浅刺治疗膝骨性关节炎患者登梯运动中生物力学效应的有限元分析

目的 研究浅刺治疗膝骨性关节炎患者登梯运动中膝关节生物力学特性的改变.方法 基于CT和MRI图像数据,建立上下楼梯运动中膝关节屈膝50°和15°的三维有限元模型,分析浅刺前后和健康组膝关节半月板、股骨及胫骨软骨的应力分布.结果 结果显示浅刺治疗后股骨软骨、内外侧胫骨软骨和内外侧半月板的最大应力比治疗前分别有所减小,软骨...     

步态分析用于膝骨性关节炎诊断与功能评定的研究进展

膝骨性关节炎是中老年群体患病率非常高的一种疾病。该病生理功能表现与生物力学参数密切相关,包括运动学参数、动力学参数、肌电活动参数等直接体现了膝骨性关节炎的症状发展。这些参数的研究对于膝骨性关节炎诊断和关节功能评定有非常重要的临床意义。因此,笔者通过总结近年来国内外的研究文献,对步态分析技术的进展,以及步态分析应用在膝骨性关节炎生物力学参数评定进行探讨,着重从运动学特征参数、动力学特征参数和肌电活动特征参数等进行步态特征的研究,为膝骨性关节炎的临床诊断及疗效评估提供借鉴与参考。尽管步态分析研究在膝骨性关节炎的早期诊断、治疗评估中发挥了重要作用,但在中国的临床应用和研究仍处于初期阶段。此外,由于膝骨性关节炎致病机制和生理表征比较复杂,对于步态分析特征参数的选择、计算方法,以及技术本身的稳定性方面还需要持续深入研究和改进。     

有限元建模分析牵开成形治疗踝关节骨性关节炎的生物力学响应

背景：目前踝关节骨性关节炎的手术方式包括关节置换和关节融合,但2种方式均存在一定问题,因此保踝治疗成为踝关节骨性关节炎初期治疗的首选方式。牵开成形是一种重要的保踝治疗术式,有利于缓解踝关节疼痛和改善功能,有助于关节软骨的自我修复,但现在仍缺乏确切的生物力学证据。目的：通过有限元建模探究踝关节牵开成形治疗早中期无明显力线改变的踝关节骨性关节炎的力学因素,为临床治疗提供力学证据。方法：将1名27岁志愿者足踝CT扫描数据DICOM文件导入有限元软件中,进行三维重建及曲面拟合,再进行网格划分,建立含有骨骼、韧带、肌腱和软骨的精细足踝有限元模型,对比踝骨关节炎组、外固定架组分别在中立0°、跖屈20°、背屈20°3种不同工况下的胫距关节面应力、距骨应力及距骨应变的生物力学响应。结果与结论：（1）经过有限元仿真计算发现,从踝关节整体受力来说,两组模型在中立位0°时最小,从中立位逐渐跖屈或背屈时,随着踝关节活动发生变化,应力值也逐渐增加,且在同等屈曲的条件下,背屈要比跖屈的整体应力增幅明显;（2）从胫距关节的应力峰值来说,踝骨关节炎组的胫距关节面应力峰值较正常组增幅明显,外固定架组的胫距关节面应力峰值...     

膝骨性关节炎患者与正常青年人步态的对照

背景：应用现代步态分析技术研究膝骨性关节炎患者足底压力分布的报道较少,尚未建立骨性关节炎患者特征性的足底压力数据库。 目的：比较膝骨性关节炎患者与正常青年人步态特征的差异。 方法：运用足底压力测试系统对40例年龄44~70岁膝骨性关节炎患者及10名正常青年人行走时的步态进行测试,观察受试者足底各区域受力时间、单足支撑期参数、步角、足底各分区压力峰值。 结果与结论：膝骨性关节炎患者足底各区域受力时间百分比均高于正常青年组,两组足跟内外侧值差异尤为显著;膝骨性关节炎患者足跟触地阶段时间百分比、前足离地阶段时间百分比低于正常青年组,全足支撑阶段时间百分比高于正常青年组;膝骨性关节炎患者足跟侧部区域压力峰值均较正常青年组降低。说明膝骨性关节炎患者步态指标具有特征性,足跟部触地时间百分比、足跟触地阶段时间百分比、全足支撑阶段时间百分比及前足离地阶段时间百分比均与正常人有明显区别,膝骨性关节炎患者足跟部位外侧肌肉活动和平衡能力控制都较正常年轻人弱。     

