劉誠 趙領(lǐng)財 王浩 白筍蓬

步態(tài)反映了肢體的平衡性和關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性[1]。韌帶表面存在的感受器能通過神經(jīng)運動系統(tǒng)調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)的活動,當膝前交叉韌帶(anterior cruciate ligament ACL)損傷后,感受器的改變會影響肌肉的活動,隨之步態(tài)發(fā)生改變?？陀^、定量的步態(tài)分析能反映受傷后膝關(guān)節(jié)功能變化;同樣ACL的重建在改善膝關(guān)節(jié)功能的同時,步態(tài)方面也會發(fā)生改變。因此,步態(tài)參數(shù)分析作為體現(xiàn)膝關(guān)節(jié)的運動學和運動力學的精確的量化指標,在了解ACL損傷情況、ACL重建術(shù)后的康復(fù)方案及恢復(fù)效果的評定上起著重要作用。以往對前交叉韌帶損傷步態(tài)的研究只局限于矢狀面上的屈伸運動,即便是應(yīng)用三維步態(tài)分析,也是把髖、膝、踝作為一個整體來分析。膝關(guān)節(jié)并不是一個簡單的屈伸關(guān)節(jié),它的活動涉及到三維空間三個平面。本研究從三維角度評定分析ACL損傷前后的步態(tài)變化特點以及膝關(guān)節(jié)局部各個角度的活動范圍變化情況。

對象與方法

一、對象

2018年8月～2020年6月收治的25例單側(cè)ACL損傷病人為損傷組,受傷至手術(shù)的平均時間為2.5個月(1周～12個月),其中男性16例、女性9例,年齡19～45歲,平均25.5歲,術(shù)中關(guān)節(jié)鏡檢查證實為ACL完全斷裂并行自體腘繩肌解剖重建術(shù),所有手術(shù)由同一組醫(yī)生完成并采取一致的術(shù)后康復(fù)計劃,既往無其他膝關(guān)節(jié)疾患,不合并其他韌帶損傷(后交叉韌帶、內(nèi)外側(cè)副韌帶等)、半月板撕裂、膝關(guān)節(jié)軟骨損傷及膝關(guān)節(jié)周圍骨折等。對照組25例,為健康人,其中男性16例、女性9例,年齡20～45歲,平均26.5歲。所有病人均排除膝關(guān)節(jié)外傷及相關(guān)疾病,不合并膝內(nèi)外翻,并經(jīng)膝關(guān)節(jié)核磁檢查及專業(yè)醫(yī)師對實驗對象行膝關(guān)節(jié)查體,均無陽性體征。受試對象臨床資料見表1。

表1 受試對象基本資料比較

二、方法

1.手術(shù)方法: 病人取仰臥位,行腰麻或全麻,待麻醉生效后,上止血帶,常規(guī)手術(shù)消毒鋪巾,選取標準膝關(guān)節(jié)前內(nèi)側(cè)及前外側(cè)手術(shù)入路,先行關(guān)節(jié)鏡探查,確診ACL單純斷裂。于同側(cè)脛骨結(jié)節(jié)內(nèi)側(cè)行斜切口,顯露鵝足止點,游離出半腱肌和股薄肌肌腱,肌腱剝離器取出全長的股薄肌腱和半腱肌腱,將殘存肌肉組織剝除,肌腱折疊,可吸收縫線編織縫合兩端,然后測量直徑及長度備用。鏡下行膝關(guān)節(jié)腔清理,尤其是髁間窩處,脛骨端一般保留部分ACL殘端,通過ACL脛骨導(dǎo)向器明確脛骨通道關(guān)節(jié)內(nèi)點,鉆入1枚克氏導(dǎo)針定位,空芯鉆沿克氏針方向制備脛骨隧道。然后屈膝90°再定位ACL在股骨端關(guān)節(jié)內(nèi)點,克氏針過髁間窩沿右膝10∶30方向/左膝1∶30方向定位,空芯鉆沿克氏針鉆取股骨隧道,導(dǎo)入自制腘繩肌腱,兩端用力拉緊,保持肌腱有一定張力,屈膝位股骨端擰入擠壓螺釘,而伸膝位擰入脛骨端擠壓螺釘。

