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膝关节生物力学

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膝关节的生物力学性能简介(下)

膝关节的生物力学性能简介(下)
少 压力 集 中 ［ ］ 虽 然 活动 式 衬 垫 设 计 有 较 好 的生 物 力 学 特 ６。
性 ， 床 上 仍有 失 败 的病 例 。在 我 们 先 前 的 研 究 发 现 ， 为 临 ］因 衬 垫 可 自 由转 动 ， 长 时 间使 用后 衬 垫 磨 损 变 薄 而 减 弱 关 节 在 稳 定性 而 产 生 衬 垫 半 脱 位 ， 可 能 因 为 衬 垫 与 金 属 背 衬 间 的 也 相 对 运 动 较 多 ， 致 产 生 更 多 的微 小 磨 屑 ， 加 骨 溶 解 的 危 导 增 险 ［１ｏ 根 据 目前 的 临 床 研 究 ， 高 分 子 量 聚 乙烯 组 件 的磨 ９］ ， ０ 超
现 两 种 设 计 在髌 骨 滑 动 轨 迹 上 并 无 统 计 学 意 义 ， 基 于嵌 入 但 式 可 增 加 骨 与 髌 骨植 人 物 间 的 接 触 面 积 而 防止 髌 骨 组 件 松
入 时 发 生 组 件 对 位 不 佳 ， 节 衬 垫 也 可 以 稍 微 调 整 位 置 以减 关
正 常 功 能 外 ， 韧 带 过 于 松 弛 会 造 成 关 节 不 稳 定 ， 紧则 可 若 太
能增 加 聚 乙烯 衬 垫 后 方 的磨 损 。如 医 生 选 择 置 换 后 十 字 韧 带 取 代 型 设 计 ， 方 便 切 除 关 节 面 ， 保 恢 复 患 者 术 后 的 膝 关 可 确
节功能。
造 成 聚 乙 烯 材 料 的磨 损 破 裂 。 固定 式 设 计 的关 节 表 面 为 高 若
吻 合 接 触 则 可 能 有 较 高 的拘 束 力 产 生 ， 要 因为 膝 关 节 除 了 主
弯 曲运 动 外 还 会 伴 随 着 旋 转 与 内 、 翻 ， 关节 衬 垫 与胫 骨 外 在 基 座 接 触 面 上 或 是 组 件 与胫 骨 接 触 面 上 常 发 生 剪 应 力 破 坏

膝关节水中屈伸运动时的生物力学特征分析

膝关节水中屈伸运动时的生物力学特征分析
试者分别进 行单次膝 关节最大屈伸运动和连续 多次重复性屈伸运动时股四头肌（ 股 内侧肌 、 股外侧
肌） 和胭绳肌（ 股二 头肌 、半腱肌） 的肌 电信号 ，同时采 用常速摄像机在水下记 录膝关节运动（ 拍摄频
率２ ５ Ｈｚ ） 。结果表 明在膝 关节进行连续重复性屈伸运动时 ，在运动初 始阶段拮抗肌 的肌 电活动低 于主动肌 ，随后拮抗肌活动逐渐升 高直到最大。而在膝 关节单次屈伸运动 中，主动肌的肌 电活动 在膝 关节产 生运动前激活达到最 大，并且在整个运动范围 内单次屈伸运动 时拮抗肌肌 电活动都 比 连 续重复性屈伸运动 时低 ，但是在运动 范围的后期单次运动时主动肌 的肌 电活动 水平要 高于重 复
运动 时。在 两种康复训练模式下 ，膝 关节角速 度曲线模 式以及峰值 角速度值都相似 。结果说 明 ：
水下单次屈伸运动有利 于锻炼主动肌 ，在重复性连续 多次屈 伸膝 关节时 ，主动肌 活动逐 渐减弱 ，
拮抗肌增 强，这种训练模式有利 于前交叉韧 带损伤病人 的康 复。
关 键 词 ：运动 生物力 学；膝 关节屈伸运动 ；水下 ；表 面肌 电
第 ２ ０卷第 ４期
２ ０ １ ３ 年 ７ 月
体
２ ０ Ｎ ｏ． ４
Ｊ ｏ ｕ ｒ ｎ ａ ｌ ｏ ｆ Ｐ ｈ ｙ ｓ ｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｄ ｕ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ
Ｊ Ｕ １．２ ０ １ ３
膝关节水 中屈伸运 动时的生物 力学特 征分析
Ｗｅ ｒ ｅｄ ｏ ｎｇｏ ｉ ｎ ｅｔ ｉ ｍｅ ｍａ ｘ ｉ ｍｕ ｍｋ ｎｅ ｅ ｊ ｏ ｉ ｎ ｔ ｌ ｆ ｅ ｘ ｉ ｏ ｎａ ｎｄ ｅ ｘ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｃ ｏ ｎ ｔ ｉ ｎ ｕ ｏ ｓｌ ｕ ｙ ｒ ｅ ｐ ｅ ａ ｔ ｅ ｄｍｕ ｌ ｉ ｔ － ｉ ｔ ｍ ｅ ｓ ｎｅ ｊ ｋ ｏ ｉ ｎ ｔ ｌ ｆ ｅ ｘ ｉ ｏ ｎ ｎｄ ａ ｅ ｘ ｔ ｅ ｎ ｓ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｐ ｅ ｃ ｔ ｉ ｖ ｅ ｌ ｙ ， ａ ｎ ｄ ｒ ｅ ｃ ｏ ｒ ｄ ｄｋ ｅ ｎｅ ｅ ｊ ｏ ｎ ｉ ｔ ｍｏ ｖ ｅ ｍｅ ｎｔ ｎｄ ｕ ｅ ｒ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ （ ａ ｔ ａ ｓ ｈ ｏ ｏ ｔ ｉ ｎ ｇ ｆ ｒ ｅ ｑ ｕ ｎｃ ｅ ｙ ｏ ｆ ２ ５ Ｉ － Ｉ ｚ ） ｂ ｙ ｓｉ ｕ ｎ ｇ ｃ ｏ ｎ －

