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目的:测量2-5掌指关节(metacarpophalangeal joint,MPJ)在屈伸活动过程中关节内有效接触面积的大小,明确掌骨头(metacarpal head,MCH)参与关节屈伸活动的关节面部分,为掌指关节创伤后关节面缺损的处理、关节面移植及人工关节的设计提供相关研究基础。方法:身体健康的青年男性、手部既往无外伤及其他病理性疾病病史的志愿者10例。年龄24-32岁,平均27岁,身高171-175cm,平均174cm。设计可调节固定角度的可动支具,将志愿者右手2-5掌指关节同时固定在支具中,分别放置在0°、30°、60°、90°位,利用电子计算机X射线断层成像(computed tomography,CT)技术,对10例志愿者右手2-5掌指关节的四种不同位置分别进行扫描(扫描层厚为0.625mm),扫描完毕后将所有数据以DICOM(Digital Imaging and Communications in Medicine)格式导出,然后将数据一一导入MIMICS 17.0软件系统。(1)标记“有效关节接触面”:在MIMICS软件操作界面,选择掌指关节矢状位断层图像进行处理,测量出MCH与近节指骨基底(proximal phalangeal base,PPB)各个相对点之间的距离,由最桡侧向尺侧逐层测量,将每一层图像中所有距离<1.5mm(参照相关文献)的关节面部分予以标记,此标记的部分即为有效关节接触面部分。(2)重建掌指关节三维图像:逐层标记后重建掌指关节及标记的关节面的整体三维图像,分别观察MCH及PPB的生理学形态,以及2-5指各指间MCH的形态学差异,同时在三维重建图像中测量2-5掌骨长度。(3)测量2-5指近节指骨与掌骨在冠状面和矢状面存在的侧偏角:分别标记2-5指近节指骨及掌骨各自的矢状平面,测量两者之间存在的偏移角度;标记2-5指近节指骨及掌骨各自的冠状平面,测量两者之间存在的侧偏角度。(4)重现掌骨头上不同角度下的有效关节接触面,同时测量该面积的数值:将重建后的图像数据导入3-matic软件中,经过一系列操作后三维立体重现掌骨头上有效关节接触的部分,同时分别测量出不同角度下所标记关节面的数值、不同屈曲角度下接触区域的宽度以及参与MPJ屈伸活动的全部关节面积的大小。结果:1.在2-5MPJ屈曲过程中,掌骨头的关节面与近节指骨基底的关节面并不是全部参与接触,而参与关节活动的有效接触面积则从背侧至掌侧逐渐增大,当MPJ位于90°位时,MCH的掌侧面与PPB相关节的部分关节面是完全接触的。其中中示指有效接触面积在0°、30°、60°、90°时分别为32.92±2.47mm~2、49.94±1.67mm~2、60.48±2.55mm~2、80.05±2.51mm~2;中指分别为35.90±2.48mm~2、55.61±2.14mm~2、69.09±2.27mm~2、88.63±2.04mm~2;环指分别为31.51±1.07mm~2、48.60±2.26mm~2、57.00±2.80mm~2、74.84±1.88mm~2;小指分别为26.19±2.12mm~2、34.73±2.04mm~2、47.02±1.70mm~2、57.80±0.81mm~2。2.示指、环小指在屈曲过程中,近节指骨的纵轴与掌骨头的纵轴并不在同一平面上,2-5指在内收位四指并拢屈曲过程中,并不是单纯单一平面的弧形运动,而是涉及轴向旋转及侧方偏移的复杂运动,在屈曲过程中,示指近节指骨向桡侧偏移约28°,旋后约4°,中指近节指骨向桡侧偏移约6°,旋后约8°,环指近节指骨向尺侧偏移约13°,旋后约23°;小指近节指骨向尺侧偏移约18°,旋后约25°。3.MCH上接触区域的宽度在手指屈曲过程中也是逐渐增加的,其宽度的增加在2-5指中分别为:示指为7.5±0.38mm到12.02±0.41 mm、中指为8.30±0.49mm到12.05±0.44 mm、环指为7.80±0.31mm到11.62±0.40 mm、小指为7.11±0.45mm到10.30±0.20 mm。各指在屈曲过程中接触区域的宽度变化具有统计学差异(P<0.05)。4.MCH关节面中总的接触面积在中指的MPJ中最为宽大,示指与环指面积大小基本无明显差异,小指为最小。总的接触面积分别为:示指156.12±12.13mm~2、中指175.70±9.84mm~2、环指152.27±9.14mm~2、小指120.53±7.65mm~2。5.2-5指掌骨长度与总的接触面积大小的比值分别为0.42、0.36、0.37、0.43,而2-5掌骨的长度分别为64.58±0.86mm、63.20±1.85mm、55.37±1.49mm、52.13±1.51mm。结论:1.MPJ的屈曲过程中,从冠状面看,0°位时仅有中间约1/2的关节面属于有效关节接触面,而90°位时则100%均属于有效关节接触面,呈梯形增加。2.在2-5指屈曲过程中,均存在5°-30°不同大小的侧偏角,示中指呈桡侧偏,示指桡偏更明显;环小指呈尺侧偏,小指更为明显;而且均呈现为4°-25°不同程度的旋后轴向运动,环小指旋后更为明显。3.三维重建研究技术在掌指关节的相关研究中可很好的运用,为人体小关节的研究提供了一种更为先进、准确且三维立体可视化的研究手段。