2.康復(fù)方法:膝關(guān)節(jié)支具固定8周,術(shù)后麻藥清醒后可行CPM或踝泵運動,術(shù)后第2天或第3天第1次換藥后開始鍛煉,從0°～30°開始進行無痛的膝關(guān)節(jié)主動屈曲及被動伸直活動,逐漸增加膝關(guān)節(jié)屈伸活動和肌力鍛煉,術(shù)后3周內(nèi)爭取屈膝接近90°。術(shù)后7～10天根據(jù)情況開始在支具固定下扶拐下地行走,患肢不負重,3周后患肢開始循序漸進負重,行股四頭肌等長收縮、腘繩肌收縮及直腿抬高功能訓練,8周后去除膝關(guān)節(jié)支具,完全負重行走。3個月后練習慢跑,半年后視情況可進行適應(yīng)性體育活動,并有針對性的指導(dǎo)其蹲馬步增加下肢肌力的訓練力度。

3.測試方法:本研究使用東方新銳DVMC-8820三維運動分析系統(tǒng),采樣頻率為60 Hz,絕對誤差<1 mm。該系統(tǒng)由3部分組成:分布在實驗室頂部1周的12臺紅外線攝像機、以3個點代表一段剛體共16個反光標記點、調(diào)控并分析處理的計算機及輔助設(shè)備。

設(shè)定“高精度三維動作采集軟件”中的標識點總數(shù)和標識點連接(圖1)。事先準確調(diào)試步態(tài)分析主機與紅外線攝像頭之間的配置,以及測量范圍[2]。受試者上身衣服不要太寬松(以不遮蓋臀部為準),防止衣物對反光點遮擋;下身穿緊身運動短褲或合身病號服盡量留足夠的空間給標記點;不能有鞋襪遮蓋足部。讓受試者先在跑步機運動平板上行走幾遍,待適應(yīng)測試環(huán)境后,試驗者身體完全放松以站立姿勢站在前進方向,雙足跟于同一直線,雙足之間距離大概等同于肩寬。應(yīng)用步態(tài)分析設(shè)備及軟件捕捉圖像1秒,該數(shù)據(jù)即為個人站姿的標準數(shù)據(jù),在后面行走過程中的數(shù)據(jù)均會與該數(shù)據(jù)進行分析、對比。

圖1 ACL重建術(shù)后病人動作采集軟件中的標識點總數(shù)和標識點連接. 上端紅色為健側(cè),粉色為患側(cè)

上面過程全部完成后,囑試驗者以平時習慣開始自然行走,行走的速度以個人感覺與平時行走無差異感最為適宜,設(shè)定平板運行速度為1.6 km/h,觀察損傷組在自由自主情況下開始采集120秒步態(tài)數(shù)據(jù)(圖2)。按照術(shù)前、術(shù)后3、6、9、12個月收集受試者步態(tài)數(shù)據(jù)并行Lysholm膝關(guān)節(jié)功能評分,對照組按此方法同時捕捉數(shù)據(jù)。

圖2 三種關(guān)節(jié)角標準化

4.觀測指標:觀測的運動學及動力學參數(shù)包括:膝關(guān)節(jié)屈伸轉(zhuǎn)角、內(nèi)外翻轉(zhuǎn)角、內(nèi)外旋轉(zhuǎn)角三個角度。截取運動平板上行走狀態(tài)穩(wěn)定時的10個連續(xù)步態(tài)周期計算分析各參數(shù),然后導(dǎo)出進一步統(tǒng)計學分析。為保證步態(tài)數(shù)據(jù)的準確及可靠性,若出現(xiàn)步行周期數(shù)據(jù)未顯示,則需要剪切理想的數(shù)據(jù)片段進行分析。

