《Frontiers in Veterinary Science》：Will a trans-articular external fixator placed across the canine stifle allow normal motion if the hinge is centered over the femoral condyle?
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：创伤性韧带性膝关节损伤常采用铰链式跨关节外骨骼固定（htaESF）进行制动，铰链置于关节中心上方。htaESF中的关节活动度（ROM）可保护软骨，然而在ROM过程中膝关节中心会发生改变。研究人员假设，将铰链置于股骨髁中心上方将无法在ROM期间维持正常的股骨-
：创伤性韧带性膝关节损伤常采用铰链式跨关节外骨骼固定（htaESF）进行制动，铰链置于关节中心上方。htaESF中的关节活动度（ROM）可保护软骨，然而在ROM过程中膝关节中心会发生改变。研究人员假设，将铰链置于股骨髁中心上方将无法在ROM期间维持正常的股骨-胫骨相对位置。研究共采集8条犬后肢。股骨被固定，胫骨以克氏针控制ROM期间的旋转。在135°时标记股骨髁中心，并在不透X线网格上向胫骨和股骨上的标记点绘制连线。在ROM过程中每5°拍摄一次X线片。交点（IP）为股骨线与胫骨线的交叉点。IP的x-y坐标经归一化后绘制成图。计算IP坐标的凸包面积。计算欧氏距离的变异系数（CV）。交点位移与屈曲角度的关系采用线性混合模型进行建模。IP轨迹呈非线性，各肢体之间及同一犬只双侧之间均无一致模式。凸包面积大且双侧不对称。线性混合模型分析显示，IP位移与膝关节角度之间存在显著的反向关系（P < 0.001）。ROM期间膝关节IP的位移程度可能不足以在htaESF中安全执行ROM。研究局限性包括使用先前冷冻的肢体，以及仅评估膝关节中一个点。需进一步研究以确定在不向关节施加异常力的情况下实现ROM的理想构型。
论文解读
一、研究背景与目的
犬膝关节创伤性韧带损伤常合并其他韧带或骨性结构损伤，临床通常采用韧带修复联合关节制动进行治疗。然而，关节制动已被证实会导致软骨退变等不良后果，而术后进行受控关节活动（ROM）则有利于软骨和韧带的健康。为此，临床引入了铰链式跨关节外骨骼固定架（htaESF），其设计初衷是在允许一定范围关节活动以维持关节健康的同时，防止过载对薄弱韧带修复造成损伤。理想的铰链放置应能将运动限制在关节矢状面内，并围绕关节自然旋转轴进行活动。然而，犬膝关节的运动机制极为复杂，涉及滚动、滑动和旋转的复合运动，其旋转中心随屈伸过程动态变化。既往研究已报道膝关节旋转轴位于股骨和胫骨纵轴后方，且旋转中心在ROM过程中持续移动。由于单轴铰链将旋转轴约束于单一固定点，而膝关节的真实旋转轴在ROM中不断变化，因此单轴铰链能否允许修复后膝关节的自然运动存在疑问。本研究旨在验证一个假设：将铰链定位于股骨髁中心上方的单轴铰链式外固定架，在ROM过程中无法维持正常的股骨-胫骨相对位置。研究通过模拟固定外固定架杆，在X线片上评估股骨与胫骨模拟杆交点（IP）在屈伸过程中的位移情况，以判断是否存在能够安全执行ROM的连续角度范围。
二、研究设计与方法
研究纳入4只与本研究无关原因安乐死的犬尸体，共采集8条后肢。所有肢体大体检查未见异常，但未进行术前影像学筛查。股骨通过髓内针（IM）固定于支架上，胫骨置入两根垂直克氏针以控制ROM期间的内外旋转。三块不透X线网格分别固定于股骨、关节下方和胫骨，网格为3D打印的75%钨浸渍聚合物，每格1cm×1cm。在130°伸展位，选择外侧股骨髁上近似圆形中心的点作为模拟铰链点，该点基于几何假设——圆形最可能产生纯旋转运动，因此最可能显示最小的IP位移。在股骨和胫骨轴上各选一点，从铰链点向这两点绘制连线，模拟外固定架连接杆的理想位置。膝关节从130°屈曲至30°，每5°拍摄一次X线片，记录IP的x-y坐标。所有坐标归一化至130°伸展位时的IP坐标，形成自参考的无量纲测量系统，避免X线片固有的放大误差。统计分析采用Python 3.12（pandas、scipy、pingouin、scikit-posthocs）和R 4.5.1（lme4、lmerTest）。主要分析方法包括：凸包面积量化IP轨迹覆盖的二维空间范围；欧氏距离计算连续屈曲角度间IP位移；变异系数（CV）评估位移一致性（低变异<15%，中度16–30%，高变异≥31%）；线性混合模型以膝关节角度为固定效应、个体和侧别为随机截距，建模IP位移与角度的关系，并纳入二次项以评估变化速率。
