人体膝关节体内运动学的性别差异研究

人工膝关节置换手术例数近年来迅速增加，其中女性患者占60%以上，但女性患者在术中安装假体时常出现股骨假体"侧方悬出"等不匹配问题，影响术后功能；此外，女性非接触性前交叉韧带损伤的发生率和骨性关节炎的发生率均约为男性的3倍。目前对这些现象的产生机制还不明确，而男、女性在膝关节运动学和形态学上的差异可能是其重要原因。最新研究表明，西方男、女性间膝关节形态存在显著差异；在美国，关于男、女性膝关节运动学特性差异的研究也开始起步，而我国的相关研究均为空白。本研究将采用膝关节运动学研究领域的突破性进展，美国哈佛医学院研发的"基于二维影像的三维空间立体定位技术"，精确建立3D关节模型，在计算机内真实再现人体关节的体内运动状态，对我国男、女性间膝关节运动学特性和形态差异进行系统研究，为制定针对性的膝关节损伤和疾病的预防和治疗措施，发展适合我国人体特点的膝关节假体和性别特异型假体提供科学依据。

系统测量和描述中国人膝关节形态及男、女性膝关节形态的性别差异是设计适合中国人的人工膝关节假体的前提。本课题首先建立并测量了中国人及美国人膝关节3D模型。远端股骨的测量指标包括内外径、前后径、髁间窝宽度、内/外髁宽度、股骨滑车形态、及股骨内/外髁的矢状面形态等。近端胫骨测量包括内/外侧平台的前后径、内外径、及后倾角等。对以上数据进行统计分析，比较膝关节形态的人种间差异和性别间差异。. 此外，本课题分析了PCR-TKA术前、后，关节体内运动学变化及后交叉韧带（PCL）的关节内功能。研究募了11名晚期膝关节骨性关节炎（OA）患者，利用双X线透视系统分别摄取膝关节在PCR-TKA手术前、后，关节负重屈曲运动时的双X线图像。在电脑内复制真实双X线透视环境，利用患者的3D关节模型确定关节在三维空间内的位置。测量关节在6个自由度上的位移和旋转情况。PCL韧带束的运动学用伸长率、抬升角、和偏离角描述。通过对以上数据分析，比较在膝屈曲运动中OA膝关节、PCR-TKA膝关节、及正常膝关节的体内运动学特征差异，以及PCL在OA关节内及PCR-TKA关节内的功能。. 结果显示，中、美人体膝关节差异主要表现为中国人体膝关节整体上小于美国人膝关节，中国女性远端股骨显著窄于美国女性。中国男、女性膝关节形态的性别差异表现为中国女性远端股骨尺寸整体小于中国男性，女性远端股骨显著窄于男性，女性股骨内髁前后径小于男性。在矢状面上，中国男、女性股骨外髁胫股关节面曲线半径整体小于内髁。. 关节体内运动学分析表明，在膝负重屈曲活动过程中OA膝关节的内/外旋活动与正常膝关节相似，但内翻角增大，且股骨向后移动距离减少，而向内侧移动距离增加。PCR-TKA术后，胫骨内旋角度和股骨后移距离比术前均进一步降低；膝屈曲早期，股骨出现“矛盾性前移”；在膝屈曲整个过程中，股骨相对于胫骨外移明显。此外，研究发现PCR-TKA术后，PCL在膝屈曲活动过程中被过度伸长，这可能会限制关节屈曲；在内、外侧指向上，PCL内侧偏离角减小，几乎成为前后向走行，失去了控制关节旋转的能力。. 总之，本研究显示中国女性远端股骨显著窄于美国女性；中国女性远端股骨窄于中国男性。研究还发现PCR-TKA术后关节运动学及PCL功能不能被恢复到正常水平。本研究结果对提高人工膝关节假体设计、手术技术和术后功能有重要参考意义。