三、統(tǒng)計學分析

應(yīng)用MotAnaly軟件選取每組病人中測試的完整步態(tài)數(shù)據(jù),確保每個步態(tài)周期的完整性,把步態(tài)參數(shù)、正規(guī)化后的膝關(guān)節(jié)角數(shù)據(jù)保存到Excel,然后用SPSS22.0對其進行分析,損傷組手術(shù)前后及術(shù)后不同時間段參數(shù)分析采用單因素方差分析,損傷組與對照組參數(shù)比較采用非配對t檢驗。P<0．05為差異有統(tǒng)計學意義。

結(jié)果

1.步態(tài)參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果:對正常組與損傷組術(shù)前、術(shù)后3、6、9、12個月跟蹤隨訪測其步態(tài)數(shù)據(jù),行Lysholm膝關(guān)節(jié)功能評分,結(jié)果見表2。術(shù)前Lysholm 評分為(62.35±3.45)分,術(shù)后 3 個月、 6 個月、 9 個月、 12 個月Lysholm 評分分別為(78.16±3.58)分、(85.36±3.35)分、(88.46±3.21)分、(93.62±3.51)分,與術(shù)前比較,差異有統(tǒng)計學意義(P<0．05)。對照組屈曲角度-2°～66°,內(nèi)外翻轉(zhuǎn)角度-5°～9°,內(nèi)外旋轉(zhuǎn)角度-4°～8°;ACL損傷后屈曲角度-5°～52°,內(nèi)外翻轉(zhuǎn)角度-3°～24°,內(nèi)外旋轉(zhuǎn)角度-13°～14°;ACL 自體腘繩肌腱重建術(shù)后 3 個月時屈曲角度-2°～47°,內(nèi)外翻轉(zhuǎn)角度-5°～9°,內(nèi)外旋轉(zhuǎn)角度-6°～10°;AC自體腘繩肌腱重建術(shù)后 6 個月時屈曲角度-2°～59°,內(nèi)外翻轉(zhuǎn)角度-4°～8°,內(nèi)外旋轉(zhuǎn)角度-5°～8°;ACL 自體腘繩肌腱重建術(shù)后 9 個月時屈曲角度-2°～64°,內(nèi)外翻轉(zhuǎn)角度-2°～9°,內(nèi)外旋轉(zhuǎn)角度-2°～8°;ACL 自體腘繩肌腱重建術(shù)后 12 個月時屈曲角度-2°～65°,內(nèi)外翻轉(zhuǎn)角度-1°～9°,內(nèi)外旋轉(zhuǎn)角度-1°～8°。ACL斷裂后膝關(guān)節(jié)由屈到伸、內(nèi)外旋轉(zhuǎn)、內(nèi)外翻轉(zhuǎn)上的角度變化范圍均較對照組變大,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05);但術(shù)后9個月及術(shù)后12個月各角度活動度接近,差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05);伴隨著康復(fù)的時間延長,術(shù)后4個隨訪時間點的膝關(guān)節(jié)各角度較術(shù)前日趨改善,其中重建術(shù)后9個月和12個月時的步態(tài)與術(shù)后3個月時比較,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。

表2 關(guān)節(jié)角度參數(shù)統(tǒng)計結(jié)果 (度)

2.典型病例:病人,男性,右膝外傷后腫痛活動受限1個月。體格檢查:右膝略腫脹,過伸過屈試驗(+),前抽屜試驗(+),后抽屜試驗(-),內(nèi)外側(cè)方試驗(-)。見圖3。