生物力学在确定膝关节前交叉韧带损伤危险因素中的应用

生物力学在确定膝关节前交叉韧带损伤危险因素中的应用
体育科研 ２ １ 年 第 ３ 卷 第 ６ ００ １ 期
Ｓｐｏｄ ｅｎ Ｓｃｉ ｃｅ Ｒｅｓ ｅａｒ ｈ ｃ
一
（ ２）同 一 功 能 群 不 同 关 节 角 度 下 的 肌 力 差 异 ： 肌 肉 每 问 题 就 表 现 出 来 。 损 伤 肌 肉 内部 分 结 构 性 变 化 所 致 受 力 时应 力 分 布 特 征 的 功 能群 在 不 同关 节 角 度 下 肌 力 都 ： 其 差 异 性 ， 这 种 差 异 在
用 ”所 致 肌 力 差 异 性 过 大 ， 则 会 加 大 肌 肉损 伤 风 险 。 接 组 织 分 布 上 不 均 衡 ， 以 致 受 力 过 程 中 ， 出 现 力 量 传 递 方 向 的不 均 衡 ， 出现 应 力 分 布 上 的 集 中现 象 。 这 是 损 伤 肌 肉 再损伤 的高频 度发 生的重 要原 因。 ４２ 肌 肉损 伤 的力 学 观 ． 从 力 学 角 度 上 讲 ， 运 动 损 伤 缘 于 力 的 作 用 ， 作 用 于 机
性 若 因 训 练 或 “ 用 ” 所 致 差 异 过 大 ， 会 诱 发 运 动 伤 害 的 改 变 是 导 致 肌 肉重 复 性损 伤 的 主要 结构 性 基 础 。 肌 肉是 空 间 废
发 生 。
的几何 结构 ，收 缩 的力量 依赖 于连 接 结构完 成 力的传 递 。
损 伤 后 的肌 肉在 其 结 构 的 变 化 ，尤 其 瘢 痕 组 织 修 复 的 肌 肉 ，
３４ 力量 其它素质 的内在联 系 ．
人 体 各 类 身 体 素质 之 问 是相 互影 响与 制 约 的 ， 形 成 人 体 的身体 素质 的统 …体 。
４ 运 动性 肌 肉损伤 与修 复
体 的力 的特 征 及 其 相 关 因 素 是 决 定 损 伤 可 能 性 和严 重程 度 的 损 伤 是 指 身 体 组 织 遭 受 的 损 害 （ 身 体 以外 伤 害 引 起 基本 冈素 ；从肌 肉组织本身来讲，负荷 的过载与过用都会导 由 的 ） 运 动损 伤 则是 指 在 体 育 运 动 中所 发 生 的各 种 身 体 组 织 的 致 肌 肉损 伤 的发 生 。 因此 ，影 响 肌 肉损 伤 的 基 本 力 学 冈 素 具 ， 损 害 ，它 的发 生 与 运 动 训 练 安 排 、运 动 项 目与 技 术 动 作 、运 体 可 总 结 为 以下 个 方 面 ：１ Ｌ ）力 的大 小 ， ２ ）力 的 方 向 ，３ ） 动训 练 水 平 、运 动 环 境 与条 件 等 因 素 有 关 。 力 的作 用 时 间 ，４ 力 的作 用 频 率 ，５ ） ）力 作 用 的变 化 率 。