消肿汤治疗膝骨性关节炎的临床疗效

目的 观察消肿汤治疗膝骨性关节炎临床疗效。方法 选择2018年5月~2019年5月在我院诊治的膝骨性关节炎患者76例,随机分为对照组和观察组,各38例。对照组采用常规西药治疗,观察组在对照组基础上联合消肿汤治疗,比较两组临床治疗总有效率、临床症状（疼痛、肿胀、僵硬）评分、膝关节功能评分、Lequesne总积分。结果 观察组治疗总有效率为94.73%,高于对照组的81.57%,差异有统计学意义（P＜0.05）;治疗后两组临床症状评分均低于治疗前,且观察组低于对照组,差异有统计学意义（P＜0.05）;两组患者膝关节功能评分均高于治疗前,且观察组高于对照组,差异有统计学意义（P＜0.05）;治疗后两组患者Lequesne总积分均较治疗前降低,且观察组低于对照组,差异有统计学意义（P＜0.05）。结论 消肿汤治疗膝骨性关节炎疗效确切,有助于缓解临床症状,促进膝关节功能的恢复,是临床治疗膝骨性关节炎的有效方法。     

电针结合雷火灸治疗寒湿型膝骨性关节炎的临床随机对照试验

文题释义：膝骨性关节炎：又称为膝关节增生性关节炎、退行性膝关节炎,是中老年人常见的一种慢性骨关节病,主要病理特点为关节软骨退变、破坏、软骨下骨硬化、关节边缘软骨下骨增生,进而引起滑膜炎症、半月板损伤、游离体形成及关节外组织炎症等一系列病变,临床症状以膝关节的疼痛、肿胀、变形及活动受限为主。白细胞介素6：是由CD4⁺T细胞、巨噬细胞等多种细胞产生的促炎性细胞因子,它能够对多种细胞产生促炎作用,在正常健康人群的血浆中其表达水平较低,在手术、炎症、感染等情况时其表达水平会显著上升。背景：雷火灸疗法及电针疗法均能有效改善膝骨性关节炎的相关症状,同时两种疗法兼具操作简单、廉价、实用性强等优点。目的：观察电针结合雷火灸与塞来昔布胶囊治疗寒湿型膝骨性关节炎的疗效差异。方法：选择2017年6月至2018年12月在广西中医药大学附属瑞康医院就诊的寒湿型膝骨性关节炎患者72例,其中男35例,女37例,采用随机数字表法分为2组：观察组(n=35)进行雷火灸(1次/d)结合电针治疗(1次/d),对照组(n=37)口服塞来昔布胶囊(1次/d),每个疗程14 d,两组均治疗2个疗程,疗程之间休息2 d。治疗前与治疗结束后进行目测类比评分、WOMAC评分、关节液相关炎性指标检测,并评估中医证候疗效有效率,并在治疗结束后进行1个月的随访。试验获得广西中医药大学附属瑞康医院伦理委员会批准,伦理批件号：KY2017-005。结果与结论：①两组试验过程中无严重不良反应发生;②观察组治疗结束后及随访1个月的目测类比评分、WOMAC评分(疼痛、僵硬、功能3项目评分)均较治疗前明显降低(P < 0.05);对照组治疗结束后及随访1个月的目测类比评分、WOMAC评分(疼痛、功能2项目评分)均较治疗前明显降低(P < 0.05);观察组治疗结束后及随访1个月的目测类比评分、WOMAC评分(疼痛、僵硬、功能3项目评分)均低于对照组(P < 0.05);③两组治疗结束后的白细胞介素6、肿瘤坏死因子α水平均较治疗前明显降低(P < 0.05),并且观察组两指标水平低于对照组(P < 0.05);④观察组的治疗总有效率高于对照组(97.1%,81.1%,P < 0.05);⑤结果表明,电针结合雷火灸治疗寒湿型膝骨性关节炎的临床效果明显且不良反应少,其与塞来昔布胶囊相比在疗效持久性方面更具优势。ORCID: 0000-0002-7859-7850(邓凯烽)中国组织工程研究杂志出版内容重点：组织构建;骨细胞;软骨细胞;细胞培养;成纤维细胞;血管内皮细胞;骨质疏松;组织工程     

