目的:(1)观察研究正常人肘关节运动轨迹,通过三维运动分析方法测量计算肘关节运动提携角数据。(2)对比探究具有不同提携角的人体上肢标本肘关节被动运动模式的区别,讨论通过运动捕捉检测肘关节内外翻畸形改变的可行性。(3)探究肱骨髁上骨折旋转移位对提携角的影响,讨论通过纠积极正旋转畸形减少矫形手术截骨角度的可行性。方法:(1)招募健康受试者15例,以NDI Optotrak Certus(Northern Digital Inc.)运动捕捉系统采集每位受试者的静态数据并自定义数字模型。受试者上臂固定于水平位时,肘关节以4秒为周期匀速进行完整屈伸运动,同时进行数据采集20s,使用Visual3D软件(Visual 3D v6 Professional,C-Motion,Inc.)模拟分析肘关节运动轨迹,计算前臂相对上臂位置变化的欧拉角分量,推导正常人肘关节屈伸运动角度及运动中的提携角变化范围,分析肘关节运动轨迹。每位受试者均进行双侧数据采集,对比双侧差异,并与标准正常人数据进行比较。抽取其中7人进行重复测试并分析前后一致性。(2)取具有不同提携角的成年男性右侧上肢标本2例,将肘关节囊以外软组织全部剔除,进行屈、伸位X线正位投照,并分别采集被动屈伸运动数据,相互比较,分析与正常受试者的差异。(3)取1例尸体上肢标本制作肱骨髁上骨折模型,计算机设计并3D打印旋转固定架,在骨折远端不同旋转角度下进行肘关节被动屈伸运动采集,比较不同旋转角度下提携角及肘关节运动轨迹的变化。选取一肘内翻畸形病例进行计算机辅助手术设计,分别模拟纠正和未纠正旋转畸形的情况,讨论纠正旋转畸形对减少冠状面上截骨角度的可行性。结果:(1)正常受试者肘关节运动轨迹呈扇形曲面。屈伸范围:R(12.90±4.68°,141.68±8.11°),L(14.19±6.19°,144.99±3.79°);肘关节完全伸直时提携角:R-11.85±3.10°,L-10.99±2.77°;屈曲90°时提携角:R10.72±4.28°,L6.26±3.68°;完全屈曲时提携角:R7.22±3.98°,L1.72±2.83°(以过上臂长轴的矢状面为界,近躯干侧定义为正值),配对t检验显示双侧屈伸运动范围、伸直位及屈曲90°时提携角无统计学差异,仅完全屈曲位提携角右侧大于左侧(P=0.003),运动中提携角变化右侧显著大于左侧(P=0.006)。以屈伸范围0-140°为标准进行单样本t检验时,仅右侧屈曲角度符合此标准(P=0.435),而双侧伸直角度均与标准存在10°左右差异。重复测量右侧肘关节最大屈曲角度所得差值不超过7%,显示较高一致性。(2)若以伸直位提携角为标准,两上肢标本均无内外翻改变。提携角较小的标本运动数据与正常受试者相符;提携角较大的标本运动数据与受试者及正常标本存在明显差异,显示运动轨迹外移,与X线表现相符。三维运动捕捉可以对运动提携角进行测量,继而推测肘关节内外翻改变。(3)当骨折远端内旋转时,伸展位提携角绝对值逐渐减小趋近为0,屈曲位提携角绝对值逐渐增大,旋转角度和提携角改变量呈函数关系,整体运动轨迹内移。积极纠正旋转畸形有利于减少矫形手术中的截骨角度。结论:(1)正常肘关节运动轨迹呈扇形曲面,与肱骨滑车等解剖结构及上臂肌肉作用相关,存在个体差异。三维运动分析可模拟并直观显示肘关节运动轨迹,提供了一种测量运动提携角的有效方法。(2)测量肘关节动态提携角或可作为一种鉴别肘关节内、外翻畸形的手段。利用三维运动捕捉系统综合分析各种运动数据,可对非复杂肘关节畸形情况进行推测。(3)肱骨髁上骨折旋转移位使肘关节运动轨迹整体向旋转方向偏转,旋转角度与提携角的改变呈函数关系。对于肱骨髁上骨折肘内翻畸形需要进行截骨矫形的病例,积极纠正旋转畸形可在一定程度上减少手术中的截骨量。
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