三、研究结果
3.1 患者人口学特征
研究纳入4只混种犬，共8条肢体。3只为未去势雄性（75%），1只为未绝育雌性（25%）。年龄分布为3岁（2只，50%）和5岁（2只，50%），平均年龄4±1.15岁。体重分布为0–10kg（1只，25%）、11–20kg（1只，25%）和30–40kg（2只，50%），平均体重25±14.72kg。所有肢体均无大体异常，数据采集过程中也未发现影像学异常。
3.2 交点轨迹
各IP坐标图显示，每个角度间的IP呈非线性关系，各样本间无一致方向模式。连续角度间IP差异极为显著，无法确定具有显著性的最佳拟合线。各肢体轨迹在空间上占据完全不同的区域。凸包分析显示，各肢体IP轨迹覆盖的二维空间面积平均为51.22 U2（范围27.28–85.27 U2）。最显著差异出现在犬3左肢，其凸包面积超过犬2右肢的3倍以上，表明肢体间存在显著变异性。
3.3 肢体比较
同一犬只双侧肢体的凸包面积差异（绝对差值）范围为11.29–37.10 U2，所有4只犬均表现出双侧不对称性。95%置信椭圆分析显示，犬1左右肢在水平方向存在较大分离，椭圆重叠极少；犬2左右肢椭圆有重叠且最为相似；犬3左右肢均值在X方向最接近但在Y方向分离；犬4尽管其凸包面积为4只犬中最小，但左右肢椭圆几乎不重叠。各肢体IP轨迹均值位于图中不同区域，表明个体间存在极端变异性。
3.4 交点位移
所有肢体在连续屈曲角度间的平均IP位移总体呈随膝关节角度增大而减小的趋势。CV分析显示，没有任何角度的CV低于15%，仅4个角度的CV低于30%（其中2个在左肢、2个在右肢），且这4个角度不在同一角度位置也不连续。其余所有角度的CV均大于30%，表明IP位移在ROM过程中高度不一致。值得注意的是，不存在低于中度变异阈值的连续角度，进一步支持不存在IP位移最小的安全角度范围。
3.5 线性混合模型
线性混合模型揭示了膝关节角度与IP位移之间显著的反向关系（P < 0.001）。以平均角度85°为中心时，截距估计值为1.756；线性项系数为?0.0267，表示相对于85°每增加1°，IP绝对位移减少0.027单位；二次项系数为0.000378（P = 0.036），具有统计学显著性，表明IP位移在较大膝关节角度时减小速率变慢，呈现凹向上的非线性关系而非严格线性趋势。
四、讨论与结论
研究结果支持了研究假设：当单轴铰链式跨关节外固定架的铰链定位于股骨髁中心时，IP轨迹过于动态，无法在不向关节施加异常力的情况下安全执行ROM。各肢体IP轨迹在个体间和同一犬只双侧间均不相似，每一条肢体均表现出方向反转、回溯和不规则步进。凸包分析进一步证实IP在ROM过程中游走于大面积空间区域而非集中于紧密簇内。CV分析表明90%的角度落在高度变异范围内，IP位移在ROM中高度不可预测。虽然线性混合模型显示平均位移随角度增加而减小，但其余分析表明存在显著的个体变异性。
尽管人类文献报道单轴htaESF既能稳定人膝关节又允许有限ROM内的生理性运动，但基于本研究数据，犬类可能并非如此——因为不存在相似的连续IP位置。异常力不仅可能增加韧带修复的应变，还可能对外固定架结构施加异常应力，导致结构过早失效。研究局限性包括：肢体经冷冻保存可能影响软组织行为；仅评估了膝关节中的一个点；未测量实际力的大小；未进行术前影像学筛查。尽管存在临床患者在使用htaESF后成功愈合韧带的案例，但目前尚无研究调查本文所述现象是否导致结构或手术并发症。研究结论认为，将铰链定位于股骨髁中心的htaESF在ROM过程中可能导致胫骨相对于股骨的异常运动，不仅对韧带修复产生异常力，也可能对htaESF本身造成异常应力。未来研究应探索允许更多自由度同时控制膝关节运动的铰链设计，或评估其他铰链位置及替代制动方法。