膝关节生物力学与运动学专业术语

膝关节生物力学与运动学专业术语
的增 加而 呈线 性增 加 ， 至材 料机 械 性 的破 坏 。 图 直
由于 膝关 节 的旋 转 轴并 非 固定 在 单一 平 面 ， 作 用于 膝关节 的外力 和肌 肉动力 的作用 点很 少准确地 位于 关节 的中心 ， 以在 膝关 节正常 的伸屈 活动 中 ， 所 这些作 用力 会平移 和旋 转胫 骨 ， 使关 节 呈现 出旋转 与平移 运 动 的结 合 ， 即偶 动 ． 。 沿各 轴 的 平 移 力 ３ ４ Ｊ 等于平 行 于某一特 定 轴线 原 始 力 的矢 量分 量 ， 它的 力矩 是作 用于垂 直这一 特 定轴 线平 面 和垂直 矢量分 量 与力轴垂 直距 离 的分力 的乘 积 。 在 活体 ， 由于 膝关 节 的 外力 很少 准 确地 作 用在 其旋转 轴 的交叉 点 上 ， 以膝 关 节 大 部分 的运 动是 所
孙
康
王光 达
生物力学 运动 学 术语
应 用生物 力学 工程原理 与 临床结台 共 同探讨膝 关 节 的稳定性使 得 有关膝 关节生 物力 学与运 动学方 面 的专 业术语 应运 而生 。及 时准 确地 理解 与掌握这 些专业 术语 ， 但 有 利于 临 床 对相 应 病损 做 出正 确 不 的诊 断和恰 当 的治 疗 ， 有 助 于 临床 与科 研成 果 准 且 确 的交 流和 客观 的评 价 。为 此 ， 文 综台 复 习 了膝 本 关节 生物 力 学 与 膝 关节 运 动学 方 面 的 部分 专 业 术 语． 同时讨 论膝 关节 的功能 与理学 检查 的一些问题 。
果研 究 中不 施加 偶 动 ， 膝关 节 不 能呈 现 正 常 的运 则
指某 一物体 在负荷状 态 下 （ 或受 力时 ） 变量 与 形 原尺 寸之 比。任 何物体受 到 外力 时都会 引起 物体 的 变形 ， 点称 为应变 ． 变形 是局 部 的形 变 。韧 带 的应 变 系指 负荷 状态 下韧带纤 维长 度 与原长度变 化 的百分

从筋骨的力学特性探讨膝关节软骨

从筋骨的力学特性探讨膝关节软骨

从筋骨的力学特性探讨膝关节软骨膝骨关节炎（knee osteoarthritis，KOA）是在生物力学因素和生物学因素的共同作用下，引起膝关节结构和功能损害的一种慢性、进展性骨关节疾病，以关节软骨退变和软骨下骨重建为主要特征，以疼痛、活动障碍为主要临床表现，属中医学“痿痹”范畴[1-3]。

KOA病在筋骨，病位在肝肾。

生理上，筋骨互约互用，处于骨正筋柔的状态;病理上，筋骨相互影响，应于肝肾。

软骨与软骨下骨分别屬于“筋”与“骨”的范畴，从力学角度，软骨具有扩散、传递载荷，缓冲振动，减少关节面磨损等作用;软骨下骨具有支撑、协同、营养软骨的作用。

软骨与软骨下骨协同作用，维系关节内稳态。

因此，本文在中医整体观与平衡观的指导下，以筋骨互用为切入点，采用综合-分析-归纳的方法，从不同角度探讨膝关节软骨-软骨下骨稳态失衡的生物力学机制。

1 KOA软骨-软骨下骨稳态失衡的结构基础与力学机制筋骨是维系膝关节动静力稳定性的核心要素，肌肉、韧带、软骨、滑膜、关节囊，以及血管与神经等属中医学“筋”的范畴，而股骨髁、胫骨髁以及髌骨属中医学“骨”的范畴。

“膝者筋之府”，筋会于节，足三阴三阳经筋结聚于膝关节，且诸筋精气深会于外1/ 7辅骨的膝周处。

筋维络关节以立身，是维持正常下肢力线的关键组成部分，通过维系下肢髋-膝-踝链的平衡，在维持形态、步态、运动功能等方面发挥重要的作用。

膝骨的杠杆作用对运动功能发挥重要作用，当骨解剖结构异常，出现骨性咬合改变，导致股骨髁与胫骨平台间的压应力发生偏移，继而出现软骨退变、软骨下骨囊变和骨赘等病理变化。

生物力学是膝关节筋骨失衡的关键因素，软骨与软骨下骨分别属于“筋”与“骨”的范畴，两者之间是一个协调平衡的动态负重单元，通过吸收、分配与转移关节受到的力学负荷，以及相关代谢，维持关节的形态和内环境稳态。

