铰链轴方向对内侧开放楔形高位胫骨截骨术后胫骨后倾角影响的定量研究

推荐：本研究通过有限元模型(FEM)定量分析内侧开放楔形高位胫骨截骨术(MOWHTO)中铰链轴旋转(15°外旋/中立/15°内旋)对胫骨后倾角(PTS)及应力分布的影响，证实外旋铰链显著增加PTS并导致后侧应力集中，为术前规划降低并发症风险(如外侧皮质骨折)提供生物力学依据。

　　

膝关节骨关节炎患者常伴有下肢力线异常，内侧开放楔形高位胫骨截骨术(MOWHTO)是矫正膝内翻的重要术式。然而，术中铰链轴方向的选择不仅影响冠状面矫形效果，还可能意外改变胫骨后倾角(PTS)——这一参数与术后膝关节生物力学直接相关。既往研究表明，PTS增加会导致胫骨前移，增加前交叉韧带(ACL)负荷，甚至加速后侧软骨退化。尽管有学者提出通过调整铰链轴方向控制PTS变化，但传统几何模型无法评估骨组织力学响应，更难以预测术中骨折风险。

为突破这一局限，国外研究团队在《Journal of Cartilage》发表研究，首次将有限元分析(FEM)与尸体实验相结合，系统评估了不同铰链轴方向(15°外旋/中立/15°内旋)对PTS和骨应力的影响。研究团队基于5具尸体胫骨CT数据构建个性化有限元模型，通过Hounsfield单位(HU)映射骨密度分布，模拟8mm开口楔形截骨。采用Bland-Altman分析验证模型准确性后，重点比较了不同铰链方向下的PTS变化及应力/应变分布特征。

模型验证
通过尸体实验与有限元、几何模型的对比显示，三种方法测量的PTS差异均值<1°，其中有限元模型与尸体数据的吻合度最佳(偏差仅-0.1°)，证实了建模方法的可靠性。

PTS比较
15°外旋铰链使PTS显著增加2.9°(p=0.016)，而内旋铰链未引起显著变化。中性铰链的PTS(8.2±2.2°)与术前(6.6±2.9°)无统计学差异，印证了Eliasberg等提出的102.6°中立位理论。

应力应变分布
铰链方向显著改变应力集中区域：外旋时后侧应力较前侧高53.0MPa(p=0.028)，应变差达6.6mε；内旋时则前侧应力反超后侧70.3MPa(p<0.001)，应变差达11.2mε。值得注意的是，外旋铰链后侧应力(79.6MPa)已接近皮质骨断裂阈值(135MPa)，提示骨折风险。

这项研究首次量化了铰链旋转对骨生物力学的双重影响。临床实践中，外旋铰链虽可增加PTS(适用于ACL缺损病例)，但需警惕后侧皮质骨折；而内旋铰链虽安全边际更高，却难以有效减小PTS。研究者建议术前采用有限元模拟优化铰链参数，在实现目标PTS的同时控制应力峰值。该成果为个性化截骨方案设计提供了重要理论支撑，其建模方法也可拓展至其他骨科手术的并发症预测领域。