电针对膝骨性关节炎患者登梯垂直地面反作用力及冲量对称性的影响

目的观察电针治疗对膝骨性关节炎患者登梯时下肢关节负荷的影响,探索电针的生物力学效应。方法膝骨性关节炎患者40例,随机分配至电针观察组及浅刺对照组各20例,最终各18例完成研究。观察组选取7个膝周穴位,连接电针仪;对照组取膝周非经非穴点浅刺后,连接电针仪但不通电。分别于治疗前后采用三维步态分析系统进行登梯生物力学测试,计算垂直地面反作用力峰值、冲量及其对称性。结果 3周治疗后,观察组垂直地反力上梯右足峰值、下梯左足峰值较治疗前增加(P 0.05);上梯左右足冲量、下梯右足冲量较治疗前降低(P0.05);峰值及冲量对称指数治疗前后比较差异无统计学意义(P0.05)。浅刺组仅上梯冲量对称指数较治疗前增加(P0.05)。两组各项指标治疗前后差值的组间比较均无统计学意义(P0.05)。结论电针能有效改善膝骨性关节炎患者登梯过程中的关节负荷能力,降低动态累积负荷,可能对减缓病程有帮助。     

电针联合综合康复治疗膝骨性关节炎对患者疼痛、 关节功能及关节液中TGF-β1水平的影响

目的:探究电针联合综合康复治疗膝骨性关节炎(knee osteoarthritis,KOA)的疗效及对患者疼痛、关节功能、关节液中转化生长因子-β1(transforming growth factor-beta1,TGF-β1)水平的影响.方法:选取2020年1月至2021年3月海口市中医医院收治的110例KOA患者...     

膝骨性关节炎合并内翻畸形患者运动特征研究

为研究膝骨性关节炎合并内翻畸形患者术前生物力学群体特征,用于比较患者术前术后步态延续性及进行术后康复指导,本文采集9例患者水平行走和坐立-起身过程的步态,并进行骨肌多体动力学分析。本文研究结果显示,水平行走时试验组下肢运动功能减弱,试验组非手术侧膝关节平均活动范围为22.5°~71.5°,拟置换侧膝关节平均活动范围为24.4°~57.6°,而对照组膝关节平均活动范围为7.2°~62.4°。单侧膝内翻患者完成坐立-起身过程时的下肢地面反作用力对称度介于0.72~0.85,非手术侧下肢起主要支撑作用。双侧膝内翻患者坐立-起身时地面反作用力之和最小。尽管单侧膝内翻患者采用非手术侧下肢过量负载的代偿方式能完成术后日常活动,但长期过量负载容易增加非手术侧下肢膝关节罹患膝骨性关节炎风险。对膝骨性关节炎合并内翻畸形患者完成日常活动的运动学和生物力学特征进行研究,有助于从生物力学角度理解内翻膝的发病机制,对患者的术前评估、预防和术后恢复具有较强的临床指导意义。     