当软骨和软骨下骨构成的筋骨复合单元失和时，打破了相互之间的动静力平衡，不能约束、维持各自正常的活动范围，则表现为“骨错缝、筋出槽”等病理变化。

膝关节骨性关节炎生物力学模型及其软骨表面应力分析

膝关节骨性关节炎生物力学模型及其软骨表面应力分析

膝关节骨性关节炎生物力学模型及其软骨表面应力分析金哲峰;刘爱峰;王平;张君涛;李远栋;张超;刘世珑;王志强【摘要】背景：膝关节骨性关节炎主要以软骨退变，骨质增生进而影响到关节周围软组织致关节疼痛，负重后加重以及后期致关节变形的慢性疾病。

目的：实验收集膝关节骨性关节炎患者及正常人的膝关节影像学参数，再先后导入各种软件建立模型，然后在模型上模拟膝关节下蹲动作，并收集下蹲过程中膝关节骨性关节炎患者及正常人膝软骨表面的应力数据，并将两者进行对比从而得出膝关节骨性关节炎患者软骨表面应力特征。

方法：收集膝关节骨性关节炎患者及正常人各30例，通过影像学CT，MRI检查获得数据，将得到的数据通过Mimics软件、Simpleware软件分析后建立模型，通过模型获得膝关节软骨应力相关数据，最后进行膝关节骨性关节炎患者与正常人数据的对比分析，分析总结得出膝关节骨性关节炎患者关节软骨的应力特点。

结果与结论：膝关节骨性关节炎患者从站立到下蹲过程中膝软骨表面应力一般呈现非线性递增趋势。

膝关节骨性关节炎患者下蹲过程中膝软骨表面中间外侧应力应力高于正常人体组(P <0.05)，而其下蹲过程中膝软骨表面靠近远端应力及前后侧应力与正常人相比差异无显著性意义(P>0.05)。

结果证实，成功建立膝关节骨性关节炎肌骨模型和有限元模型，建立的模型更接近真实膝关节的运动特征，通过模型为膝关节骨性关节炎疾病提供膝部组织定量的生物力学数据。

%BACKGROUND:Knee osteoarthritis is a chronic disease characterized as cartilage degeneration and hyperostosis to impact the soft tissues around the joints, thereby resulting in joint pain, and it can be aggravated and lead to joint deformity after weight-bearing. OBJECTIVE:On the basis of imaging parameters of knee osteoarthritis patients and normal controls, a model was established. And then, kneesquatting movement was simulated on the model and stress data from the cartilage surface of patients and normal controls were colected and compared, thereby to obtain the stress characteristics of the cartilage surface in knee osteoarthritis patients. METHODS: There were 30 knee osteoarthritis patients and 30 healthy volunteers in the study. CT and MRI data from these participants were colected and analyzed using Mimics software and simpleware software to establish a model. Based on this model, cartilage-related stress data were harvested from knee osteoarthritis patients and healthy volunteers and compared to summarize the stress characteristics of the articular cartilage in patients with knee osteoarthritis. RESULTS AND CONCLUSION:In knee osteoarthritis patients, the stress on the cartilage surface from standing to squatting was increased in a nonlinear manner. During the process of squatting, the mediolateral stress was higher in the knee osteoarthritis patients than healthy controls (P < 0.05); however, there was no difference in the proximodistal and anteroposterior cartilage surface stress between the two groups (P > 0.05). These findings indicate that the knee osteoarthritis musculoskeletal model and finite element model are established successfuly, and these models are closer to the real motion characteristics of the knee joints, based on which, quantitative biomechanical data of the knee can be provided for knee osteoarthritis treatment.【期刊名称】《中国组织工程研究》【年(卷),期】2015(000)029【总页数】5页(P4629-4633)【关键词】组织构建;软骨组织工程;膝关节骨性关节炎;生物力学模型;软骨应力特征;有限元;三维运动捕捉系统;肌骨模型;表面肌电图;人体物理机械特性建立软件;国家自然科学基金【作者】金哲峰;刘爱峰;王平;张君涛;李远栋;张超;刘世珑;王志强【作者单位】天津中医药大学第一附属医院骨伤科，天津市 300193;天津中医药大学第一附属医院骨伤科，天津市300193;天津中医药大学第一附属医院骨伤科，天津市 300193;天津中医药大学第一附属医院骨伤科，天津市 300193;天津中医药大学第一附属医院骨伤科，天津市 300193;天津中医药大学第一附属医院骨伤科，天津市 300193;天津中医药大学第一附属医院骨伤科，天津市 300193;天津中医药大学研究生院，天津市 300193【正文语种】中文【中图分类】R3180 引言 Introduction自从Bresler和Frankel在20世纪中期建立的人膝关节生物力学模型以来，人体膝关节模型的模型得到了快速发展[1]。