A:術(shù)前MRI示AC術(shù)前MRI示ACL從股骨端斷裂;B:關(guān)節(jié)鏡下可明確ACL斷裂;C:鏡下顯示重建ACL

討論

ACL重建術(shù)后的韌帶移植物需要經(jīng)歷一系列韌帶化過程,包括炎癥反應(yīng)、再血管化、纖維化與重塑等。在這個過程中,重建后的韌帶會經(jīng)歷逐漸增強的變化,ACL重建術(shù)后12周左右,整個置入物周圍發(fā)生血管再生,然后進入韌帶化期,并繼續(xù)重塑向正常ACL的方向發(fā)展[3]。由此推測,重建后的韌帶需經(jīng)歷一些適應(yīng)過程才能發(fā)揮真正作用。本研究結(jié)果表明,術(shù)后6個月內(nèi)三維角度與術(shù)前相比有差異,可能與移植物的牢靠固定及對移植物的預(yù)張有關(guān)[4]。隨著術(shù)后移植物的韌帶化及腱骨愈合過程,膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性日趨改善,術(shù)后9個月后三維角度已與正常無明顯差異,行ACL自體腘繩肌腱解剖單束重建手術(shù)效果良好。

既往對膝關(guān)節(jié)的研究大多只關(guān)注矢狀面,無法對膝關(guān)節(jié)的運動進行三維分析[5],更無法讓受試對象在主動行走下捕捉數(shù)據(jù)參數(shù)。本研究結(jié)果表明,膝關(guān)節(jié)運動并不是單純矢狀面的運動,而是屈伸的同時伴隨著內(nèi)外翻轉(zhuǎn)、內(nèi)外旋轉(zhuǎn),即三維運動,正常人和ACL損傷的病人均有規(guī)律可循。本實驗是在受試者自主能動且負重條件下,結(jié)合自身狀況,盡量跟日常行走一樣的步態(tài),行走一定時長后,同時對膝關(guān)節(jié)屈伸、內(nèi)外翻、內(nèi)外旋三維運動參數(shù)進行動態(tài)采集測量的過程。

本研究25例ACL損傷后運動與運動力學指標均發(fā)生明顯變化,本次實驗ACL損傷組得到的膝關(guān)節(jié)屈伸、內(nèi)外翻、內(nèi)外旋三個角度的數(shù)據(jù)與既往研究一致[6]。ACL損傷后,膝關(guān)節(jié)角度會產(chǎn)生適應(yīng)性的變化,這種改變是膝關(guān)節(jié)在神經(jīng)肌肉調(diào)控下針對ACL損傷后的代償性變化[7]。本研究中,ACL損傷組膝關(guān)節(jié)表現(xiàn)出一種站立相伸膝角度較正常組增加和擺動相屈膝角度較正常組減小,屈膝角度減小可能由于損傷后股四頭肌活動導(dǎo)致的脛骨前移,以及膝關(guān)節(jié)不穩(wěn)、疼痛不適有關(guān)[8]。膝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻及小腿內(nèi)外旋的角度較正常組均增大,可能與前交叉韌帶控制旋轉(zhuǎn)的作用和對抗股四頭肌牽拉脛骨的作用消失,和股四頭肌、后交叉韌帶以及其他肌肉的作用有關(guān),同時膝關(guān)節(jié)內(nèi)外翻及脛骨內(nèi)外旋角度的增大也代表著膝關(guān)節(jié)的不穩(wěn)。本研究中25例ACL重建病人術(shù)前及術(shù)后3個月通過增加屈膝角度來加強關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性,表現(xiàn)出ACL損傷后引起的特異性“股四頭肌逃避步態(tài)”[9]。25例ACL損傷病人通過自體腘繩肌腱重建ACL大約9個月后患肢疼痛減輕,股四頭肌功能恢復(fù),對于膝關(guān)節(jié)穩(wěn)定性,尤其是伸膝功能影響加強,膝關(guān)節(jié)屈伸、內(nèi)外翻及內(nèi)外旋活動等步態(tài)各方向數(shù)據(jù)能接近正常的參數(shù)特征,患肢由此得出ACL損傷行重建手術(shù)后能逐漸恢復(fù)下肢的正常步態(tài),并且手術(shù)后平均9個月可與常人在步態(tài)特征上無明顯區(qū)別。