膝骨性关节炎患者动态平衡能力变化

背景：膝骨性关节炎患者屈膝肌力及伸膝肌力均有不同程度的下降,进而影响患者的平衡控制能力。 目的：探讨膝骨性关节炎患者动态平衡功能的变化特征。 方法：纳入22例膝骨性关节炎患者(膝骨性关节炎组)和20例健康正常人(正常组),应用动态平衡仪进行动态平衡能力测试,包括总体稳定指数、前后方向稳定指数和左右方向稳定指数;稳定性测试：包括完成稳定性测试全部随机目标跟踪的时间,平均方向控制能力和前、后、右、左、前右、前左、后右、后左8个方向上的控制能力。 结果与结论：膝骨性关节炎组在睁眼双足站立、闭眼双足站立状态下总体稳定指数、前后方向稳定指数、左右方向稳定指数均高于正常组(P < 0.01),平均方向控制能力、前方控制能力、后方控制能力、左方控制能力、后右方控制能力测试值低于正常组,而完成该测试所需时间明显增加(P < 0.01)。说明膝骨性关节炎患者动态平衡能力下降。     

单间室与全膝关节置换术对膝骨关节炎患者楼梯行走时生物力学特征的影响

目的 探究单间室膝关节置换术（unicompartmental knee arthroplasty,UKA）与全膝关节置换术（total knee arthroplasty,TKA）对膝骨关节炎术后的临床疗效。方法 随机招募TKA患者21例、UKA患者15例。分别在术前以及术后6、12个月进行生物力学测试。采用Vicon红外动作捕捉系统和Kistler三维测力台同步采集受试者楼梯行走的运动学和动力学数据。结果 在上楼梯时,TKA组受试者术前膝屈曲力矩峰值显著低于UKA组,术后6个月到达膝屈曲/内收力矩峰值时间、膝屈曲力矩冲量及膝内收力矩峰值负载率显著小于UKA组。在下楼梯时,UKA组术前和术后6个月伸膝功率峰值显著较小,垂直地面反作用力峰值负载率术前显著较大,膝伸展力矩峰值术后6个月显著较大;在术后12个月,楼梯行走的生物力学特征未出现明显的差异性。结论 TKA组和UKA组在手术后表现出相似的膝关节功能,但TKA组可能采取不同于UKA组的下肢生物力学模式。在楼梯行走时,UKA组术后表现出更好的股四头肌控制能力,提高了楼梯行走尤其是下楼梯的姿势控制能力,而TKA组则采取保守的楼梯步态策略以降低楼梯行走的膝关节负荷。相比于力矩峰值,到达力矩峰值的时间及力矩峰值负载率是发现膝关节负荷差异性更灵敏的指标。     

老年人上下楼梯的步态特征以及下肢关节运动功能特点

目的 探讨老年人上下楼梯的步态特征以及下肢关节运动的力学性能。 方法 通过17名青年人、15名老年人自然速度上下5个台阶的楼梯测试与分析,并结合红外高速运动捕捉系统和三维测力台获取步态参数、下肢关节角度以及地面反作用力,通过逆向动力学方法计算关节力矩和功率,采取独立样本 t 检验分析年龄对上述参数的影响。 结果 与青年人相比,老年人上下楼梯步态周期较长,步速和步频则明显较低(P<0. 05);同时,老年人上下楼梯支撑相和摆动相分别明显延长和缩短(P<0. 05)。 不论是青年人还是老年人,上下楼梯过程中下肢关节角度、力矩和功率的变化趋势较为一致。 但老年人上楼主要是通过踝、膝关节功率的产生来维持,而青年人则是通过近端肢体的能量,特别动用了较多的膝关节功率。 下楼过程中的能量吸收,两者皆是以膝关节为主。 结论 随着年龄的增长,下肢机能下降和肌力不足,老年人害怕在上下楼梯时发生跌倒,试图通过减少摆动时间来弥补身体的不稳定。 研究结果为临床上老年患者群体的康复管理以及预测跌倒的功能性评估提供参考。     

