伸膝裝置聯(lián)合重排術(shù)治療復(fù)發(fā)性髕骨脫位術(shù)后運動學分析

蔡國鋒，李彥林*，寧梓文，韓睿，賈笛，李松，宋恩，王旭

(1.昆明醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院運動醫(yī)學科，云南 昆明 650032；2.昆明醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院內(nèi)分泌2科，云南 昆明 650032)

膝關(guān)節(jié)術(shù)前、術(shù)后的功能評分及對比分析在一定程度上可對伸膝裝置聯(lián)合重排術(shù)治療復(fù)發(fā)性髕骨脫位的療效進行評估，但功能評分易受患者認知能力的影響，不能客觀、精確地進行評估。三維步態(tài)分析儀的出現(xiàn)，為伸膝裝置聯(lián)合重排術(shù)治療復(fù)發(fā)性髕骨脫位的療效評估提供了一種準確、客觀、定量的評估方法[1-4]。

步態(tài)分析是對于人類的行走狀態(tài)運用力學原理、解剖學原理、生理學知識進行對比分析的一種研究方法。步態(tài)定量分析是通過專門設(shè)計的機械獲得客觀的數(shù)據(jù)并對其進行分析[5]。三維運動學參數(shù)測量現(xiàn)已常用于臨床步態(tài)分析并為步態(tài)研究和臨床實踐提供關(guān)鍵的指標。本研究中，應(yīng)用Opti_Knee膝關(guān)節(jié)三維運動分析系統(tǒng)，對伸膝裝置聯(lián)合重排術(shù)治療的復(fù)發(fā)性髕骨脫位患者進行平均步長、平均步數(shù)、最大屈伸角度、內(nèi)外翻轉(zhuǎn)角度、內(nèi)外旋轉(zhuǎn)角度、前后位移、上下位移及內(nèi)外位移測定，對術(shù)前、術(shù)后12個月相關(guān)數(shù)據(jù)進行對比分析，并將術(shù)后12個月相關(guān)數(shù)據(jù)與在年齡段及身體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)差異無統(tǒng)計學意義的健康志愿者進行對比分析，從而客觀地分析伸膝裝置聯(lián)合重排術(shù)治療復(fù)發(fā)性髕骨脫位對膝關(guān)節(jié)運動學的影響，進一步明確伸膝裝置聯(lián)合重排術(shù)治療復(fù)發(fā)性髕骨脫位的療效，現(xiàn)報告如下。

1 資料與方法

1.1 手術(shù)組 納入標準：2016年1月至2021年10月收治的12～16歲，經(jīng)病史詢問、體格檢查、髕骨軸位片證實為復(fù)發(fā)性髕骨脫位，根據(jù)術(shù)前評估及討論決定行錨釘輔助伸膝裝置聯(lián)合重排術(shù)的患者。排除標準：年齡<12歲(本研究曾嘗試對12歲以下患者進行膝關(guān)節(jié)運動學分析，但當該類患者步頻較快時，易出現(xiàn)患者摔倒或不能配合完成膝關(guān)節(jié)運動學分析情況)；因患膝疼痛無法進行膝關(guān)節(jié)運動學分析患者；術(shù)前檢查及術(shù)中探查發(fā)現(xiàn)明顯膝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻畸形；合并膝關(guān)節(jié)前后交叉韌帶、膝關(guān)節(jié)內(nèi)外側(cè)副韌帶斷裂的病例。

手術(shù)組45例，其中男21例，女24例；年齡12～16歲，平均(13.00±1.25)歲；右膝20例，左膝25例；BMI(24.66±1.66)kg/m2，所有患者術(shù)前脛骨結(jié)節(jié)至股骨滑車溝距離(tibial tubercle-trochlear groove，TT-TG)>2.00 cm[2.01～2.86 cm，平均(2.10±0.84)cm]。所有病例均為復(fù)發(fā)性髕骨脫位。

1.2 健康對照組 共納入45例，其中男23例，女22例；年齡12～16歲，平均(14.00±0.75)歲；右膝22例，左膝23例；BMI(20.79±1.31)kg/m2。該組平均年齡、BMI與手術(shù)組比較，差異無統(tǒng)計學意義，至自愿進行膝關(guān)節(jié)運動學分析前否認膝關(guān)節(jié)疾患病史。

