膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)副韌帶淺層（sMCL）止點(diǎn)的解剖學(xué)及有限元分析

北京大學(xué)第三醫(yī)院運(yùn)動醫(yī)學(xué)研究所，北京市運(yùn)動醫(yī)學(xué)關(guān)節(jié)傷病重點(diǎn)實驗室（北京100191）

內(nèi)側(cè)副韌帶（medial collateral ligament，MCL）是維持膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定的重要結(jié)構(gòu)之一[1]。內(nèi)側(cè)副韌帶分為深（deep MCL，dMCL）、淺（superficial MCL，sMCL）兩層，其與后斜韌帶（posterior oblique ligament，POL）、關(guān)節(jié)囊和內(nèi)側(cè)肌腱止點(diǎn)一起被稱為膝關(guān)節(jié)的內(nèi)側(cè)韌帶復(fù)合體[2]。在膝關(guān)節(jié)的各韌帶中，內(nèi)側(cè)副韌帶淺層損傷發(fā)病率較高，占膝關(guān)節(jié)韌帶損傷的42%[3]。該結(jié)構(gòu)的損傷可以導(dǎo)致膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)的不穩(wěn)定，同時也可增加其他相關(guān)韌帶（如前交叉韌帶，anterior cruciate ligament，ACL）損傷的風(fēng)險[4]。

臨床上對于內(nèi)側(cè)副韌帶淺層（sMCL）損傷的治療可分為保守治療及手術(shù)治療。目前關(guān)于治療原則尚未完全達(dá)成共識。保守治療通常適用于單獨(dú)的Ⅰ度或Ⅱ度損傷的患者，而Ⅲ度損傷、同時合并多發(fā)韌帶損傷、止點(diǎn)撕脫骨折、慢性膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)不穩(wěn)的患者則通常需要手術(shù)干預(yù)[5]。手術(shù)主要是針對內(nèi)側(cè)副韌帶淺層進(jìn)行縫合、加強(qiáng)修復(fù)或重建。如同時合并后斜韌帶損傷，則可同期對二者進(jìn)行手術(shù)處理[6]。對于急性損傷的患者，行斷端縫合即可重新恢復(fù)其解剖結(jié)構(gòu)。而慢性內(nèi)側(cè)副韌帶損傷的患者，由于其韌帶瘢痕形成及攣縮，單純縫合的手術(shù)難度增大，因此，對于這類患者，行重建手術(shù)是一種更合理的選擇[7]。重建手術(shù)的目的在于恢復(fù)sMCL的原始解剖結(jié)構(gòu)，包括恢復(fù)其纖維走行及止點(diǎn)位置[8]。然而，目前的研究多關(guān)注于內(nèi)側(cè)副韌帶淺層的止點(diǎn)中心點(diǎn)，以中心點(diǎn)定位進(jìn)行重建手術(shù)，但手術(shù)重建sMCL 時尚未將其止點(diǎn)的形態(tài)及其力學(xué)特性考慮在內(nèi)。本研究的目的即是探究內(nèi)側(cè)副韌帶淺層的股骨及脛骨止點(diǎn)的位置、形態(tài)及大小，并通過有限元分析計算得到內(nèi)側(cè)副韌帶淺層的力學(xué)止點(diǎn)分布，從而為手術(shù)治療內(nèi)側(cè)副韌帶淺層損傷提供解剖依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 解剖研究

本實驗選取10例中國成人新鮮膝關(guān)節(jié)標(biāo)本，男6例，女4例。排除有明顯膝關(guān)節(jié)退行性變及解剖異常的關(guān)節(jié)，關(guān)節(jié)囊及各韌帶結(jié)構(gòu)完整。本研究開始前經(jīng)北京大學(xué)第三醫(yī)院倫理委員會審查批準(zhǔn)，嚴(yán)格遵循人體標(biāo)本研究的倫理標(biāo)準(zhǔn)。

沿膝關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)切開皮膚，逐層分離皮下組織，完整顯露內(nèi)側(cè)副韌帶淺層。仔細(xì)游離內(nèi)側(cè)副韌帶淺層，沿其中段橫行切斷，充分暴露其股骨及脛骨止點(diǎn)并標(biāo)記。對于股骨止點(diǎn)，在止點(diǎn)上方1 mm處用手術(shù)刀垂直于纖維走行切斷韌帶，記錄其止點(diǎn)的相關(guān)參數(shù)。對于脛骨止點(diǎn)，由于其附著面較大呈片狀，緩慢沿韌帶走行方向?qū)㈨g帶從骨面撕離。拍攝用記號筆標(biāo)記好的止點(diǎn)，并利用Image J 軟件測量止點(diǎn)的相關(guān)參數(shù)。