足球运动员膝关节损伤的生物力学分析

足球运动员膝关节损伤的生物力学分析

【 关键词】 足球运动员 ； 关节损伤 ； 膝 生物力学
Ｂｏ ｃ ａ ｉａ Ａ ａ ｓ ｆｈ ｅ ｊ ｒ ｆ ｏｔａｌ ｌｙ ｒ ｉｍｅｈ ｎｃ ｌ ｎ ｌ ｉｏ ｅ ｙ ｓ ｔ Ｋｎ ｅ ｎｕ ｙｏ ｏｂ ｌＰａ ｅｓ Ｉ Ｆ
Ｃ ＨＥＮ Ｌ ａ ｇ ｉｎ
（ｏ ｅｅ ｆ ｈ ｓ ａ Ｅ ｕ ａｉｎ Ｚ ｅ ｇｈ ｕＵ ｉ ｒｉ ， ｈ ｎ ｚｏ ５ ０ ４ Ｈｅ ａ） Ｃ ｌ ｇ ｙｉ ｌ ｄ ｃｔ ， ｈ ｎ ｚｏ ｎｖ ｓｙ Ｚ ｅ ｇｈ ｕ ０ ４ ， ｎ ｎ ｌ ｏＰ ｃ ｏ ｅ ｔ ４
中 州体 育 ・ 林 与 太 极 少
第 ２期
ｚ ｏ ｇ ｈ ｕｔ ｕ ｓ ａ ｌ ｕ ａｊ ｈ ｎ ｚ ｏ ｙ ・ｈ ｏｉ ｙ ｉ ｉ ｎ ｔ
２１ ０ １年 ２月
足 球 运 动员膝 关 节损伤 的生物 力 学分 析
陈 梁
（ 州大学体 育学院 河南郑 州 ４ ０ ４ ） 郑 ５ ０ ４
ｓｅｔ ｅｏ ｎｔｍ ｎ ｉｍｅｈ ｎｃ，ｈ ｅｉ ｒｓａｃ ｅ ｔ ｔｅｃｕｅ ｆ ｎ ｅｉｊｒ ｆｏｔａｌ ｌ ｅｓ ｎ ｓ ｐｃｉ ｆ ａ ｙａ ｄｂｏ ｃ ａ ｉｓ ｔｅｔ ｓ ｅｅｒｈ ｓ ｎｏ ｈ ａ ｓｓ ｅ ｕｙｏ ｏ ｌ ａ ｒ ｄｉ ｖ ａ ｏ ｈ ｓ ｉ ｏｋ ｎ ｆ ｂ ｐｙ ａ ｔ
目 ， 求 运 动 员需 时 常保 持 这 一 体 位 ， 力 点 集 中 ， 要 发 髌 骨 软 骨 面承 受 的压 力很 大 。 这 一 角度 ． 骨 关 节 在 髌 接 触 范 围最 大 。 这 时膝 的稳 定 又 主要 靠 髌 骨维 持 。 而 这 些 解剖 生 理 特点 ．都成 为 髌 骨软 骨 在半 蹲 位 受 伤 的潜 在 因 素 ， 烈 地 撞 击 、 拉 会 使 半 月 板 、 猛 牵 十字 交 叉 韧 带损 伤 ； 到不 同方 向分 力 撞击 。 膝 关 节起 固 受 使

