基于双下肢全长片和深度学习的骨肌建模方法对膝关节内外侧接触力的估计精度验证

目的验证利用基于双下肢全长片的骨肌建模方法建立的骨肌模型是否可以提高膝关节内外侧接触力的估计精度。方法采用一例包含了定制膝关节假体的开源数据库。该数据库包含了双下肢全长片以及同步的标记点轨迹、地面反作用力和在体膝关节接触力。根据本课题组前期提出的基于深度学习的双下肢全长片建模方法,利用从双下肢全长片中提取的关键解剖参数建立个性化骨肌模型。同时,采用基于表面标记点的线性缩放方法建立骨肌模型。在Open Sim软件中,分别对这两种方法建立的骨肌模型进行骨肌仿真,计算膝关节内侧和外侧接触力。采用均方根误差和峰值误差来评估骨肌仿真估计和在体测量的膝关节内外侧接触力之间的差异。结果相比基于表面标记点的线性缩放方法,基于深度学习的双下肢全长片建模方法使膝关节内外侧接触力的均方根误差分别降低了38.3%和41.3%,同时膝关节内外侧接触力的平均峰值误差分别减少了50.0%和49.3%。结论基于深度学习的双下肢全长片建模方法可以取得比基于表面标记点的线性缩放方法更加精确的膝关节内外侧接触力估计,尤其是针对膝骨关节炎患者。

不同严重程度的双侧膝骨关节炎患者疼痛较轻一侧膝关节代偿机制的差异性研究

目的本研究旨在探究轻中度和重度双侧膝骨关节炎(OA)患者中不同疼痛等级膝关节之间的负荷分布情况,以深入理解不同严重程度双侧膝OA患者疼痛较轻一侧的代偿情况。方法纳入43名KL2~3级和43名KL4级的双侧膝OA患者进行了研究,并与27名健康组进行了比较。通过三维动态运动捕捉系统(Qualisys)和Opem Sim测量双下肢膝关节的负荷,包括峰值膝关节内收力矩(KAM)、膝关节内收力矩冲量和峰值内侧膝关节接触力(MCF),来比较两组患者之间的差异。结果所有患者的步行速度相比于健康组均减慢(P<0.001)。与对侧膝关节相比,疼痛更重一侧膝关节内翻畸形更重(P<0.05),支撑时间更短(P<0.05)。在KL2~3级患者中,疼痛更重一侧的峰值KAM(P=0.046)和KAM冲量(P=0.044)更小。然而在KL4级患者中,疼痛更重一侧的峰值KAM(P<0.001)、KAM冲量(P=0.003)和峰值MCF(P=0.005)更大。结论在KL2-3级患者中,疼痛更重一侧可以通过疼痛较轻一侧膝关节代偿从而减少膝关节负荷,而在KL4级患者中,由于双侧膝关节内翻畸形均严重,疼痛较轻一侧膝关节无法代偿,导致疼痛更重一侧膝关节负荷进一步增大。因此针对不同严重程度的患者,需要个体化的治疗策略,以减轻疼痛并有效管理膝关节负荷。

基于深度学习的无标记点运动捕捉系统评估骨关节疾病人群的步态运动学

目的评估基于深度学习的无标记点运动捕捉系统测量骨关节疾病人群步态运动学的精度。方法采用10个Vicon红外镜头和4个FLIR高速彩色视频镜头以150 Hz的采样频率同步采集150例(随机分为训练集120例和测试集30例)晚期骨关节疾病患者以自选速度在地面上行走的数据。反光标记点的粘贴方式参考CGM24下肢模型。在训练集上,首先从4个视角的视频数据,利用优化后的Vi TPose网络进行二维姿态估计,得出下肢二维关键点坐标。再利用一个融合时间和空间信息的神经网络模型,从4个不同视角连续多帧的二维关键点坐标重建精确的三维人体姿态,得出20个下肢关键点的三维坐标。在测试集上,利用Open Sim逆向动力学工具分别计算有标记点和无标记点运动捕捉系统的下肢关节角度。采用均方根误差和活动度误差来评估无标记点运动捕捉系统对下肢关节角度的估计精度。结果相比于有标记点运动捕捉系统,无标记点运动捕捉系统对下肢关节角度估计的均方根误差均在4°以内(2.7°~3.8°),活动度误差均在2°以内(-1.6°~0.6°)。结论本研究开发的基于深度学习的无标记点运动捕捉系统在骨关节疾病人群的步态运动学评估上具有较高的精度,为该系统在临床上应用奠定了重要基础。

