膝关节生物力学

介绍  Introduction

膝盖由2个关节组成     The knee is comprised of 2 joints 胫股关节    tibiofemoral joint 髌股关节    patellofemoral joint

髌股关节   Patellofemoral Articulation

• 功能    Function

将股四头肌产生的拉力传递给髌腱     transmits tensile forces generated by the quadriceps to the patellar tendon 

增加伸肌机构的杠杆臂    increases lever arm of the extensor mechanism

髌骨切除术使伸展力降低30％    patellectomy decreases extension force by 30%

• 生物力学  Biomechanics

• 髌股关节反作用力    patellofemoral joint reaction force

  高达蹲下时体重7倍   up to 7x body weight with squatting 

  下楼梯时是体重2-3倍   2-3x body weight when descending stairs





• 运动  Motion

  “滑动”关节      'sliding' articulation

  完全屈曲时，髌骨向尾侧移动7cm      patella moves 7cm caudally during full flexion 

  股骨和髌骨之间的最大接触是45度屈曲        maximum contact between femur and patella is at 45 degrees of flexion

• 

• 稳定性   Stability

被动约束外侧半脱位   passive restraints to lateral subluxation

1、内侧髌股韧带 (MPFL)    medial patellofemoral ligament  

         20度屈曲时侧向平移的主要被动约束      primary passive restraint to lateral translation in 20 degrees of flexion

         总约束力的60％         60% of total restraining force

2、内侧髌半月板l韧带(MPML)      medial patellomeniscal ligament

         总约束力的13％   13% of total restraining force

3、髌内侧支持带   medial retinaculum  

         总约束力的10％      10% of total restraining force

4、动态约束    dynamic restraint

         股四头肌     quadriceps muscles

5、Q角         Q angle

      定义      definition

      从髂前上棘 - >髌骨中部 - >胫骨结节      line drawn from the anterior superior iliac spine --> middle of patella --> tibial tuberosity

         正常Q角   normal Q angle

  1、伸展时   in extension

        男性    males         13°

        女性   females       18°

2、屈曲时    in flexion     8°

病理影像

X线正位片，排除骨折和游离体

X线侧位片

1、查看骨折和发育异常

2、评估髌骨高度

Blumensaat的线应在30度膝关节屈曲时延伸到髌骨的下极。

Insall-Salvati方法 ，正常在0.8和1.2之间。

Blackburne-Peel方法 ，正常在0.5和1.0之间。

Caton Deschamps方法 ，正常在0.6和1.3之间。

平台髌骨角（Plateau-patella angle），正常在20到30度之间。

髌骨轴位片：

很好的评估髌骨外侧、倾斜。侧滑车小关节软骨下线与股骨后髁间隙的夹角

法线> 11°。

CT检查：

TT-TG距离 。测量从后皮质到胫骨结节的两条垂直线与滑车槽之间的距离

> 20mm通常被认为是异常的。

MRI：可以评估软组织韧带及骨髓的损伤。

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胫股骨关节Tibiofemoral Articulation

功能   Function

体重从股骨传递到胫骨    transmission of body weight from femur to tibia

生物力学         Biomechanics

胫股关节反作用力      tibiofemoral joint reaction force

行走时体重3倍      3x body weight with walking

攀爬时体重4倍4x body weight with climbing

在矢状面上运动      Motion in sagittal plane

活动范围    range of motion

3度的过度伸展到155度的屈曲        3 degrees of hyperextension to 155 degrees of flexion

大腿小腿接触通常是完全屈曲的限制因素      thigh-calf contact is usually the limiting factor to full flexion

正常步态需要0到70度的范围     normal gait requires ROM from 0 to 70 degrees

后滚  posterior rollback

当膝盖弯曲时，股骨上的瞬间旋转中心向后移动

通过避免撞击，可以增加膝关节屈曲

稳定性    Stability

内翻应力    varus stress

         外侧副韧带      lateral collateral ligament  

外翻压力     valgus stress

         内侧副韧带的浅表部分   superficial portion of medial collateral ligament

前移     anterior translation

       前十字韧带     anterior cruciate ligament

            起点   origin

股骨外侧髁后内侧半圆形区域      semicircular area on the posteromedial aspect of lateral femoral condyle  

            插入    insertion

在胫骨的髁间隆起之前和之间       just anterior to and between the intercondylar eminences of the tibia  

功能     function

初级静态约束前向平移     primary static restraint to anterior translation

也在轴向旋转中起作用      also plays a roll in axial rotation

后移      posterior translation

后十字韧带   posterior cruciate ligament

起点     origin

前外侧股骨内侧髁     anterolateral medial femoral condyle

插入    sertion  in

关节面下方的胫骨沟       tibial sulcus below articular surface

功能     function

主要静态约束后向平移    primary static restraint to posterior translation

外旋    external rotation

后外侧角是外胫骨旋转的主要稳定器    posterolateral corner is the primary stabilizer of external tibial rotation