2022年9月9日-11日，在全国上下喜迎二十大之际，在塞上江南银川，在西部运医人的坚挺支撑下，第八届中国西部运动医学关节镜学术论坛隆重开幕。会议高举“体医融合、体卫融合”旗帜，紧扣“功能至上、早期康复、重返运动”主题，围绕“病人为本、健康管理”核心，以线上、线下相结合形式胜利召开。

因疫情原因，李国安教授很遗憾无法亲临大会现场，遂通过线上形式，秉承“向运动要健康，体卫融合，路在足下”大会主旨，以《运动生物力学进展》为题进行主旨报告。

分享如何利用前叉韧带重建后短期软骨生物力学的特征，来预测术后中长期软骨退化的概率。通过预测前叉韧带手术重建后膝关节软骨退化或创伤性膝关节炎发展的可能性，采取应对措施避免创伤性膝关节炎的发展。

同与会代表分享交流国际经验，概论生物力学研究与创新国际前沿进展，用国际视野丰富运动医学医师知识架构体系，强化运动医学医师思辨洞察能力，为进一步提高运动医学医师诊治水平奉献国际智慧！

前叉韧带的生物力学研究是目前非常热门的领域，前叉韧带损伤与重建的相关问题，在临床和基础科学研究方面困扰着每一位病人、医师以及研究人员。其中最具挑战性的话题之一，是术后创伤性关节炎的发病率。

概述

很多随访研究表明，前叉韧带重建术十年后，50%~80%的病人均出现了创伤性膝关节炎（术后软骨退化）。更有报道指出，前叉韧带损伤的病人一般比正常健康的人早5~10年接受全膝关节手术，这是非常严肃的问题。但创伤性关节炎的发展机制却充满了争议。有的认为可能是膝关节分子生物学方面的变化，有的认为是手术本身的问题，也有的认为是术后膝关节生物力学发生变化等。

概述

对于前叉韧带重建术后，不少专家认为膝关节运动学的变化会影响软骨受力，进而引起软骨的退化。但什么样的膝关节运动学变化能引起什么样的软骨载荷变化，目前学术上还没有定论，也很少有相关研究在文献上发表。

目的

根据此领域的研究现状，20多年来，李教授在前叉韧带生物力学领域有两个研究目标，一是研究膝关节软骨的变化形态，如何随术后的时间而变化；二是术后长期软骨的变形形态是否与术后短期的关节生物力学变化相关。目的是能否用术后短期的软骨生物力学来预测长期的生物力学变化，进而建立诊断方法，在软骨退化前预测其退化的可能性。以便医师及时采取相应治疗预防措施，阻止或延缓软骨的退化。

李教授的前期可行性研究

在早期的一个实验中，李教授团队招募了10位（5男5女）前叉韧带损伤病人，平均年龄在36.7岁，所有病人均在伤后六周内由同一医生行前叉韧带重建术，采用单束髌腱自体韧带。术后接受同样的康复计划，每位病人均进行三次生物力学测试：以术前、术后6个月、术后36个月，为术前、术后短期、术后中长期的测量时间点，采用核磁影像和双平面X光系统，测量膝关节的精确生物力学数据，探究膝关节上台阶运动时的生物力学变化。

双平面X光系统

双平面X光系统使用方法：每位病人首先进行核磁影像扫描，用核磁影像结果建立三维膝关节模型（包括软骨模型），根据三维膝关节的模型，再进行生物力学测量。

膝关节的运动是采用两个X光从两个方向拍摄，每个角度的双平面影像和三维膝关节模型用数学方法来重建三维膝关节运动学的位置，关节的运动就可由三维膝关节模型来呈现，软骨的接触位置就可精确测量。

定义软骨的接触位置

在股骨端和胫骨端的软骨，有一个重叠区域，重叠区域的中点，被选择作为关节的接触点，即软骨接触点，关节内外侧均做同样接触分析。

结果

这是一位病人在登台阶后站立时，在3个不同测试时间的软骨接触位置。结果显示在术后不同时期，软骨接触位置明显不同，术后中长期软骨接触位置向关节前方移动。

结果

进一步具体分析，以术前的软骨接触点为标准，计算术后6个月、36个月关节内外侧接触点位置的变化：用术后位置减去术前位置，即可得到接触点位置的变化。

左为关节内侧，右为关节外侧

统计分析结果1，横轴显示的是术后6个月软骨接触位置变化，纵轴显示术后36个月软骨接触位置变化，关节内外侧结果均显示具有统计学差异（p<0.05），且具有较强的相关性。由此说明在一定程度上，用术后短期的生物力学测量，可以预测术后中长期生物力学变化。