正常步态周期中髋臼周围区域的应力分布及其在THA髋臼重建中的指导

目的研究健康成人步态周期中髋臼周围内外应力分布基本规律,探求这些规律对全髋关节置换(total hip arthroplasty,THA)髋臼侧重建的临床指导作用。方法采用CT扫描获取1名男性和1名女性健康中年志愿者骨盆与股骨近端数据并构建三维模型。通过基于CT值计算材料弹性模量的非均匀材料赋值方案及其收敛性分析为各个有限元网格单元独立赋值。根据正常步态行走中髋关节接触力在步态周期中的动态变化施加载荷条件。以模型内外节点的Von Mises应力为标准进行结果判断。结果在正常步行中,从男、女志愿者髋骨外表面看,应力主要从髋臼后上方沿髂翼后外侧经坐骨大切迹传递至耳状面,应力最大值出现在坐骨大切迹附近;从男、女志愿者髋臼上、中、下3个剖面看,应力在髋臼后上方的骨皮质与骨松质均有分布,而在髋臼的前柱与后柱,应力则主要分布于骨皮质上。结论根据健康成人髋臼周围正常步态应力传递与分布规律,选择更合适大小的髋臼假体以及更精确地控制髋臼假体的安放位置有助于获得更符合正常步态应力分布的髋臼重建方案。

髋臼假体放置角度对髋臼周围应力分布的影响

目的研究全髋关节置换（totalhiparthroplasty，THA）髋臼侧重建中不同髋臼假体安放角度对髋臼周围内外应力分布的影响，探索提高THA术后髋臼假体稳定性的方法。方法基于材料属性的非均匀赋值模型和由不同髋臼假体前倾角（15°，20°，25°）与外展角（40°，45°，50°）的9种组合方式构建包括正常髋模型在内的10种有限元模型，并以正常步行模式单支撑相中的髋关节最大接触力为载荷条件进行求解。以正常髋模型分析结果为对照，按照从定性到定量原则对比分析各模型的内外应力。结果当髋臼假体的放置角度与正常髋臼的解剖角度（前倾19°、外展46°）最接近时，髋臼周围的应力遮挡现象最明显。此外，当髋臼假体的外展角放置于45°，前倾角在15°～25°变化不会对模型整体应力分布造成较大的影响；而且在15°前倾角条件下，模型不仅在应力分布方面具有良好稳定性，同时在皮质骨和松质骨上应力遮挡现象相比于处于正常髋臼解剖角度时明显改善。结论对于髋臼的正常解剖形态未发生明显改变且需要接受THA手术的患者，应把髋臼假体放置在正常外展角45°，而前倾角应小于正常解剖前倾角5°左右并居于15°～20°之间。

基于群体遗传进化机制的产品族设计

为快速响应细分市场中客户的个性化需求,运用生物进化理论建立了产品族进化设计过程模型.在定义产品基因、产品等位基因概念的基础上,建立了4层结构体系的新产品族遗传结构.通过定量分析市场客户需求和产品生产效率,构建了产品族在市场环境中的客户需求维度适应度模型和在设计制造环境中的生产效率维度适应度模型,并提出了支持整个产品族进化的多方向进化演变算法.以轿车产品族设计为例的产品族进化演变过程模拟结果表明:产品族经过20代进化后,最终形成了分别满足小型、紧凑型及中型轿车3个细分市场需求且具有较高生产效率的最优产品族,本文提出的产品族进化设计方法能有效地满足细分市场中客户的个性化需求.