影响膝骨关节炎发病及进展的生物力学因素

影响膝骨关节炎发病及进展的生物力学因素

床 症 状及 ｘ线 检 查 。ＭＲ 检 查 可直 观 观 察 关 节软 骨 、 骨 下骨 等代 谢 及 损 伤 情 况 ， 影 响 膝 Ｏ 发 病 及 Ｉ 软 为 Ａ 进 展 的 生 物 力 学 因素 研 究提 供 更 直接 证 据 。近 年 几 项 大规 模 、 中心 流 行 病 学 调 查 研 究应 用 ＭＲ 技 术 多 Ｉ 进一步证实， 重体 力 劳动 、 重 、 四 头肌 肌 力减 退 、 月板 损 伤 、 带损 伤 等 是 膝 Ｏ 发 病 的 重要 影 响 因 超 股 半 韧 Ａ
１４ １． 。 ． ～ ９ ０）
（Ａ） Ｏ Ｉ中应 用 ＭＲ 检查 发现 ， Ｉ 有膝 关节损 伤史 、 家族 史、 时发膝关节疼痛症状等 Ｏ Ａ易感志愿者通 过低强度娱乐
原发性膝 Ｏ Ａ发病 过程漫 长而 隐秘 ， 体病 因 尚未 具 完全明确 。ＭＲ 扫描可早期 发现关节软 骨 、 Ｉ 软骨下 骨等
３ ｇ ｍ ） ５ｋ ／ ２和超胖者（ ＭＩ ５ｋ ／ ） Ｂ ≥３ ｇ 与体重正常者 （ ￣ ＢⅡ ＜２ ｇ ｍ ） ５ ／ ２相比， Ｏ ｋ 膝 Ａ发病危险系数分别为 ２ ４和 ３２ ． ． （ ００ １ ， 下 肢 力 线 因 素 不 能 改 变 这 种 趋 势。 Ｐ＜ ．０ ） 且 Ｌ ｂｒｅ ａｅｇ 等 经 Ｏ 研究发现 ， ＡＩ 关节软骨损伤与体重指数 密切相关 ， 肥胖患者（ ＭＩ ０ｋ ／ ） Ｂ ≥３ ｇ ｍ２关节软骨损伤程度 是非肥胖患者 的 ２倍多 ， ３年观 察期 内肥 胖患者 新发 且 损伤更多（ Ｐ＝０Ｏ９ 。Ｃ ｎｏ ．３ ） ｏ ｒｙ等 横 向分 析健 康、 老龄 化、 身体结 构 （ ａ ｈ Ａ ｃ 研 究 数 据 （５ Ｈｅｌ Ｂ ） ｔ ８８例 膝 Ｏ 患 Ａ 者）结果提示有影像学表现的膝 Ｏ ， Ａ患者 Ｂ 明显高 于 ＭＩ 无影像学表 现患 者 （ 分别 为 ３． ｇ ｍ２ ２ ． ｇ ｍ２ ０ ２ｋ ／ 和 ６ ８ｋ ／ ，
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关节囊和滑囊
（1）膝关节的关节囊薄而松弛，有很多隐窝，附于各关节 面的周缘，周围与韧带相连接。 （2） 膝关节周围有许多的滑膜囊，膝关节囊的滑膜层是 全身关节中最宽阔最复杂的，附着于该关节各骨的关节面 周缘，覆盖关节内除了关节软骨和半月板以外的所有结构。 滑膜位于膝关节囊的内面，起自关节软骨边缘，然后反折 于关节囊内。 （3）在膝屈伸时，滑液从一个凹室流入另一个凹室来润滑 关节面。在伸时，腓肠肌和腘肌囊受挤压，滑液受力驱使 向前运动。在屈时，髌上囊在前群肌肉中受张力而被压缩， 滑液受力向后运动。当关节处于半屈位置时，滑液处于最 小张力压迫下。当受伤或得病时，关节腔中充盈过多的液 体，半屈膝体位可以减少关节腔中的张力，有利于减少疼 痛。
膝关节的生物力学
海港康复 黄俊杰
马的膝关节向前还是向后？
膝关节在哪？
膝关节的功能解剖
在膝关节，弯曲常伴有一个微小而显著的转动， 但是因为来自关节周围强有力的滑囊、韧带和肌 的作用，它又有特殊的稳定性。膝关节周围的韧 带只在紧张状态下加载，对关节起到被动支持作 用。膝关节周围的肌也是在紧张状态下加载时对 关节起到积极的支持作用。膝关节周围的骨起到 支持作用，并且对抗压力载荷的作用。因此膝关 节的功能稳定性来源于韧带的被动收缩，关节几 何结构，肌的主动用力以及骨的承重作用。
髌股关节接触面与膝屈伸 角度的关系
• 膝关节屈曲45°时，髌股关节接触面积达 最大值。
• 屈曲90°后，随屈曲度数进一步增 加，髌骨对应股骨的内外侧接触面逐渐分 离而相互独立。
髌骨的主要生物 力学功能 • 在于增加股四头肌的 力臂。随着膝关节屈 曲度数增加，髌股关 节间的应力也加大， 与此同时髌股关节间 的接触面积也增大， 增大的接触应力分布 于较大的接触面积。
（2）关节软骨
髌股关节软骨是人体中最厚的软骨。最大厚度可达7㎜。 髌股关节软骨厚度并非均匀一致，软骨最厚的部分位于骨 嵴处。60%位于髌骨的外侧关节面，分布于内侧者约20%。 关节面软骨厚度变化特点有助于增加髌股关节面的适合性。