本研究選取的受試對象均為行自體腘繩肌腱解剖單束重建ACL的病人,由于ACL重建有多種取材術(shù)式[10],技術(shù)方法因術(shù)者習慣等原因不統(tǒng)一,現(xiàn)仍無一種公認的最佳術(shù)式,比如按肌腱來源分為人工韌帶、自體或異體骨-髕腱-骨[11],自體或異體肌腱等;按手術(shù)方式分為單束單隧道重建、雙束單隧道重建、雙束雙隧道重建等[12]。移植物固定可以使用界面擠壓螺釘、門型或橫穿釘及懸吊鋼板等。以上不同選擇均會影響術(shù)后步態(tài)恢復(fù)的周期,下一步仍需深入研究[13]。以往步態(tài)分析的設(shè)備,通常采用的光電捕捉皮膚標記點的方法,其標記點在動態(tài)捕捉中容易丟失,需要反復(fù)采集步態(tài)數(shù)據(jù),增加了實驗的繁瑣和不確定性。我們通過在緊貼皮膚的彈性繃帶上做皮膚標記點,利用三個標記點確定一段剛體,并且標記點的三角位置相對固定,盡可能把可能發(fā)生的誤差控制在一定范圍內(nèi),使其精確度達到最高,但考慮到肌肉收縮的影響因素及在行走中皮膚標記點相對骨骼有位移,對結(jié)果可能造成誤差仍是本實驗研究最主要的限制因素。三維光電捕捉皮膚標記點有很大的優(yōu)勢可用于臨床異常膝關(guān)節(jié)運動的描述,本實驗通過對正常人與前交叉韌帶損傷的病人進行三維步態(tài)分析,計算出膝關(guān)節(jié)屈伸、內(nèi)外翻、內(nèi)外旋三個角度在每個周期中的數(shù)據(jù),并通過運動特征智能分析軟件自動描繪出三個運動角度的曲線圖,發(fā)現(xiàn)三個膝關(guān)節(jié)角度在運動時是有一定規(guī)律的,而且發(fā)現(xiàn)ACL損傷組與對照組角度變化規(guī)律的明顯差異,膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)角度、翻轉(zhuǎn)角度的增大導(dǎo)致了ALC患肢膝關(guān)節(jié)的不穩(wěn)定。行韌帶重建術(shù)后,隨著康復(fù)計劃的進行膝關(guān)節(jié)三維角度變化范圍逐漸縮小,膝關(guān)節(jié)功能評分逐漸提高,膝關(guān)節(jié)也日趨穩(wěn)定。

本實驗通過三維運動捕捉步態(tài)分析系統(tǒng)實現(xiàn)了對ACL損傷前后及其重建術(shù)后的膝關(guān)節(jié)功能量化評價,結(jié)果表明,自體腘繩肌腱解剖單束重建ACL起到了穩(wěn)定膝關(guān)節(jié)的作用,提高了Lysholm膝關(guān)節(jié)功能評分,隨著時間推移,ACL損傷重建術(shù)后平均需要9個月步態(tài)可達到正常水平,術(shù)后12個月內(nèi)Lysholm膝關(guān)節(jié)功能評分逐漸提高,比以往的定性步態(tài)分析更客觀,真正意義上實現(xiàn)了膝關(guān)節(jié)前后穩(wěn)定、側(cè)向穩(wěn)定及旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定的三維動態(tài)穩(wěn)定性的量化評估。對ACL損傷及其重建術(shù)后進行步態(tài)研究,能更科學地對韌帶損傷的診斷、臨床治療及術(shù)后療效評估、指導(dǎo)其康復(fù)鍛煉,有望成為一種新的輔助檢查手段,應(yīng)用前景廣闊。