踝关节外侧韧带损伤机制研究及其危险因素的随机生物力学评定

踝关节是人体运动的重要枢纽及承重关节很容易发生损伤，而踝关节损伤又以外侧韧带损伤最为多见，其损伤机制研究及危险因素的生物力学评定，是减少运动损伤的基本途径。本研究从生物力学角度探讨踝关节外侧韧带的损伤机制并提取危险因素，基于蒙特卡洛(Monte-Carlo)随机方法对踝关节外侧韧带损伤的危险因素进行生物力学定量评价这一独特研究视角，以不同运动状态下"健康者"和"踝关节外侧韧带损伤者"足踝系统的运动学与动力学对比分析结果为研究依据；结合有限元法，探讨"健康者"和"踝关节外侧韧带损伤者"不同姿态下足踝系统内部应力分布规律，研究踝关节外侧韧带损伤发生机制，并对其危险因素进行生物力学量化评定。为全面深入地认识踝关节外侧韧带损伤机制，预防踝关节损伤以及损伤出现后如何快速治疗和进行康复训练，减少后遗症的发生提供理论依据。

踝关节损伤是日常生活和运动中最易发生的损伤之一，严重影响着人们的生活质量。利用生物力学领域相关理论知识研究踝关节外侧韧带损伤，有利于帮助人们更好的了解踝关节生物力学特征，继而对踝关节损伤机制有更深的认识。. 本研究运用Qualysis三维运动影像分析系统与Kistler 三维测力台同步测试法，对受试者进行生物力学数据采集，研究中对踝关节外侧韧带损伤者与健康者时间、空间运动学参数进行对比，发现损伤者患侧、健侧与健康者时间、空间参数均存在差异。步态周期内损伤者患侧跖屈角度、背屈角度明显减小；健侧跖屈角度增大；患侧、健侧的内翻、内旋角度增大，外翻角度与健康者无差异。这说明患侧跖屈-背屈活动范围减小，健侧增大；患侧、健侧内翻-外翻与内旋活动范围均有变化。损伤者患侧背屈力矩小于健康者，最大值为：0.056±0.015 Nm/Kg，健侧背屈力矩大于健康者，最大值为0.082±0.007 Nm/Kg。患侧、健侧踝关节外翻力矩的最大值大于健康者：0.194±0.028Nm/Kg，0.157±0.067Nm/Kg。患侧内翻力矩大于健康者，最大值为：-0.089±0.015Nm/Kg；健侧踝关节内翻力矩小于健康者，最大值：-0.050±0.016 Nm/Kg；利用CT图像结合Mimics、ANSYS等计算机科学软件，建立了踝关节三维有限元模型，建立了支撑相前期、中期和后期三个不同相位阶段形态的带有外侧韧带踝关节有限元模型。分析了人体运动过程中着陆瞬间，胫骨承受较大的应力，最大应力值为46.88MPa。将所研究的足踝结构变量模拟为Normal分布和Gamma分布，在无损情况下测量并估算参数的分布状态以及可能造成损伤的极限值，运用蒙特卡罗模拟方法，在每个参数分布范围内随机采样进行50万次模拟。通过模拟分析发现女性损伤次数显著高于男性损伤，约是男性的2倍。运动中较小的踝关节屈角，较大的地面反作用力，小腿前倾以及压力中心更靠近踝关节是影响踝关节外侧韧带损伤的主要因素。. 希望本研究得到的结果能够为全面深入地认识踝关节外侧韧带损伤的发生机制，预防踝关节损伤以及损伤出现后如何快速治疗和进行康复训练，减少后遗症的发生提供理论依据。