1.2 有限元分析

本研究掃描利用正常膝關(guān)節(jié)的三維薄層核磁影像（MR 0.7 mm*0.6 mm*0.7 mm，分辨率256*256，medic3d sag fs），利用三維重建軟件MIMICS 建立膝關(guān)節(jié)三維模型，進(jìn)而通過有限元分析軟件ANSYS 建立人體膝關(guān)節(jié)有限元模型，包括股骨、脛骨、腓骨、前交叉韌帶、后交叉韌帶、內(nèi)側(cè)副韌帶、外側(cè)副韌帶，通過布爾操作建立韌帶與其骨上的附著點(diǎn)的固定連接，內(nèi)側(cè)副韌帶和股骨內(nèi)側(cè)遠(yuǎn)端、脛骨內(nèi)側(cè)近端為光滑摩擦接觸。骨組織材料屬性設(shè)置為彈性模量17 GPa，泊松比（Poission ratio）為0.36；韌帶組織的材料屬性設(shè)置為彈性模量390 MPa，泊松比0.4。模擬臨床伸膝內(nèi)側(cè)副韌帶側(cè)方應(yīng)力試驗，固定股骨，脛骨施加外翻力矩10 N·m。數(shù)據(jù)通過ANSYS 軟件求解，分析脛骨和股骨上的sMCL止點(diǎn)的應(yīng)力分布特點(diǎn)。

2 結(jié)果

2.1 內(nèi)側(cè)副韌帶淺層（sMCL）的大體解剖觀察

sMCL的股骨止點(diǎn)位于股骨內(nèi)上髁（medial epicondyle）后上方，距離股骨內(nèi)上髁距離為6.82 ± 0.64 mm。sMCL的股骨止點(diǎn)呈橢圓形，平均面積為61.64± 7.02 mm2（圖1）。sMCL的脛骨止點(diǎn)附著于脛骨嵴（tibial crest）上，距離關(guān)節(jié)線距離為60.02 ± 0.55 mm。sMCL的脛骨止點(diǎn)近似為矩形，長為28.69 ±4.13 mm，寬為8.99 ± 0.62 mm，長寬比為3.19∶1，面積為217.78 ± 50.32 mm2（圖2）。

圖1 sMCL股骨止點(diǎn)

圖2 sMCL脛骨止點(diǎn)

2.2 內(nèi)側(cè)副韌帶淺層（sMCL）的有限元分析結(jié)果

模擬伸膝側(cè)方應(yīng)力試驗，分析股骨與脛骨端的sMCL 止點(diǎn)的應(yīng)力分布見圖3，韌帶體部的應(yīng)力分布見圖4。有限元分析結(jié)果顯示，在固定股骨并施加脛骨外翻應(yīng)力后，sMCL的體部均存在應(yīng)力，其中韌帶中上部與近脛骨止點(diǎn)處應(yīng)力最大。sMCL 股骨應(yīng)力較高處位于股骨內(nèi)上髁后方，近似一橢圓形，而sMCL 脛骨應(yīng)力較高處位于脛骨嵴上，形狀近似一矩形，與解剖觀察的止點(diǎn)位置基本相符。

圖3 模擬伸膝側(cè)方應(yīng)力試驗時sMCL股骨和脛骨止點(diǎn)的應(yīng)力分布圖

3 討論

3.1 sMCL止點(diǎn)的解剖學(xué)結(jié)果及臨床意義

sMCL的解剖學(xué)基礎(chǔ)對于臨床上手術(shù)治療sMCL有重要指導(dǎo)意義，本研究從定性及定量兩個方面分別描述了sMCL 止點(diǎn)的形狀、大小及與周圍解剖標(biāo)志的距離。目前國際上的文獻(xiàn)報道sMCL的股骨止點(diǎn)位于股骨內(nèi)上髁近端后方，平均面積為71.4～79.6 mm2。而脛骨止點(diǎn)距離膝關(guān)節(jié)線49.6～62.4 mm，平均面積為266.8～348.6 mm2[1，2，4]。本研究與上述研究一起可為今后sMCL的手術(shù)治療提供解剖學(xué)參考。本研究的止點(diǎn)面積較上述研究略小，可能與標(biāo)本量較少、國人骨骼較小有關(guān)。

圖4 模擬伸膝側(cè)方應(yīng)力試驗時sMCL體部（從內(nèi)側(cè)面觀）的應(yīng)力分布圖

本研究同時對sMCL 脛骨止點(diǎn)的長和寬進(jìn)行了測量，結(jié)果顯示sMCL平均長度為28.69 ± 4.13 mm，平均寬度為8.99 ± 0.62 mm，長∶寬為3.19∶1。該結(jié)果揭示了sMCL脛骨止點(diǎn)極其狹長的特性，具有重要的臨床意義。目前，臨床上在重建sMCL脛骨止點(diǎn)時通常采用的固定方式有縫線錨釘固定[9]、擠壓螺釘固定[10，11]、皮質(zhì)骨螺釘結(jié)合帶齒墊片固定[12]。上述文獻(xiàn)中報道的固定裝置的直徑范圍在5 mm～18 mm 之間。然而，本研究的數(shù)據(jù)顯示，上述方法重建后的止點(diǎn)較sMCL原始脛骨止點(diǎn)小，且形狀為圓形，均不能很好地與sMCL 原始的脛骨止點(diǎn)相匹配。這種匹配不當(dāng)可能會造成重建止點(diǎn)應(yīng)力發(fā)生改變，從而無法使術(shù)后重建的韌帶恢復(fù)sMCL原始的生物力學(xué)功能。

