胫骨内旋力对股骨髁前交叉韧带（ACL）损伤的影响

《Annals of Biomedical Engineering》：Effect of Internal Tibial Torque on ACL Tear at the Femoral Enthesis

内部胫骨扭矩（ITT）与ACL应力分布及撕裂机制研究。通过3D有限元模型结合扩展有限元法，模拟ITT递增下ACL tear起始与传播。结果显示最大von Mises应力随扭矩线性增长（每5Nm增加26.56%），股骨附点后外侧束锚定处为撕裂起始点，撕裂沿股骨附点向胫骨延伸，证实扭矩依赖性损伤机制。

　　

摘要

目的

本研究旨在探讨胫骨内部扭矩（ITT）增加与前交叉韧带（ACL）应力分布之间的关系，重点关注撕裂起始和扩展的位置。特别是，研究强调了股骨附着点在旋转着陆过程中可能存在的几何结构脆弱性。

方法

研究人员开发了一个ACL的三维有限元模型，并结合扩展的有限元方法框架来模拟撕裂的起始和扩展过程。该模型基于先前通过计算机模拟（in silico）获得的膝关节运动学数据，这些数据经过体外尸体膝关节实验（15个样本）的验证。通过分阶段施加扭矩来模拟与旋转着陆相关的内部旋转载荷。通过对应力/应变场进行评估，并追踪撕裂的起始和扩展过程，以量化损伤的发展情况。

结果

最大冯·米塞斯应力（von Mises stress）随ITT的增加而呈比例增长，并主要集中在股骨附着点附近；每增加5牛米（Nm）的扭矩，应力平均增加26.56%。应力集中现象始终发生在股骨侧的后外侧束附着处，该位置也是预测的撕裂起始点。随着ITT的进一步增加，撕裂从股骨附着点开始扩展，表明损伤进展机制依赖于扭矩。

结论

胫骨内部扭矩的增加会在股骨附着点产生可重复的应力/应变集中现象，这支持了旋转着陆过程中结构的脆弱性。这种方法通过预测撕裂的起始和扩展过程，扩展了仅基于应力分析的范围。这些发现可能为预防和康复提供依据，有助于了解ITT和股骨插入形态在ACL撕裂发生和扩展中的作用。