伸膝裝置聯合重排術治療復發性髕骨脫位術后運動學分析

蔡國鋒，李彥林*，寧梓文，韓睿，賈笛，李松，宋恩，王旭

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

膝關節術前、術后的功能評分及對比分析在一定程度上可對伸膝裝置聯合重排術治療復發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。三維步態分析儀的出現，為伸膝裝置聯合重排術治療復發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]。

步態分析是對于人類的行走狀態運用力學原理、解剖學原理、生理學知識進行對比分析的一種研究方法。步態定量分析是通過專門設計的機械獲得客觀的數據并對其進行分析[5]。三維運動學參數測量現已常用于臨床步態分析并為步態研究和臨床實踐提供關鍵的指標。本研究中，應用Opti_Knee膝關節三維運動分析系統，對伸膝裝置聯合重排術治療的復發性髕骨脫位患者進行平均步長、平均步數、最大屈伸角度、內外翻轉角度、內外旋轉角度、前后位移、上下位移及內外位移測定，對術前、術后12個月相關數據進行對比分析，并將術后12個月相關數據與在年齡段及身體質量指數(body mass index，BMI)差異無統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合重排術治療復發性髕骨脫位對膝關節運動學的影響，進一步明確伸膝裝置聯合重排術治療復發性髕骨脫位的療效，現報告如下。

1 資料與方法

1.1 手術組 納入標準：2016年1月至2021年10月收治的12～16歲，經病史詢問、體格檢查、髕骨軸位片證實為復發性髕骨脫位，根據術前評估及討論決定行錨釘輔助伸膝裝置聯合重排術的患者。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節運動學分析，但當該類患者步頻較快時，易出現患者摔倒或不能配合完成膝關節運動學分析情況)；因患膝疼痛無法進行膝關節運動學分析患者；術前檢查及術中探查發現明顯膝關節內外翻畸形；合并膝關節前后交叉韌帶、膝關節內外側副韌帶斷裂的病例。

手術組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，所有患者術前脛骨結節至股骨滑車溝距離(tibial tubercle-trochlear groove，TT-TG)>2.00 cm[2.01～2.86 cm，平均(2.10±0.84)cm]。所有病例均為復發性髕骨脫位。

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與手術組比較，差異無統計學意義，至自愿進行膝關節運動學分析前否認膝關節疾患病史。

1.3 儀器及方法

1.3.1 三維步態分析儀

1.3.1.1 一般信息 產品名稱：膝關節三維運動分析系統；產品型號：ProJoint；電源：AC 220V 50HZ 1000VA；系列號：PJ-160825-01

1.3.1.2 設備組成 該設備主要由導航級紅外鏡頭、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數據處理系統等組成。

1.3.2 膝關節三維運動分析方法 分析測試由受過指定專業培訓和有豐富臨床經驗的醫師進行。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次，以便適應實驗環境，避免在受試過程中出現跌倒等意外情況。調整紅外線攝像頭焦距，拍攝鏡頭高度150 cm，運動平臺與步態分析系統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，確保受試膝關節正常運動。(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)剛體應穩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(股骨大轉子、股骨外上髁、股骨內上髁、外踝、外側脛骨平臺、內踝、內側脛骨平臺)。

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，進入數據采集界面，待患者步速穩定后，采集15 s的膝關節運動學分析數據并自動生成報告。相同方法進行對側膝關節運動學分析并生成報告(見圖1～2)。

1.5 膝關節運動分析參數 所有患者分別于術前、術后12個月采用上述方法行膝關節運動學分析，采集患者患側膝關節的步長、步數、最大屈伸角度、內外翻轉角度、內外旋轉角度、前后位移、上下位移及內外位移數據。同時對至自愿進行膝關節運動學分析前否認膝關節疾患的健康受試者進行膝關節運動學分析。

圖1 Opti_Knee膝關節運動測試報告

圖2 根據測試報告生成的膝關節運動曲線圖

2 結 果

2.1 手術前后患膝膝關節運動學數據比較 術前與術后12個月患膝膝關節運動學分析數據比較中，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、最大向內位移、最大向外位移均差異無統計學意義(P>0.05)；平均步數、平均步長、最大伸直角度上兩者間差異有統計學意義(P<0.05，見表1)。

2.2 術后12個月患膝與健康對照組膝關節運動學數據比較 術后12個月患膝相關膝關節動力學分析相關數據與健康志愿者對比，平均步數、平均步長、最大屈曲角度、最大伸直角度、最大內翻角度、最大外翻角度、最大內旋角度、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、最大向內位移等參數差異均無統計學意義(見表1)。