实线为关节内侧，虚线为关节外侧

统计学分析结果2，预先定义内外侧接触点连线的角度为接触旋转角，横轴显示为术后6个月轴向旋转角度变化，纵轴显示术后36个月软骨最大变形量变化。数据显示，术后短期旋转角度减少，则术后中长期软骨变形量增大，反之短期旋转角度增大，术后中长期软骨变形量减少。

李教授特别表明，短期旋转角度小，即表示术后关节过紧，短期旋转角度大，即表示关节较松。关节内外侧结果均显示具有统计学差异（p<0.05），且具有相关性。

总结

据以上统计学分析可知，术后短期运动学变化能在一定程度上预测长期软骨变形量变化。由此，李教授提出“短期运动学变化也有可能预测术后长期软骨退化”的假设，并对其进行了进一步研究。

T2信号

对7个病人在术后36个月，健侧腿与损伤侧腿关节软骨的核磁T2信号进行了测量，T2信号能在一定程度上说明软骨健康程度。

T2信号

将股骨端、胫骨端的软骨，分成不同的区域进行T2影像分析。结果显示，按照平均值计算，只有内侧股骨端软骨的表层，在F3位区（站立时负重区）的T2信号，在36个月有显著增强。但按平均值计算的增强量，也并非很大，但增强程度在病人之间却非常不同。

T2信号

因此，李教授进一步将术后6个月膝关节旋转角度与术后36个月关节软骨核磁T2信号强弱进行相关性分析。

关节内侧的数据分析结果

横轴显示术后6个月旋转角度变化，纵轴显示术后36个月T2信号变化，数据显示，两者有相当程度的相关性。旋转角度减少，T2信号增加，即关节紧，信号就增加；反之，旋转角度增大，T2信号减弱。

关节外侧的数据分析结果

关节外侧数据显示同样的结果，术后36个月T2信号与术后6个月旋转角度变化有相当程度的相关性。

总结

总结：前叉韧带重建术后6个月测量的运动学数据，有可能预测术后长期软骨T2信号的变化，也在一定程度上，有预测长期软骨退化的可能。

此仅为前期可行性研究结果，样本量不大，李教授期望未来能用更大样本量、更简单快速精确的数据测量方式、更长时间的术后随访、更多术后评价分数指标进行更深入研究，最终建立统计学模型，在一定程度上对病人术后长期软骨退化的概率进行预测，从而达到精确采用相应措施，延缓膝关节退化之目的。

但要做大样本量研究，精确的双平面X光系统，由于涉及较多技术问题，比较难以普及、推广到临床，因此传统便捷快速的捕捉方法，就有一定可能性用于研究。

关节捕捉系统

例如，图示运动捕捉系统，如果它能精确地捕捉6个自由度的膝关节运动，就有可能被用于大样本量的研究。

未来若能采用这种便捷的运动学测量手段，大样本量的研究就成为了可能。软骨的现状，可从短期到长期，用影像手段来评价；膝关节的运动学，同样可从短期到长期，用这种便捷的运动捕捉方式来进行测量。大样本量健康对照组的测量也可以很方便地同时进行，研究者就可以设计从术前一直到术后十年或更长时间的的随访研究。

建立统计学模型

最后李教授还强调，如果成功建立统计学模型，未来对病人进行诊疗时，只需测量术前术后膝关节运动学变化，就可在一定程度上预测术后软骨退化的可能性。提高前叉韧带损伤病人及其家庭术后长时期的生活质量！

希望通过此次关于前叉韧带重建术后软骨退化的发生、发展和诊疗的部分研究成果和未来研究方向的分享，能吸引更多有志者加入到该领域的研究中来。相信随着更多运医同道的参与，前叉韧带生物力学研究领域将会取得更大进展，进而推动运动医学学科建设、科研创新及人才培养，使运动医学领域迸发出蓬勃向上的生命力！

海内存知己，天涯若比邻！

李教授最后表示，不积跬步无以至千里，不积小流无以成江海！希望与广大运医同仁一起，开拓国际视野，融合世界智慧，开创中国方案！携手助推运动生物力学高质量创新发展！

李国安教授

牛顿-维尔兹利医院

骨科生物力学与创新中心主任

国际著名生物力学专家

长期担仼NIH评委

及中国国家自然科学基金

海外评委

美国哈佛大学医学院教授

西北工业大学

生物力学中心

名誉主任

及中国多所大学的

客座教授

从事骨科临床与基础生物力学的研究，在国际骨科生物力学界享有盛誉。先后在世界著名骨科及生物工程学术刊物，发表高质量的原创性研究论文239篇(Web-Science 检索201篇)。最新Google Scholar检索论文被引用达18894次，h-index=79，I10-index=239，并获得数十项发明专利。

本文由运医前沿编辑任佳根据李国安教授讲课内容整理，感谢李箭教授及李国安教授的审阅修改。

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撰稿：任佳

校对：大帝

初审：李箭教授

终审：李国安教授

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