3.2 有限元結(jié)果分析及生物力學(xué)止點(diǎn)重建sMCL的理念

近年來，多項研究證明重建sMCL 可顯著改善sMCL損傷患者的臨床主觀和客觀評分[5，9，12]，縮小內(nèi)側(cè)關(guān)節(jié)間隙及恢復(fù)膝關(guān)節(jié)的外翻穩(wěn)定性[8，13]。而在ACL與MCL 出現(xiàn)合并損傷時，同時行ACL 與sMCL 重建可以有效恢復(fù)膝關(guān)節(jié)的外翻及旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定性[14]。Delong等[8]在系統(tǒng)回顧了sMCL和后內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)的手術(shù)效果后，發(fā)現(xiàn)解剖重建、非解剖重建及肌腱轉(zhuǎn)移重建sMCL均可明顯改善患者癥狀和體征，而解剖重建效果要優(yōu)于非解剖重建。無論是何種重建方式，其目的都是重建膝關(guān)節(jié)的內(nèi)側(cè)結(jié)構(gòu)，從而恢復(fù)sMCL原始的生物力學(xué)功能。目前已有文獻(xiàn)報道MCL纖維在膝關(guān)節(jié)不同角度下的應(yīng)力情況[15，16]，然而，尚未有文獻(xiàn)報道MCL止點(diǎn)的應(yīng)力情況。

本研究的有限元結(jié)果顯示伸膝外翻膝關(guān)節(jié)時sMCL的應(yīng)力點(diǎn)接近其止點(diǎn)的位置和形態(tài)，表明sMCL原始止點(diǎn)的完整性是其生物力學(xué)功能的基礎(chǔ)。同時sMCL 脛骨止點(diǎn)的最大應(yīng)力處位于止點(diǎn)近端，表明sMCL 狹長形止點(diǎn)的近端受到的應(yīng)力最大。上述結(jié)果在重建時均應(yīng)予以考慮。依據(jù)本研究解剖學(xué)及有限元分析結(jié)果，借鑒本研究所之前對于ACL 止點(diǎn)研究的理念[17]，本研究提出生物力學(xué)止點(diǎn)重建（biomechanical insertion reconstruction，BIR）sMCL的理念，旨在說明在重建過程中應(yīng)將sMCL止點(diǎn)的形態(tài)及大小也考慮在內(nèi)，而非傳統(tǒng)的中心點(diǎn)定位理論。生物力學(xué)止點(diǎn)重建sMCL不僅能恢復(fù)其止點(diǎn)的原始形態(tài)，達(dá)到解剖重建的目的，更重要的是能最大程度地恢復(fù)sMCL止點(diǎn)原始的生物力學(xué)功能。我們的設(shè)想是將sMCL 脛骨重建后的止點(diǎn)變成一狹長形，定位可參照本研究中止點(diǎn)中心點(diǎn)與關(guān)節(jié)間隙的距離進(jìn)行定位。具體方法為：在關(guān)節(jié)間隙下方60 mm處確定sMCL脛骨止點(diǎn)中心點(diǎn)位置，接著結(jié)合sMCL 原始脛骨止點(diǎn)的位置，向上和向下各約10～15 mm，向前和向后各約5 mm確定重建止點(diǎn)范圍，借鑒肩袖手術(shù)中的單排縫合、雙排縫合或縫線橋技術(shù)[18]，將移植物牢固固定于脛骨上。目前國外有文獻(xiàn)報道[19]應(yīng)用“雙排縫線-橋”技術(shù)，將sMCL重建后的脛骨止點(diǎn)改良成一長條形。生物力學(xué)及影像學(xué)結(jié)果也表明該方法在0°和20°屈膝時與完整膝關(guān)節(jié)標(biāo)本無統(tǒng)計學(xué)差異，表明其取得了較好的效果。我國目前的研究尚未見對sMCL的重建止點(diǎn)進(jìn)行改造的相關(guān)技術(shù)，未來的研究應(yīng)進(jìn)一步探究生物力學(xué)止點(diǎn)重建sMCL的方法與結(jié)果。

4 結(jié)論

本研究通過對膝關(guān)節(jié)sMCL的解剖學(xué)探究闡明了sMCL 止點(diǎn)的形態(tài)、大小及與相關(guān)解剖標(biāo)志的距離，應(yīng)用有限元軟件分析了sMCL止點(diǎn)的力學(xué)分布，同時提出了生物力學(xué)解剖重建sMCL的理念，為未來sMCL 手術(shù)治療提供了理論依據(jù)及新的重建理念。