（3）维持髌股对合的平衡机制
髌股关节稳定性的影响因素很多，包括伸膝装置、支持带、 肌力、股胫角和股胫间的Screw-home机制、Q角、髌骨位 置、髁间槽发育程度、外力等，因此，良好的髌股周围结 构及其力学平衡，对维持髌股的正常排列和稳定具有重要 的作用。
膝关节在额状面上的运动
• 额状面上的外展和内收同 样受到关节屈曲程度的影 响。 • 当膝关节完全伸直时，几 乎阻止了额状面上的所有 活动。 • 随着膝屈曲到30°，被动 外展和内收增加，但是最 大也就几度的变化。 • 当膝屈曲超过30°时，额 状面的运动也因为软组织 的功能限制而开始减小。
• 瞬时中心技术：在一 张图中标出移动链节 上那些点的原本位置 以及位移后的位置， 将这两点各自连成两 条线，然后划出这两 条线的垂直等分线， 这两条垂直等分线的 交点就是瞬时中心。 • 瞬时中心技术是将面 关节活动放在矢状面 和额状面而非横断面 中进行分析。可以描 述关于人体两个相邻 节段在相对单平面上 的运动及在这些接触 点位移的方向。
(2) Laurin轴位片上测量髌股指数 • 髌股指数(PFI)：是内侧髌股关节间隙与 外侧髌股间隙之比。正常膝关节内侧髌股 关节间隙等于或稍大于外侧髌股关节间隙， 即髌股指数小于或等于1.6。临床上97%髌 骨疼痛病人的髌股指数大于1.6。 • 髌股指数增大，髌骨关节内侧关节间隙加 宽提示髌骨轻度倾斜。
• 腓肠肌紧张会限制踝关节背屈，导致运动 转移到距下关节，增加足外翻角度。足外 翻伴随着胫骨外旋，这样就会增加Q角和 髌骨外侧轨迹。 • 股内收肌是保持髌骨在中心位置最重要的 结构。股内收肌的大部分纤维起自大收肌 肌腱，因此伸膝时使内收肌紧张可以促进 股内收肌的活动。
五、Q角
–胫骨结节中点与髌 骨中点连线和髌骨中 点与髂前上棘连线的 夹角称为股四头肌角 (Q角)。正常值为 10～20°，男性平均 为14°，女性为17°。 –若Q角大于20°可以 确认膝异常。
Q角 是股四头肌肌 力线和髌韧带力 线的夹角，即从 髂前上棘到髌骨 中点的连线为股 四头肌肌力线， 髌骨中点至胫骨 结节最高点连线 为髌韧带力线， 两线所形成的夹 角为Q角。
①静力结构：髌骨的内外侧支持带是维持髌骨排列的静力 性平衡机制。 ②动力结构：股四头肌收缩时各肌肉之间的力学平衡是保 持运动中髌股对合的动力结构。
伸直时外旋
Helfet测试（海菲特）
• 唯一通过检查膝关节外旋作用来发现关节内损伤的试验， 在判定外侧半月板损伤中准确率高。 • 病人膝、髋关节屈曲90°坐位，且腿自由悬空，在皮肤上 标记出髌骨内侧和外侧边缘。然后标记出胫骨粗隆和髌骨 的中线，然后检查胫骨粗隆和髌骨的位置排列。 • 正常的膝关节屈曲90°时，胫骨粗隆与髌骨的内半侧排列 成一条直线，膝关节完全伸直时，胫骨粗隆向外侧移动， 并在完全伸直时与髌骨பைடு நூலகம்外半侧排列成一条直线。 • 在正常膝关节中的旋转运动范围可能有髌骨宽度的一半， 而内部紊乱的膝伸直时胫骨可能不是外旋，因为在这样的 膝关节中，面关节活动已经改变，如果膝关节被动伸直， 胫骨关节将受到非正常挤压，关节面就可能受到损伤。
• 膝关节从完全伸直 到完全屈曲，髌骨 在股骨髁间大约滑 动7cm。 • 屈曲大于90°时髌 骨外旋，只有股骨 的内侧关节面与髌 骨构成关节。 • 完全屈曲时髌骨陷 入髁间沟内。 • 接触面积随着膝关 节屈曲程度的增加 以及股四头肌拉力 的增加而增加。
髌股关节接触面与膝屈伸 角度的关系
• 通常情况下，髌骨并非完全位于股骨滑车 内，随膝关节屈伸，髌股关节间接触面不 断发生变化。 • 膝关节屈曲10°～20°时，髌骨下 极内外侧关节面同时与股骨滑车相接触。 随关节屈曲度数增加，髌骨与滑车的接触 面逐渐向近侧、外侧移行。
• 吻合角：反应髌骨与股骨滑车的相对关系。 为了反映上述关系，先画出滑车角的平分线， 再在滑车角顶点与髌骨嵴的最低点之间作一 连线，该两连线之间的夹角即为吻合角。如 果髌骨嵴的最低点位于平分线外侧，到吻合 角为正值，反之，则为负值。