1.3 儀器及方法

1.3.1 三維步態(tài)分析儀

1.3.1.1 一般信息 產(chǎn)品名稱：膝關(guān)節(jié)三維運動分析系統(tǒng)；產(chǎn)品型號：ProJoint；電源：AC 220V 50HZ 1000VA；系列號：PJ-160825-01

1.3.1.2 設(shè)備組成 該設(shè)備主要由導(dǎo)航級紅外鏡頭、高速度自動攝像機、雙向自動跑步機、十字形反光球鋼體及Polygon和Bodybuilder數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等組成。

1.3.2 膝關(guān)節(jié)三維運動分析方法 分析測試由受過指定專業(yè)培訓(xùn)和有豐富臨床經(jīng)驗的醫(yī)師進行。采集患者一般信息，包括姓名、性別、年齡、身高、體重、左(右)膝、診斷及病史等。測試中患者下身穿一次性緊身運動短褲，以保證標志點在運動中的位置充分顯露并滿意捕捉，防止衣物對反光點的遮擋及干擾，受試前先讓患者在運動平臺上以自然和習慣的姿勢和速度步行數(shù)次，以便適應(yīng)實驗環(huán)境，避免在受試過程中出現(xiàn)跌倒等意外情況。調(diào)整紅外線攝像頭焦距，拍攝鏡頭高度150 cm，運動平臺與步態(tài)分析系統(tǒng)主機上紅外線攝像頭間距2 m。囑被檢查者抬頭挺胸、眼睛平視前方，保持標準站立姿勢，在患者檢測肢體捆綁綁帶并固定紅外反射標記點，綁縛要點：(1)大腿與小腿分別綁縛一條綁帶，確保受試膝關(guān)節(jié)正常運動。(2)綁縛位置為大腿下端1/3及小腿上段1/3。(3)確保正常走路時綁帶不會下滑。(4)剛體應(yīng)穩(wěn)固粘貼在綁帶上并與紅外鏡頭平行。順序標記7個骨性標記點(股骨大轉(zhuǎn)子、股骨外上髁、股骨內(nèi)上髁、外踝、外側(cè)脛骨平臺、內(nèi)踝、內(nèi)側(cè)脛骨平臺)。

囑被檢查者按照平時習慣行走方式在恒定速度3 km/h的運動平臺上放松行走，進入數(shù)據(jù)采集界面，待患者步速穩(wěn)定后，采集15 s的膝關(guān)節(jié)運動學分析數(shù)據(jù)并自動生成報告。相同方法進行對側(cè)膝關(guān)節(jié)運動學分析并生成報告(見圖1～2)。

1.5 膝關(guān)節(jié)運動分析參數(shù) 所有患者分別于術(shù)前、術(shù)后12個月采用上述方法行膝關(guān)節(jié)運動學分析，采集患者患側(cè)膝關(guān)節(jié)的步長、步數(shù)、最大屈伸角度、內(nèi)外翻轉(zhuǎn)角度、內(nèi)外旋轉(zhuǎn)角度、前后位移、上下位移及內(nèi)外位移數(shù)據(jù)。同時對至自愿進行膝關(guān)節(jié)運動學分析前否認膝關(guān)節(jié)疾患的健康受試者進行膝關(guān)節(jié)運動學分析。

圖1 Opti_Knee膝關(guān)節(jié)運動測試報告

圖2 根據(jù)測試報告生成的膝關(guān)節(jié)運動曲線圖

2 結(jié) 果

2.1 手術(shù)前后患膝膝關(guān)節(jié)運動學數(shù)據(jù)比較 術(shù)前與術(shù)后12個月患膝膝關(guān)節(jié)運動學分析數(shù)據(jù)比較中，最大屈曲角度、最大外翻角度、最大外旋角度、最大向前位移、最大向后位移、最大向上位移、最大向下位移、最大向內(nèi)位移、最大向外位移均差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)；平均步數(shù)、平均步長、最大伸直角度上兩者間差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05，見表1)。

