使用 upright 计算机断层扫描技术，在冠状楔形表面上站立承重时，对距下关节的三维体内运动学进行分析

《Gait & Posture》：Three-dimensional in vivo kinematics of the subtalar joint during weight-bearing standing on coronal-wedge surfaces using upright computed tomography

三维负重条件下人类 subtalar 关节运动学分析基于 upright CT 扫描，15名老年人站立于中立、内翻和外翻位时，关节 helical 轴呈斜向（前-中-后上至后-侧-平底），脚纵向轴系统下倾斜角22.4°，内偏角35.2°，旋转角9.9°，翻译量0.5mm，验证负重下关节活动度较非负重研究减少，为临床评估和步态优化提供依据。

　　人类足部的运动对于维持双足行走姿势和步态至关重要，其中，距下关节（subtalar joint）作为连接距骨和跟骨的关键结构，承担着稳定性和适应性的功能。尽管距下关节的运动已经被广泛研究，但大多数研究是在非负重状态下进行的，导致对足部在生理负重条件下的实际功能仍缺乏清晰认识。因此，本研究通过采用立位CT扫描技术，对距下关节在负重状态下进行三维运动分析，以更准确地理解其在人体运动中的作用机制。

距下关节的运动模式通常被描述为围绕一个倾斜轴的旋转，该轴从足部的前内侧背面向后外侧跖面延伸，大致经过距骨颈部、跗窦和跟骨的外侧。这种运动方式不仅涉及旋转，还伴随着一定的平移，因此可以使用螺旋轴（helical axis）这一概念来量化其运动特征。螺旋轴能够同时描述刚体在三维空间中的旋转与平移，是一种有效的运动分析工具。然而，目前大多数相关研究是在非负重或非生理条件下进行的，这可能无法准确反映关节在实际行走中的行为特征。

本研究采用立位CT扫描技术，对15名健康老年人（11名女性，4名男性，平均年龄64.9 ± 5.0岁）在中立、倒置和外翻姿势下进行足部扫描。研究中使用的CT扫描仪具备320排探测器，能够提供高分辨率的影像数据。参与者被要求在平面上、内侧楔形板和外侧楔形板上站立，保持自然放松状态，以确保数据的真实性和准确性。研究通过螺旋轴方法对距下关节的运动进行量化，使用两种参考坐标系统：足部长轴（foot longitudinal axis, LA）和距骨主轴（talus principal axis, PA）。

研究结果显示，螺旋轴的方向是从前内侧背面向后外侧跖面倾斜，其在足部长轴坐标系统中的倾角和偏角分别为22.4° ± 9.6°和35.2° ± 5.6°，而在距骨主轴坐标系统中的倾角和偏角分别为36.5° ± 10.7°和12.0° ± 7.1°。旋转沿螺旋轴的幅度为9.9° ± 3.8°，而沿轴的平移幅度非常小，仅为0.5 ± 0.5毫米。这些结果表明，距下关节在负重条件下的运动比在非负重状态下的运动更加受限，这为临床应用和理解人类足部适应双足行走的机制提供了重要依据。

距下关节的运动模式在不同姿势下表现出一定的变化。例如，在从外翻到内翻的转换过程中，螺旋轴的倾角和偏角分别表现出不同的特征。这些变化可能与足部在不同姿势下承受的力学负荷有关，同时也反映了距下关节在维持足部稳定性方面的作用。研究还发现，尽管不同个体的螺旋轴位置和方向存在较大差异，但它们普遍集中在某一区域，形成类似腰带的结构，再向外扩散，呈现出沙漏形状。这一中央区域大致与跗窦重合，而跗窦是距骨和跟骨之间的重要连接结构，其在维持足部稳定性和适应性方面起着关键作用。

此外，本研究通过使用螺旋轴方法对距下关节的运动进行量化，发现距下关节在不同姿势下的运动幅度存在差异。例如，在从外翻到内翻的转换过程中，旋转幅度较大，而在从外翻到中立或从中立到内翻的转换过程中，旋转幅度则较小。这表明，距下关节的运动具有一定的方向性，可能受到足部结构和力学负荷的影响。研究还发现，距下关节的平移运动主要发生在足部的内侧方向，这可能与足部在不同姿势下的适应性有关。

研究结果对于临床应用和足部生物力学的理解具有重要意义。首先，这些数据可以帮助医生更准确地评估距下关节的运动范围和功能状态，从而为治疗距下关节疾病、损伤和不稳定提供依据。其次，了解距下关节在不同姿势下的运动特征，有助于优化距下关节植入物的设计和手术方案，提高治疗效果。此外，这些发现还为理解人类足部适应双足行走的进化过程提供了新的视角，有助于揭示足部结构和运动之间的关系。

尽管本研究主要关注静态条件下的距下关节运动，但其结果仍具有重要的参考价值。在行走的早期阶段，足部以准静态姿势支撑身体重量，此时距下关节在维持身体稳定性和适应地面反作用力方面起着关键作用。因此，静态负重条件下的分析能够为理解足部在日常活动中的功能提供基础。然而，由于研究对象为老年人，其关节活动范围可能因纤维化和韧带弹性下降而减少，这可能影响研究结果的普遍适用性。未来的研究应包括更广泛年龄层的参与者，以更全面地理解距下关节在不同人群中的运动特征。

此外，本研究使用的楔形板角度固定为10°，以减少X射线成像的辐射暴露，这可能限制了对不同角度下距下关节行为的评估。未来的研究应考虑使用不同角度的楔形板，以更全面地了解距下关节对各种倾斜情况的反应。同时，研究中未明确指定足部推进角（foot progression angle），即足部相对于身体前进方向的倾斜角度，这可能影响距下关节的运动模式。因此，在解释研究结果时，应考虑足部推进角对关节运动的影响。此外，足底垫的厚度和可变形性也可能进一步影响所施加的倾斜角度如何传递到关节，这应作为研究结果解释的重要因素之一。

总之，本研究通过立位CT扫描技术对距下关节在负重状态下的运动进行了详细的分析，为理解足部在日常活动中的功能提供了新的视角。研究结果表明，距下关节在负重条件下的运动比在非负重状态下更加受限，这可能与关节空间压缩有关。同时，距下关节的运动模式在不同姿势下表现出一定的变化，这可能受到足部结构和力学负荷的影响。这些发现对于临床应用、手术规划以及理解人类足部适应双足行走的进化过程具有重要意义。未来的研究应进一步探索不同角度和推进角对距下关节运动的影响，以更全面地理解其在不同条件下的行为特征。