基因芯片在乙肝病毒检测中的应用

[目的]评价基因芯片技术在同时进行乙肝病毒基因分型及耐药突变基因检测中的准确性、敏感性和临床应用价值。[方法]50例血清标本都用荧光定量PCR和基因芯片两种方法进行检测,然后对两种方法的结果进行比较,同时对基因芯片技术检测结果中乙肝病毒基因分型和耐药突变基因的情况进行分析。[结果]荧光定量PCR的阳性检出率为46%。基因芯片的阳性检出率为38%,其中10例为B型,9例为C型,结合荧光定量的结果,在整个基因芯片的检测结果中检测到的最低拷贝数为1.387 e3 copies/ml。19例阳性都存在拉米夫定敏感位点,共检测到3例对拉米夫定耐药的患者(2例为rt204I突变,1例为rt108M、rt204V突变)。[结论]基因芯片技术在同时进行乙肝病毒基因分型和耐药突变基因的检测中,结果准确、灵敏度高、通量性好,适合各大临床单位开展应用。

基于实测接触轮廓线的精密锥面摩擦联接接触性能有限元分析方法

为使精密锥面联接接触性能仿真分析与实际接触情况相一致,并精确评估其传动性能及指导设计,在建立压紧套接触面正压力与轴向预紧力理论关系式的基础上,提出一种基于三坐标测量机精确测量锥面接触轮廓与有限元数字仿真分析相结合的精密锥面摩擦联接接触性能分析方法。运用Bezier曲线拟合三坐标实测接触轮廓数据,通过Matlab输出实测接触轮廓APDL命令构建有限元实测模型,使实测接触轮廓数据和仿真模型得到耦合。实验测试与仿真分析表明,理论计算结果较低估计了锥面摩擦联接传动性能指标,实测模型由于接触轮廓的不规则性导致各零件只在局部接触充分,与理想模型仿真结果差异较大。因此,精密锥面摩擦联接件设计需同时考虑零件弹性变形与实际接触表面的不规则性,特别是后者对传动效率的影响,以提高精密锥面摩擦联接的设计质量。

对比计算机和传统教育资源在医学教育中的效果研究

目的基于计算机或虚拟现实的医学教育(尤其是解剖课程)的比重在逐年增加。然而,目前仍缺乏对基于计算机和传统教学方式有效性的比较。本研究重点关注了3种解剖学授课方式的有效性:1)虚拟现实模型组;2)静态图像组;3)三维实体模型组。方法本对照研究总共纳入45名本科生(每组n=15),通过10分钟的讲授和学习,考察学生学习20个不同骨盆解剖结构的效果。学习效果考核指标主要基于尸体骨盆并由25个简答题构成(15个名词解释,10个功能问题)。所有受试者均接受一项简单的空间能力测试(mental rotations test,MRT),作为后续数据分析的协变量。采用重复检验方差分析法进行数据统计。结果在名词解释问题方面,三维实体模型组的教学效果(73%)显著优于静态图像组(52%)和虚拟现实组(55%)(P<0.001)。在功能问题方面,3组之间无显著统计学差异(P>0.05)。结论相比于传统教学资源,基于虚拟现实的医学教育没有显著优势。