2.2 術(shù)后12個月患膝與健康對照組膝關(guān)節(jié)運動學數(shù)據(jù)比較 術(shù)后12個月患膝相關(guān)膝關(guān)節(jié)動力學分析相關(guān)數(shù)據(jù)與健康志愿者對比，平均步數(shù)、平均步長、最大屈曲角度、最大伸直角度、最大內(nèi)翻角度、最大外翻角度、最大內(nèi)旋角度、最大外旋角度、最大向前位移、最大向后位移、最大向上位移、最大向下位移、最大向內(nèi)位移等參數(shù)差異均無統(tǒng)計學意義(見表1)。

表1 手術(shù)組術(shù)后12個月與術(shù)前、健康對照組膝關(guān)節(jié)運動學數(shù)據(jù)比較

2.3 術(shù)前、術(shù)后12個月手術(shù)組患膝與健康對照組膝關(guān)節(jié)運動學數(shù)據(jù)比較 患膝術(shù)前、術(shù)后12個月與健康對照組在平均步數(shù)、平均步長、最大伸直角度上差異有統(tǒng)計學意義，但術(shù)后12個月與健康對照組比較差異無統(tǒng)計學意義(見圖3～5)。

注：*與術(shù)后12個月及健康對照組相比，P<0.01

注：*與術(shù)后12個月及健康對照組相比，P<0.01

注：*與術(shù)后12月及健康對照組相比，P<0.01

3 討 論

3.1 三維步態(tài)分析儀及膝關(guān)節(jié)運動學分析的臨床應(yīng)用 三維步態(tài)分析現(xiàn)已常用于臨床步態(tài)分析并為步態(tài)研究和臨床實踐提供關(guān)鍵的指標。三維運動學參數(shù)測量系統(tǒng)主要由四部分組成：運動捕捉系統(tǒng)，測力臺，肌電遙測系統(tǒng)以及計算機處理系統(tǒng)[6]。三維運動學參數(shù)測量系統(tǒng)已代替?zhèn)鹘y(tǒng)足印分析法成為步態(tài)分析的主流趨勢。

由于步態(tài)分析涵蓋內(nèi)容眾多，分析過程復(fù)雜，目前針對步態(tài)中具體包含的各個部分關(guān)節(jié)的研究較為普遍，其中膝關(guān)節(jié)的運動學分析是較常見的內(nèi)容。

膝關(guān)節(jié)運動分析參數(shù)包括步長、步數(shù)、膝關(guān)節(jié)在三維空間里各維度的運動一共14個分析參數(shù)。步長是一側(cè)足跟著地到緊接著的對側(cè)足跟著地所行進的長度，通常用cm標識。步長與身高有關(guān)，身材越高，步長越長。平均步數(shù)即行走距離/步長，步長越長，步數(shù)越少。膝關(guān)節(jié)在行走過程中出現(xiàn)屈伸、內(nèi)外翻、內(nèi)外旋、向前后位移、向上下位移、向內(nèi)外位移[7]，這些位移受到包括中樞系統(tǒng)、身體平衡和協(xié)調(diào)控制，是足、踝、膝、髖、軀干、頸、肩、臂的肌肉和關(guān)節(jié)的協(xié)同運動，影響因素眾多。

目前膝關(guān)節(jié)運動分析已廣泛用于膝關(guān)節(jié)置換、膝關(guān)節(jié)韌帶重建術(shù)后的療效評估，然而對于髕骨脫位術(shù)后的膝關(guān)節(jié)運動分析，國內(nèi)外研究較少。劉德健等[8]通過Opti_Knee膝關(guān)節(jié)三維運動分析系統(tǒng)探討了3D打印截骨導(dǎo)板輔助人工全膝關(guān)節(jié)置換術(shù)的早期療效，發(fā)現(xiàn)術(shù)后3個月與傳統(tǒng)組相比，3D打印組膝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻角活動范圍減小、屈伸角增大。在此基礎(chǔ)上，筆者科室進行了髕骨脫位的術(shù)后膝關(guān)節(jié)運動分析。