表1 手術組術后12個月與術前、健康對照組膝關節運動學數據比較

2.3 術前、術后12個月手術組患膝與健康對照組膝關節運動學數據比較 患膝術前、術后12個月與健康對照組在平均步數、平均步長、最大伸直角度上差異有統計學意義，但術后12個月與健康對照組比較差異無統計學意義(見圖3～5)。

注：*與術后12個月及健康對照組相比，P<0.01

注：*與術后12個月及健康對照組相比，P<0.01

注：*與術后12月及健康對照組相比，P<0.01

3 討 論

3.1 三維步態分析儀及膝關節運動學分析的臨床應用 三維步態分析現已常用于臨床步態分析并為步態研究和臨床實踐提供關鍵的指標。三維運動學參數測量系統主要由四部分組成：運動捕捉系統，測力臺，肌電遙測系統以及計算機處理系統[6]。三維運動學參數測量系統已代替傳統足印分析法成為步態分析的主流趨勢。

由于步態分析涵蓋內容眾多，分析過程復雜，目前針對步態中具體包含的各個部分關節的研究較為普遍，其中膝關節的運動學分析是較常見的內容。

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

目前膝關節運動分析已廣泛用于膝關節置換、膝關節韌帶重建術后的療效評估，然而對于髕骨脫位術后的膝關節運動分析，國內外研究較少。劉德健等[8]通過Opti_Knee膝關節三維運動分析系統探討了3D打印截骨導板輔助人工全膝關節置換術的早期療效，發現術后3個月與傳統組相比，3D打印組膝關節內外翻角活動范圍減小、屈伸角增大。在此基礎上，筆者科室進行了髕骨脫位的術后膝關節運動分析。

本研究發現，由于上述膝關節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雜，患者往往雙膝關節均有不同程度髕股關節不穩表現[10-12]，難以使用對側肢體作為正常對照，因此在本實驗中采用術前、術后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，以探索伸膝裝置聯合重排術對復發性髕骨脫位患者術后12個月膝關節運動學的影響。

3.2 伸膝裝置聯合重排術治療復發性髕骨脫位對膝關節運動學的影響 本研究中伸膝裝置聯合重排術治療的復發性髕骨脫位患者的膝關節運動學分析數據顯示：術前、術后12個月患者在膝關節的最大伸直角度、平均步數、平均步長上差異有統計學意義，而術后12個月患者相關膝關節運動學分析數據與健康志愿者差異無統計學意義。

Sowiński等[3]通過對10例外側髕骨脫位患者進行步態分析后指出：髕骨脫位患者其步態特征為步速減慢，步頻降低及膝關節過伸。而Carnesecchi等[4]通過對30例內側髕骨支持帶重建術后6個月患者進行步態分析指出術后6個月步態在正常步行速度時其步態與正常相似。本研究結論與其部分相似，分析原因認為，本組復發性髕骨脫位患者多以多次脫位后亞急性期入院，因長期髕股關節不穩及多次脫位導致髕股關節軟骨損傷，從而出現膝關節疼痛，此外因擔心髕骨脫位發生，于行走時采取代償性步態，而手術后由于髕骨穩定性恢復，患者關節軟骨損傷情況得到改善，膝關節疼痛明顯緩解，因此步態情況較術前有明顯改善并趨于正常。

所以，本研究發現膝關節運動學分析的方法應用于伸膝裝置聯合重排術治療術后12個月復發性髕骨脫位患者能較精確地定量分析患者膝關節靜態和動態情況下的生物力學變化特點，進行關節運動分析，提供關節運動曲線，從而為客觀的評定術后療效、康復方案的制定及康復療效的評估提供更大的幫助。

3.3 本研究局限性 (1)在研究過程中發現，部分復發性髕骨脫位患者術前及術后因患膝疼痛及年齡太小，不能堅持完成步態分析，導致納入研究對象的樣本量相對較少，術后時間相對較短，可能在一定程度上降低了統計學分析效力。(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、旋轉等數據，導致特異性不強。(3)該研究僅對伸膝裝置聯合重排術后12個月患者進行了膝關節運動學對比分析，遠期結果有待進一步觀察。

綜上所述，伸膝裝置聯合重排術治療復發性髕骨脫位可獲得滿意的早期膝關節功能恢復。膝關節運動學分析可更加客觀的評估膝關節手術前后動態情況，對臨床療效評估具有一定的指導意義。