直接前入路全髋关节置换后早期三维步态分析

目的:探讨直接前入路(direct anterior approach,DAA)行人工全髋关节置换术后早期效果及患者手术前后的步态变化。方法:20例因股骨头坏死或髋关节发育不良继发骨关节炎的患者于直接前入路下行单侧初次人工关节置换,采集患者一般资料并记录患者术前、术后视觉模拟评分(visual analogue scale,VAS)、Harris评分等,分别于手术前及手术后6周、12周行步态分析,记录并分析患者手术前后步态变化并与正常成人对比。结果:患者术后平均住院时间3.3 d,术后3 d内VAS评分均低于4分,患者假体安放位置满意,至术后12周随访无脱位。步态分析结果中,步速患者组为术前0.64 m/s、术后6周0.77 m/s、术后12周1.07 m/s,正常对照组为1.19 m/s;步频患者组为术前43.15步/min、术后6周51.42步/min、术后12周55.52步/min,正常对照组为57.15步/min;行走时髋关节活动度患者组为术前31.00°、术后6周39.62°、术后12周40.40°,正常对照组为45.67°;行走时膝关节活动度患者组为术前50.52°、术后6周59.28°、术后12周67.29°,正常对照组为70.42°。患者组内比较,除术后6周的步速和行走时膝关节活动度外其他数据差异均有统计学意义;与正常对照组相比,入组患者的步态分析数据仍不及正常对照,术后12周时患者步态数据已接近正常对照组,步速、步频、行走时膝关节活动度结果组间差异无统计学意义。结论:DAA作为全髋关节置换的可选手术入路,患者术后12周步态已接近正常人群,但尚需进一步的更大样本量的研究。

21三体综合征产前基因诊断的研究

[目的]建立一种准确、快速、简便的21三体综合征即唐氏综合征产前诊断技术,探讨应用串联重复序列信息进行21三体定性诊断的可行性。[方法]抽取109例高风险孕妇羊水,提取DNA,PCR扩增特异性STR片段,并对其进行非变性聚丙烯酰胺凝胶电泳及银染分析,通过电泳带型特征诊断21三体。同时选择17号染色体D17S953作为质控,排除羊水被母血污染造成对结果的影响。[结果]发现异常5例,其中D21S11异常2例,D21S1270异常3例。[结论]基于短串联重复序列(short tandem repeat,STR)的聚合酶链反应技术是一种简单、快速和可靠的21三体定性基因诊断技术,可应用于21三体的基因诊断和遗传筛查。

加速康复外科模式下全髋关节置换术后48h内出院危险因素分析

背景:加速康复外科(ERAS)理念应用于全髋/全膝关节置换术(THA/TKA)围手术期管理之后,患者的术后住院时间(LOS)已经明显缩短。术后LOS受到术前、术中及术后多种因素的影响。目的:探讨ERAS模式下THA术后48 h内出院的危险因素。方法:回顾性分析2018年1月1日至5月31日严格按照ERAS模式行初次THA的患者共101例。其中52例患者(51.5%)术后LOS≤48 h。记录患者的一般情况、诊断、术前髋关节畸形、并存疾病、血液学检查指标、手术相关指标、术后下地时间、疼痛视觉模拟评分(VAS)等指标。比较术后48 h内出院的患者与术后48 h后出院的患者以上指标的差异。采用多元Logistic回归分析法分析术后LOS的危险因素。结果:与术后48 h内出院的患者比较,术后48 h以内出院的患者男性比例较大(P=0.011)、ASA分级较低(P=0.032)、髋关节畸形比例较低(P=0.012)、麻醉时间较短(P=0.001)、术中输液量较少(P=0.002)、术后下地时间较早(P=0.013)、术后第1天ALB水平较高(P=0.021)、IL-6水平较低(P=0.018)、术后第1天疼痛VAS评分较低(P=0.014)。多元Logistic回归分析结果显示,患者年龄(OR 2.14,95%CI 1.16-3.31,P=0.012)、性别(男vs女,OR0.33,95%CI 0.17-0.61,P=0.007)、术前髋关节畸形(OR 2.81,95%CI 2.14-3.51,P=0.002)、ASA分级(OR1.57,95%CI 1.01-2.14,P=0.046)、手术时间(OR 1.71,95%CI 1.06-2.43,P=0.021)、术中输液量(OR 1.66,95%CI 1.23-2.24,P=0.031)、术后第1天ALB水平(OR 0.67,95%CI 0.43-0.91,P=0.028)等是术后LOS>48 h的危险因素。结论:患者的年龄大、女性、术前髋关节畸形、并存疾病、麻醉时间长、术中输液量大、术后第1天ALB水平低是ERAS模式下THA术后LOS>48 h的危险因素。