膝关节前交叉韧带断裂单髁置换生物力学特性的有限元分析

目的基于人体膝关节CT和MRI图像建立前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)断裂和正常膝关节三维实体模型,采用有限元方法研究ACL断裂膝关节在不同屈膝角度对植入假体生物力学性能的影响。方法结合临床单髁置换手术方案植入第3代牛津单髁(OxfordⅢ)假体,其中胫骨假体后倾7°,建立膝关节屈曲0°、30°、60°、90°和120°单髁置换的三维有限元模型,在股骨中心点上施加1 k N压缩载荷,分析5种屈膝角度下股骨假体、半月板衬垫、胫骨假体的应力分布情况。结果膝关节ACL断裂组与正常组在5种屈膝状态下,半月板衬垫的最大主应力在ACL断裂组与正常组之间最大相差幅度为62. 5%,在0°、30°、60°和120°屈膝状态下ACL断裂组最大应力均大于正常组;股骨假体在ACL断裂30°时的最大应力明显增加,其余4种屈膝状态下应力的最大增幅为60. 81%;胫骨假体在5种屈膝状态下ACL断裂组最大应力比正常组分别增加了19. 07%、36. 78%、25. 69%、-4. 38%、51. 19%。当ACL断裂后,除屈膝90°外半月板衬垫和胫骨假体上的均布应力均大于正常组,在屈膝30°和120°时对半月板衬垫的磨损较大。结论单髁置换假体的应力分布随膝关节屈曲角度和ACL功能的变化而存在差异,ACL断裂组应力整体趋势大于ACL正常组,且应力集中于内侧区域,在屈膝120°时应力最大,磨损最为明显。研究结果为临床膝关节ACL断裂单髁假体置换的手术方案和半月板假体的优化设计提供理论依据。     

老年人下楼梯下肢关节做功模式分析

目的 探究下楼梯行走过程中老龄化对老年人下肢关节做功模式的影响,丰富楼梯行走的防跌倒理论。 方法 采用 Vicon 红外运动捕捉系统和 Kistler 三维测力台同步采集青年人和老年人下楼梯行走的运动学和动力学数据,利用下肢关节角度、力矩、功率、做功贡献度指标对下肢关节做功模式进行量化评定。 结果 下楼梯过程中,青 年组和老年组下肢三关节角度、力矩、功率的变化趋势一致。 在优势腿的 1 个支撑相内,老年人的屈髋力矩峰值、伸膝力矩第 1 峰值、第 2 峰值、跖屈力矩第 1 峰值、膝负功率第 1 峰值、第 2 峰值、踝负功率峰值以及髋、膝、踝关节净功均显著降低(P<0. 05);伸髋力矩峰值、髋负功率峰值、踝关节做功贡献度显著增加(P<0. 05),髋、膝关节做功贡献度并未出现显著性差异(P>0. 05)。 结论 在下楼梯过程中,老年人下肢关节力学特征显著降低。 老年人采取不同于青年人的下肢关节做功模式。 老年人通过较大的伸髋姿势抵制躯干的过度前倾,同时采取踝关节做功的代偿模式,提高下楼梯行走的身体稳定性。 建议老年人在锻炼时应以增加膝、踝关节肌肉力量的项目为主,以维持下楼梯的姿势控制能力。     

预期条件下不同侧切角度膝关节应力状态的有限元分析

目的 探讨预期条件下不同角度侧切触地过程中膝关节运动学、地面反作用力（ground reaction force, GRF）特征以及软骨、半月板的应力状态。方法 采集14名受试者在预期条件下分别进行45°、90°和135°侧切时的运动学和GRF数据,通过Visual 3D逆动力学计算获取膝关节反作用力,基于膝关节三维有限元模型分别对3种侧切角度下触地过程进行数值仿真。结果 预期条件下3种侧切角度在触地过程中的膝关节运动学特征存在显著性差异（P＜0.001）,膝关节屈曲程度随侧切角增大而增加;垂直GRF随侧切角增加而显著减小（P＜0.001）,水平GRF呈现出相反的趋势;3种侧切角度下,90°侧切时髌骨软骨以及股骨软骨接触应力峰值较大, 前交叉韧带（anterior cruciate ligament,ACL）接触点主应力峰值较大,其次为135°和45°侧切;3种侧切角度下,外侧股骨软骨接触应力峰值均大于内侧。结论 90°侧切运动时膝关节损伤风险更大,135°侧切时膝关节内部的应力状态与90°侧切相比较为良好。预期条件下膝关节损伤风险并不随侧切角增大而升高。     

