研究背景由于交通伤、机器伤等各种原因导致的足踝部骨折的增多以及人们对于足踝健康的日益重视,现代足病学得到飞速发展。随着平足症、胫后肌腱功能不全、退行性关节炎、足部畸形、创伤性及创伤后关节炎等常见足病的治疗理念由非手术治疗转向手术治疗,各种新的治疗策略和手术方式纷纷涌现。但由于不正确的手术处理以及现有治疗方式的局限性等原因,均有可能造成踝关节力线改变、后足增宽、足弓消失以及内外翻等多种畸形,由此导致足踝部疼痛、功能及行走障碍等亦呈明显增加趋势。这迫切要求能够对正常足和病足的关节运动进行在体测量,以便了解足踝各关节在正常和病理状态下的运动特点,为深入理解足踝部疾病的发病机制、制定正确的治疗计划、准确评估手术效果提供指导。但现今足踝运动学研究面临2个重大难题阻碍了其进一步发展。首先,早期足踝运动学研究多以尸体标本的足踝运动作为研究对象,这些研究提供了对足踝运动学的最早期认识和了解,但是尸体标本由于丧失了肌肉、肌腱等软组织的生理活性和重要的血管灌注、神经支配,不能满足临床对于活体生理状态下的足踝运动学研究。尽管随着足踝运动学研究的深入和临床足病学的发展,对活体生理状态下的足踝运动学研究涌现出各种新的研究方法,其中以感应器示踪标记、红外线摄影扑捉技术和三维运动分析系统应用最多,但这些对活体生理状态下的足踝运动学研究大都具有侵入性,难以被受试者接受。其次,现代足病学的飞速发展,使得足部运动学的研究内容已不再仅限于对足部运动进行大体的二维模式研究,而是转向更为精细的骨与关节的三维运动模式。但由于足踝构成骨均小而不规则,其骨间关节运动大多是微动的、三维方向的复合运动,因此准确测量和描述足踝内部各关节在体三维运动一直是足踝运动学研究方面的难点。随着影像诊断技术的进步和计算机辅助技术的发展,通过足踝CT或MRI影像的3D重建对活体足进行在体三维运动测量成为可能。建立一种精确、非侵入性、操作简单、具有临床推广价值的新的足踝在体三维运动测量方法,可以广泛收集正常足和病足的运动学资料,分析其运动特点,有助于研发新器械、新技术、新方法；通过对比分析术前、术后足踝关节最大运动能力,可以评估手术疗效,优化手术方式。本研究通过MIMICS软件和GEOMAGIC软件,结合刚体运动学原理,尝试建立一种足踝部关节在体运动度数字化三维测量新方法,通过这种方法对后足内在关节的在体三维运动进行测量和分析；对内侧纵弓各构成关节的运动变化与内侧纵弓变化的关系进行探讨,为将来临床进行病理性足踝关节的在体三维运动数字化测量和分析提供前期研究。研究目的1.建立一种全新的足踝关节在体运动度数字化三维测量的技术方法；2.测量后足内部关节在体三维运动,明确后足内部各关节在体三维运动特占.3.探明内侧纵弓各构成关节在体三维运动度变化及其对内侧纵弓变化的影响。研究方法1.足踝部不同体位CT影像学数据采集足部运动过程是一个连续性过程,可以将足部这一连续性运动过程简化为运动由静态的初始体位运动至静态的终末体位,将这2个静态体位在三维空间的六个自由度的变化来反映足部运动前后的运动变化。本研究将足由中立位进行最大内翻内收背伸运动简化为初始体位(中立位)和终末体位(最大内翻内收背伸位)的运动变化,并采集这2个体位的静态CT影像,CT扫描断层数据以.DICOM格式储存导出。2.足踝部骨与关节的数字化三维模型重建将采集的初始体位和终末体位的静态CT影像导入MIMICS10.01软件进行足踝部各构成骨与关节的数字化三维模型重建,将重建的骨与关节数字化模型以.STL格式保存。3.足踝部关节在体运动的数字化三维测量在GEOMAGIC10.0软件中设立虚拟空间坐标系,将不同体位的骨与关节的数字化三维模型导入GEOMAGIC10.0软件中的虚拟空间坐标系,根据刚体运动学原理,通过在GEOMAGIC10.0软件进行2次配准注册后,可以通过GEOMAGIC10.0软件自行计算并读取出运动前、后足踝部关节在三维空间的6个自由度的变化数值。4.统计学方法计量资料以x±s表示,选取检验水准α=0.05,采用SPSS13.0统计软件进行统计分析。胫距关节旋转角度(X1)、距下关节旋转角度(X2)与踝关节联合体旋转角度(Y)的关系采用多元线性回归分析。后足关节绕冠状轴旋转幅度、绕矢状轴旋转幅度、绕垂直轴旋转幅度之间进行LSD多重比较。采用独立样本t检验对同一轴线上胫距关节和距下关节的旋转幅度进行对比,其自由度为16。