引物原位标记合并荧光原位杂交技术在人类中期染色体分析中的应用

[目的]建立检测人类外周血淋巴细胞中期染色体的引物原位标记合并荧光原位杂交技术,并进行其在产前诊断中的可行性分析。[方法]采用单色引物原位标记合并单色荧光原位杂交技术同时对正常人外周血淋巴细胞18号染色体的着丝粒α-卫星序列和21号染色体长臂的单拷贝序列进行双色标记。[结果]成功地在淋巴细胞培养的中期分裂相上同时获得了18号和21号染色体的标记,其中18号标记为绿色信号,21号标记为橙红色信号,标记率分别达96.2%和93.6%,双标记率达到91.3%。[结论]应用该技术对人类外周血淋巴细胞染色体进行标记结合了引物原位标记和荧光原位杂交技术各自的优点,增加了检测靶点的多样性,为其在产前诊断中的应用奠定了基础。

用平面光栅摄谱仪测量未知波长的实验方法研究

采用平面光栅光谱仪测量未知波长,并以钠原子、汞原子光谱为例,通过对其观察、测量和分析,加深对金属原子中外层电子与原子相互作用以及自旋与轨道运动相互作用的了解。对光谱用CCD多分析器进行分析和波长测量。

H_2^+离子和H原子相互作用研究

应用改进的排列通道量子力学方法 (ACQM )对H+ 2 离子与H原子的相互作用进行了研究。研究结果表明 ,H+ 2 离子与H原子相互作用能够形成稳定的正三角形构型的H+ 3 离子 ,从而为实验上制备H+ 3

中国研究型医院学会关节外科学专业委员会在成都成立

第二届全国关节置换术加速康复围术期管理学术交流大会暨中国研究型医院学会关节外科学专业委员会成立大会于2017年2月18日在成都举行。四川大学华西医院裴福兴教授当选中国研究型医院学会关节外科学专业委员会首届主任委员,曲铁兵、朱庆生、严世贵、张先龙、陈继营、周一新、周宗科、钱齐荣、徐卫东、翁习生、曹力、廖威明（按姓氏笔画排序）等12名专家当选副主任委员,沈彬当选秘书长。

去整合素金属蛋白酶10介导的Notch信号通路在骨关节炎发病机制中的研究进展

骨关节炎(OA)尚缺乏有效的治疗方式。众多研究表明,金属蛋白酶家族在OA发病机制中起着重要作用,或许能在OA治疗中发挥巨大作用。其中去整合素金属蛋白酶10(ADAM10)具有巨大潜力,其相关靶向药物已在临床上应用于其他疾病的治疗或者进行临床试验,如治疗阿尔茨海默病及免疫抑制。本文对ADAM10及其介导的Notch信号通路在OA发病机制中的研究进展进行综述,为ADAM10相关药物在OA治疗上的应用提供初步理论基础。