眼球-眼外肌有限元模型的建立与力学分析

将有限元分析(FEA)方法运用到眼科研究中,建立了眼球和眼外肌的三维有限元模型并进行外力加载,通过非线性有限元计算过程得出模型的位移、应力、应变等结果,探讨眼部结构与受力、运动之间的关系,所得结果与眼科临床知识相符合.     

覆膜支架治疗主动脉夹层的有限元分析

目的利用有限元方法模拟覆膜支架植入治疗主动脉夹层的过程,通过观察覆膜支架在血管不同位置处释放对血管壁上的应力分布情况,分析覆膜支架植入后血管出现新发破口的生物力学机制。方法根据主动脉的计算机断层血管造影影像数据,进行图像分割和三维重建,建立具有病人特异性的主动脉夹层的三维几何模型;根据文献数据,给定主动脉夹层壁厚和材料属性;利用CAD软件设计出不同几何参数的覆膜支架环;利用有限元分析软件模拟覆膜支架的释放过程。结果当覆膜支架处于稳定状态时,血管最大Von Mises应力与覆膜支架的释放位置有关;血管壁上的最大Von Mises应力点分布在裸支架及第1节细小镍钛合金环接触处,该作用力的长期存在可能是这个部位出现新发破口的原因。结论覆膜支架的释放位置对主动脉上的最大Von Mises应力分布影响较弱,但对主动脉上的Von Mises应力影响较为明显。研究结果对临床上覆膜支架释放位置的选择具有指导意义。     

新型运动模式铰链膝关节假体磨损有限元分析

目的 对新型球轴运动模式铰链膝关节假体进行有限元分析,研究假体磨损仿真的方法及运动方式对假体磨损的影响。方法 基于球轴假体接触力学有限元模型,根据Archard磨损理论,建立磨损有限元模型,以各种运动数据为加载条件,模拟生理活动下膝关节的力学环境,研究球轴假体磨损情况。结果 对于胫骨衬垫,上下楼时平均和最大接触应力均高于步行,上楼时累积磨损体积大于下楼和步行,且磨损均主要发生在衬垫下表面。对于球轴衬套,仅步行时存在短时间接触和磨损,累积磨损体积为0.19 mm³。结论 铰链膝关节假体的球轴运动模式可改善置换后膝关节力学环境,降低衬套磨损,延长假体生存期。有限元仿真可有效预测铰链假体的磨损,为其设计及改进提供理论支持。     

舌侧金属加强杆种植覆盖义齿的三维有限元分析

目的 通过三维有限元分析方法探讨舌侧金属加强结构义齿基托设计对无牙下颌种植修复义齿的生物力学影响,为无牙颌修复治疗提供参考。方法 构建舌侧金属加强结构与无加强结构两种义齿基托设计的2颗种植体支持locator式覆盖义齿三维有限元模型,分别对后牙中央窝垂直施加150 N载荷、斜向施加150 N载荷以及对前牙垂直施加150 N载荷,模拟正中咬合、左右侧方咀嚼以及前牙切割食物时两种模型各组织的受力情况。结果 后牙及前牙垂直向加载时,两种义齿基托设计模型各组织受到的应力分布较为接近,所受最大应力差别在0~0.16 MPa之间;偏侧咀嚼时,未添加金属加强杆的义齿基托、种植体和黏骨膜应力集中范围,以及种植体、种植体周围骨最大受力明显大于添加金属加强杆模型,所受最大应力差别在0.59~2.99 MPa之间。结论 在义齿基托舌侧添加金属加强杆,可以起到应力分散的作用,或可在一定程度上减小骨吸收及基托折断的风险。