本研究發(fā)現(xiàn)，由于上述膝關(guān)節(jié)運動學分析步驟中髕骨缺乏定位點[9]，此外，髕骨脫位成因極為復(fù)雜，患者往往雙膝關(guān)節(jié)均有不同程度髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)表現(xiàn)[10-12]，難以使用對側(cè)肢體作為正常對照，因此在本實驗中采用術(shù)前、術(shù)后12個月患膝自身對照，并與健康志愿者對照方式進行對比分析，以探索伸膝裝置聯(lián)合重排術(shù)對復(fù)發(fā)性髕骨脫位患者術(shù)后12個月膝關(guān)節(jié)運動學的影響。

3.2 伸膝裝置聯(lián)合重排術(shù)治療復(fù)發(fā)性髕骨脫位對膝關(guān)節(jié)運動學的影響 本研究中伸膝裝置聯(lián)合重排術(shù)治療的復(fù)發(fā)性髕骨脫位患者的膝關(guān)節(jié)運動學分析數(shù)據(jù)顯示：術(shù)前、術(shù)后12個月患者在膝關(guān)節(jié)的最大伸直角度、平均步數(shù)、平均步長上差異有統(tǒng)計學意義，而術(shù)后12個月患者相關(guān)膝關(guān)節(jié)運動學分析數(shù)據(jù)與健康志愿者差異無統(tǒng)計學意義。

Sowiński等[3]通過對10例外側(cè)髕骨脫位患者進行步態(tài)分析后指出：髕骨脫位患者其步態(tài)特征為步速減慢，步頻降低及膝關(guān)節(jié)過伸。而Carnesecchi等[4]通過對30例內(nèi)側(cè)髕骨支持帶重建術(shù)后6個月患者進行步態(tài)分析指出術(shù)后6個月步態(tài)在正常步行速度時其步態(tài)與正常相似。本研究結(jié)論與其部分相似，分析原因認為，本組復(fù)發(fā)性髕骨脫位患者多以多次脫位后亞急性期入院，因長期髕股關(guān)節(jié)不穩(wěn)及多次脫位導(dǎo)致髕股關(guān)節(jié)軟骨損傷，從而出現(xiàn)膝關(guān)節(jié)疼痛，此外因擔心髕骨脫位發(fā)生，于行走時采取代償性步態(tài)，而手術(shù)后由于髕骨穩(wěn)定性恢復(fù)，患者關(guān)節(jié)軟骨損傷情況得到改善，膝關(guān)節(jié)疼痛明顯緩解，因此步態(tài)情況較術(shù)前有明顯改善并趨于正常。

所以，本研究發(fā)現(xiàn)膝關(guān)節(jié)運動學分析的方法應(yīng)用于伸膝裝置聯(lián)合重排術(shù)治療術(shù)后12個月復(fù)發(fā)性髕骨脫位患者能較精確地定量分析患者膝關(guān)節(jié)靜態(tài)和動態(tài)情況下的生物力學變化特點，進行關(guān)節(jié)運動分析，提供關(guān)節(jié)運動曲線，從而為客觀的評定術(shù)后療效、康復(fù)方案的制定及康復(fù)療效的評估提供更大的幫助。

3.3 本研究局限性 (1)在研究過程中發(fā)現(xiàn)，部分復(fù)發(fā)性髕骨脫位患者術(shù)前及術(shù)后因患膝疼痛及年齡太小，不能堅持完成步態(tài)分析，導(dǎo)致納入研究對象的樣本量相對較少，術(shù)后時間相對較短，可能在一定程度上降低了統(tǒng)計學分析效力。(2)因髕骨上缺乏定位點，不能測量髕骨相對于股骨的相對位移、旋轉(zhuǎn)等數(shù)據(jù)，導(dǎo)致特異性不強。(3)該研究僅對伸膝裝置聯(lián)合重排術(shù)后12個月患者進行了膝關(guān)節(jié)運動學對比分析，遠期結(jié)果有待進一步觀察。

綜上所述，伸膝裝置聯(lián)合重排術(shù)治療復(fù)發(fā)性髕骨脫位可獲得滿意的早期膝關(guān)節(jié)功能恢復(fù)。膝關(guān)節(jié)運動學分析可更加客觀的評估膝關(guān)節(jié)手術(shù)前后動態(tài)情況，對臨床療效評估具有一定的指導(dǎo)意義。