膝关节单髁置换术后关节线位置对内外侧间室应力影响的生物力学研究

目的 通过有限元分析法探讨膝关节单髁置换不同关节线位置对膝关节产生的生物力学效应,为膝关节内侧间室单髁置换临床手术选择提供生物力学依据.方法 根据正常志愿者（男性,30岁,165 cm,60 kg）膝关节CT扫描数据和单间室膝关节假体三维扫描数据构建正常膝关节和单髁置换三维模型.基于对象特异性非均匀材料属性赋值方法,构建正常膝关节和3种不同关节线位置（-3 mm、0mm和3 mm）的内侧间室单髁置换有限元模型.以胫骨关节面为起始面,从上往下每隔2 mm取1截面,共取5个截面.分别在5个截面的内外侧平台面各均匀选取30个节点,以节点等效应力平均值表示内外侧胫骨平台软骨下骨的应力水平,以定量比较不同模型间应力水平差异.结果 聚乙烯垫片上表面应力均值在0、-3和＋3 mm关节线高度分别为14.84、26.81和20.86 MPa,组间的差异均有统计学意义（t0vs-3=4.896,P0vs-3=0.000;t0vs＋3=3.455,P0v＋3=0.008;t-3vs＋3=2.579,P-3vs＋3=0.020）.胫骨侧假体上表面应力均值在0、-3和＋3 mm关节线高度分别为29.69、50.49和39.99 MPa,组间的差异均有统计学意义（t0vss-3=5.675,P0vs-3=0.000;t0vs＋3=4.755,P0V＋ 3=0.001;t-3vs＋3=4.783,P-3vs＋3=0.000）.当关节线处于0mm高度时,胫骨平台内外侧应力水平与正常膝关节最为接近;当关节线处于-3 mm高度时,内侧聚乙烯垫片和胫骨假体上表面接触应力相比于0 mm关节线位置,分别增加81％和70％,而外侧胫骨平台松质骨的应力增加8.7％;当关节线处于＋3 mm高度时,聚乙烯垫片和胫骨假体上表面接触应力相比于0mm关节线位置的增幅较-3 mm关节线小,分别为41％和35％.而外侧胫骨平台松质骨的应力相比于0 mm关节线下降55.6％.结论 在膝关节单髁置换中,只有保持良好的关节线位置,才有助于保证膝关节内外侧间室的应力水平和传递路径同正常膝基本一致,从而降低聚乙烯垫片的过早磨损、胫骨假体下沉以及假体周围骨折的风险.

步态分析应用于全髋关节置换的研究进展

全髋关节置换（ total hip arthroplasty, THA）是20世纪的主要外科进展之一。对于各种原发或继发的晚期髋关节病，如骨关节炎、类风湿关节炎以及股骨头坏死等，THA是一种行之有效的治疗方法。步态分析是指综合运用定性与定量分析法系统研究人体运动能力与运动规律的研究方法。运用步态分析可针对步态异常患者在进行步态评价的基础上，制定治疗计划以及监控患者的整个治疗过程。该方法通常应用于运动生物力学领域中帮助运动员建立更有效的运动方式以及识别和鉴定某一患者人群中同姿态与运动相关的问题。因此，将步态分析应用于THA中的髋关节疾病定量分析、髋关节置换术的效果评价以及THA术后康复指导，对预防髋关节疾病的发生、改善手术效果以及帮助患者快速康复等方面具有重要的临床意义。本文通过明确步态分析的基本概念和基本原理，从步态分析在THA中的临床应用概况及其应用趋势两个角度出发，就步态分析在THA中的研究进展作一综述。

髋关节臼顶上方基本应力传递路径的分析

保持臼顶上方的基本应力传递路径对全髋关节置换(THA)髋臼重建后假体的稳定性至关重要。本研究旨在为描述该基本应力传递路径提供一个合理的方法并为THA中的髋臼重建过程提供临床指导。通过CT数据构建三个不同正常髋关节的对象特异性有限元模型。采用5种材料赋值方案进行材料属性的收敛性分析,以定义骨盆松质骨材料属性的数量。此外,把臼顶上方20mm范围内的模型进行剖切处理,并且将该范围内的应力传递路径定义为三维松质骨应力分布以及定量的皮质骨应力水平两部分。研究结果表明,采用100种材料定义骨盆松质骨的材料属性,既可以保证有限元计算结果的精确性又可以保证其分析流程的时效性。在相同体重条件下,三个不同正常骨盆臼顶上方应力传递路径都具有一致性,特别是臼顶上方的皮质骨应力水平均保持在20 MPa以上且差异无统计学意义(P>0.05)。因此,定义一定体重条件下臼顶上方的基本应力传递路径有助于更精确地制定术前髋臼重建计划,恢复髋关节正常的生物力学以及维持假体的稳定性。