内侧纵弓各构成关节在体三维运动变化与足内弓顶角变化相关性采用pearson相关分析。结果1.足踝部关节在体运动度数字化三维测量新方法的建立利用MIMICS软件的数字化三维重建、GEOMAGIC软件的虚拟三维空间设立等数字化技术结合刚体运动学原理,建立一种足踝部关节在体运动度数字化三维测量新方法,通过这种方法测量了后足关节及内侧纵弓各构成关节的运动变化。2.后足内部各关节在体三维运动分析2.1后足内部各关节在体三维运动特点足由中立位进行内翻、内收、背伸运动时,胫距关节背伸10.77±5.70°外翻3.89±2.77°、外展5.29±4.47°,向足外侧位移0.78±0.59mm、向后足位移0.18±0.75mm、向肢体近侧位移0.65±0.71mm；距下关节跖屈6.33±4.32内翻16.46±2.94°、内收12.77±1.81°,向足内侧位移5.50±1.45mm、向前足位移1.96±1.77mm、向肢体远侧位移0.43±1.18mm；距舟关节跖屈5.09±6.89°、内翻38.82±5.98°、内收19.71±6.33°,向足内侧位移9.77±1.73mm、向后足位移3.13±1.29mm、向肢体近侧位移4.64±1.42mm。2.2后足内部各关节在体三维运动分析胫距关节主要绕冠状轴旋转,距下关节和距舟关节主要绕矢状轴旋转；踝关节在冠状轴线上的旋转运动主要由胫距关节和距下关节联合完成,而踝关节在矢状轴和垂直轴的旋转运动则主要依靠距下关节完成。3.内侧纵弓各构成关节在体三维运动变化对内侧纵弓变化的影响3.1内侧纵弓变化足由中立位进行内翻、内收、背伸运动时,运动终末体位内弓顶角(111.20±5.46)与运动起始体位内弓顶角(117.61±3.47)的角度差值(-6.41±4.60)是负值,说明足内翻内收背伸运动时足弓高度是增加的。3.2内侧纵弓各构成关节在体三维运动变化足由中立位进行内翻、内收、背伸运动时,距下关节跖屈6.33±4.32°内翻16.46±2.94°、内收12.77±1.81。,向足内侧位移5.50±1.45mm、向前足位移1.96±1.77mm、向肢体远侧位移0.43±1.18mm；距舟关节跖屈5.09±6.89°、内翻38.82±5.98°、内收19.71±6.33°,向足内侧位移9.77±1.73mm、向后足位移3.13±1.29rmm、向肢体近侧位移4.64±1.42mm；舟楔关节跖屈5.33±6.56°、外翻2.62±3.93°、内收1.20±3.54°,向足外侧位移0.04±1.18mm、向后足位移1.65±1.59mm、向肢体远侧位移1.80±1.91mm；第1跖跗关节跖屈0.32±1.61。、内翻1.18±2.69°、内收0.43±2.65°,向足内侧位移0.46±1.08mm、向后足位移0.48±0.34mm、向肢体远侧位移0.28±1.04mm。3.3内侧纵弓各构成关节在体三维运动变化对内侧纵弓变化的影响距舟关节在冠状轴上向内侧位移与足内弓顶角变化的相关性较大(相关系数r绝对值>0.5),具有显著性差异(P<0.05)；舟楔关节的跖屈、内收旋转和向足外侧、向后足、向肢体远侧位移与足内弓顶角变化的相关性较大(相关系数r绝对值>0.5),其中舟楔关节的内收旋转和向外侧位移具有显著性差异(P<0.05)；距下关节、第1跖跗关节在体三维运动的6个自由度变化与足内弓顶角变化的相关性较小(相关系数r绝对值<0.5),且其对足内弓顶角变化相关性均不具有显著性差异(P>0.05)。结论1.建立了全新的足踝部关节在体运动度数字化三维测量方法,该方法具有精确、非侵入性、操作简单、具有临床推广价值等优点。2.足由中立位进行内翻、内收、背伸运动时,踝关节在冠状轴线上的旋转运动主要由胫距关节和距下关节联合完成,而踝关节在矢状轴和垂直轴的旋转运动则主要依靠距下关节完成。3.足由中立位进行内翻、内收、背伸运动时,胫距关节主要绕冠状轴旋转,距下关节和距舟关节主要绕矢状轴旋转。4.足由中立位进行内翻、内收、背伸运动时,内侧纵弓各构成关节中距舟关节和舟楔关节是导致足内侧纵弓变化的主要关节,距下关节和第一跖跗关节则对足内侧纵弓变化的影响相对要小。这一结果暗示在足内侧纵弓各构成骨中足舟骨的三维空间位置变化对足内侧纵弓角度变化影响最大,它是足内侧纵弓发挥自我形变功能的最关键部分。