• 滑车角：滑车顶点(即底部)与内外股骨髁 最高点连线的夹角，即滑车角。 • 高位髌骨：是指髌韧带过长引起髌骨活动 时的不稳定，是髌骨软骨软化症的潜在因 素。常合并有髌骨不稳定、脱位与股骨滑 车发育异常。 • 低位髌骨：是指髌韧带过短引起髌骨位置 过低。也是髌骨软骨软化症的潜在因素。
胫股关节的形态与运动的关系
胫股关节分为内侧胫股关节和外侧胫股关节。 外侧胫股关节面的前1/3为一逐渐上升的凹面， 而后2/3则呈逐渐下降的凹面。内侧胫股关节面 则呈一种碗形的凹陷。如此，凸起的股骨关节 面和凹陷的胫骨关节面彼此吻合，使膝关节得 以在矢状面上作屈伸活动；然而外侧胫骨关节 面的特征凹陷结构又使得外侧胫股关节面并非 完全吻合，从而允许膝关节的屈伸活动也不是 同轴运动而是具有多个瞬时活动中心的运动。
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伸直
屈曲
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屈曲时内 旋
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胫股关节的锁定机制 在膝关节伸直时胫骨 外旋，这个运动在膝 关节屈曲时则相反。 胫股关节非单纯的屈 戌关节，他有螺旋线 和螺旋面的运动。由 于股骨内侧髁的结构 导致了在屈伸膝关节 时，这种胫骨相对于 股骨的螺旋运动。 在正常膝关节内侧髁 比外侧髁长1.7cm。 相比较单一的屈戌关 节，这种锁定机制为 处于任何位置的膝关 节都提供了更多的稳 定性。
• 右下图示：Laurin轴位片摄片法。患者坐 于检查桌上，足部靠近边缘。X线平行于 胫骨前缘，膝关节屈曲20°，患者手持照 相盒置于大腿上，与X线呈90°。
• 右下图示：Laurin轴位片上测量髌股指 数(PFI)。在此病例， PFI＞1.6，提示 髌股关节异常。
5.加强股内侧肌 (VMO)的方法： (1)短弧/终末 伸展范围(30°～ 0°)练习。 右图示：在 从90°→0°活动 范围内，股四头 肌的EMG活动情况。
2.髌骨轴位片上测量以下值
–Merchant髌骨轴位片拍摄法。
(1)Merchant轴位片上测量滑车角与吻合角。
• 右下图示：Merchant髌骨轴位片拍摄法。 患者平卧，膝关节在桌边屈曲45°置于一 支撑物上。照相盒置于膝下30㎝皮肤上， 与X线投照方向垂直，X线在水平线下与其 成30°角。
• 右下图示：Merchant髌骨轴位片测量滑车 角和吻合角。滑车角(BAC)被参考线分为二 等分。第二条线(AD)从滑车沟到髌骨嵴。 如果髌骨嵴顶点位于参考线外侧，角度值为 正值；如果在内侧，角度值为负值。
髌股关节的生物力学特点 ①髌股关节的对合 ②髌股关节接触应力 A.平地行走时，髌股关节面之间的应力约为人 体的一半；上、下楼时可达体重的3.3倍。 B.由于“腱股接触”的参与，有效地增大了接触 面积，分担了髌股关节的接触压力，关节面的压 强变化不大，对保护关节软骨的正常应力有重要 意义。
髌股关节
• 影响Q角的因素:Q角受股骨颈倾斜度和胫骨 旋转的影响，测量时取仰卧位，髋关节和 膝关节充分伸直。
如果膝关节轻度屈曲，因胫骨相对股 骨内旋,Q角会减少。 股骨内旋时，Q角增加。
• 一般认为由于Q角的存在，膝关节在伸直过 程中，髌骨受到股四头肌牵拉的同时也产 生一向外的分力。Q角越大髌骨向外的分力 也越大，髌骨越不稳定，同时也造成髌股 关节压力的异常分布。
(2)Blackburne—Peel 指数： 以A/B比值来确定髌 骨的高度。一般情况 下 A/B比值为0.8(标 准差0.14)；A/B比值 增高，提示髌股关节 异常。
• 右图示： Blackburne—Peel法 测量髌骨长度。高度 表达为A(髌股关节后 最下部分与膝关节线 水平的垂直长度)和 B(髌骨关节面长度) 之间的比值。
横韧带对半月板运动有限制作用。 内外侧半月板与胫骨及关节囊的 附着 以及与半月板横韧带之间形成的 环状 结构又限制了半月板有过度外移。
髌股关节的功能解剖
（1）髌骨
髌骨为膝提供两个重要的生物力学功能：它在整个运动范 围内借延长股四头肌力臂帮助膝伸直；并以增加髌骨与股 骨间的接触面来改善股骨上的压力分布。