明,TKA术后最大屈曲角度时侧副韧带长度的增加可能与膝关节最大屈曲度的减小有关。为了实现TKAs后膝关节的最大屈曲度,我们需要在膝关节达到最大屈曲角度时处理侧副韧带。

对于PS-TKAs来说,虽然当胫骨立柱前部产生过多的接触可能导致聚乙烯磨损及潜在的失效,但我们发现低度屈曲时,胫骨立柱可能表现为替代ACL的作用,从而在后稳定TKAs术后提供关节的稳定性。凸轮-立柱的后部啮合确实有助于改善股骨后滚,但在高屈曲时也会产生脱离。凸轮-立柱结构初始啮合的时间与膝关节的最大屈曲度相关。


结论

这些数据提供了对现代TKA运动学特征的见解,例如屈曲中段的不稳定,高屈曲等。这可能有助于未来改进治疗终末期OA的假体设计和手术技术。未来的纵向研究应明确体内膝关节运动学的改变对聚乙烯衬垫的寿命和TKA术后长期临床结果的影响。


Acknowledgments

Funding: None.


Footnote

Conflicts of Interest: All authors have completed the ICMJE uniform disclosure form (available at http://dx.doi.org/10.21037/aoj.2016.09.02). The authors have no conflicts of interest to declare.

Ethical Statement: The authors are accountable for all aspects of the work in ensuring that questions related to the accuracy or integrity of any part of the work are appropriately investigated and resolved.

Open Access Statement: This is an Open Access article distributed in accordance with the Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivs 4.0 International License (CC BY-NC-ND 4.0), which permits the non-commercial replication and distribution of the article with the strict proviso that no changes or edits are made and the original work is properly cited (including links to both the formal publication through the relevant DOI and the license). See: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/.


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译者介绍
万俊明
中山大学附属第七医院骨科。医学博士,副主任医师,从事骨科及生物材料研究;近五年以第一作者发表SCI期刊论文5篇,主要发表在Journal of materials science-materials in medicine,International Orthopaedics,The journal of arthroplasty等期刊;主持及参与国家自然科学基金、省自然科学基金、省级重点研发计划等科研项目6项。(更新时间:2021/8/29)
审校介绍
刘银平
莆田市第一医院。主治医师,硕士研究生,毕业于南方医科大学,主要从事关节与运动损伤等骨科疾病诊治与研究,发表SCI及核心期刊论文10余篇,《局解手术学》杂志审稿专家,多次受邀省级及国家级学术会议专题演讲。(更新时间:2021/8/29)

(本译文仅供学术交流,实际内容请以英文原文为准。)

doi: 10.21037/aoj.2016.09.02
Cite this article as: Li G, Kernkamp WA, Rubash HE. In vitro and in vivo kinematics of total knee arthroplasty—a review of the research at the Orthopaedic Bioengineering Laboratory of the Massachusetts General Hospital (MGH). Ann Joint 2016;1:20.

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