六自由度步态分析系统评估膝骨关节炎严重程度的客观准确性

背景:膝骨关节炎的传统评估方法是基于患者的临床症状、体格检查和影像学表现做出判断,但是这些方法不能反映膝关节的动力学动态变化,不能多维度反映出膝关节的客观状态。六自由度步态分析系统为膝骨关节炎的严重程度提供了更加客观、更为实用的一种动态评估方法,为不同患者更精准的治疗方案提供了依据,从而优化患者的治疗策略。目的:综述膝骨关节炎的相关评估系统,将六自由度步态分析与传统评估膝骨关节炎严重程度的方法进行比较,探讨六自由度步态分析在指导膝骨关节炎治疗策略制定方面的应用效果。方法:通过计算机检索Google Scholar、PubMed数据库2002年1月至2023年6月发表的相关文献,英文检索词为“knee osteoarthritis,knee osteoarthritis severity,6DOF gait analysis,evaluation methods,WOMAC,KOOS”;中文检索词为“膝骨关节炎,关节炎评估系统,六自由度步态分析”,通过纳入与排除标准,最终选择65篇文献进行归纳总结。结果与结论:①六自由度步态分析提高了评估膝骨关节炎严重程度的准确性,依据该方法制定的治疗方案显著改善了患者的预后;②基于目前的研究发现,在临床实践中应规范六自由度步态分析与传统评估方法的结合,以便客观准确地评估膝骨关节炎,从而更好地选择治疗方案及评估个体化治疗策略的长期有效性。

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。

基于步态分析探究骨补丸干预老年膝骨关节炎患者炎症因子表达

目的基于步态分析技术探究骨补丸干预老年膝骨关节炎患者炎症因子的表达。方法采用前瞻随机对照临床试验,将106例肝肾不足型老年膝骨关节炎患者按照随机数字表法分成骨补丸组、安慰剂组各53例。比较两组临床表现(疼痛视觉模拟评分、膝关节主动伸屈活动度、美国特种外科医院膝关节评分)、步态分析参数(步幅、步速、步频、步态周期)和关节液炎症因子(白细胞介素-1β、白细胞介素-6、肿瘤坏死因子-α)。结果试验前,两组临床表现、步态分析参数和关节液炎症因子差异均无统计学意义(P>0.05);试验后,两组上述指标与试验前比较差异均有统计学意义,且骨补丸组指标改善明显优于安慰剂组(均P<0.05)。结论骨补丸治疗肝肾不足型老年膝骨关节炎疗效确切,可能通过改善关节步态分析参数,干预关节液炎症因子表达发挥作用。

轮辐式斜交型索结构的几何构型与预应力态分析

轮辐式斜交型索结构体系的弦索采用斜向布置形式,能有效改善结构的整体抗扭性能,并有利于提升施工稳定性和使用安全性,同时也增加索结构体系的美感,丰富结构形式。通过几何形态分析发现轮辐式斜交型索结构的关键形态参数包括索结构桁架单元数量、斜交角度、内外环半径、起拱高度和下垂深度,并基于此建立参数化建模方法。根据节点平衡方程,推导轮辐式斜交型索结构在预应力态下的索杆内力快速估算公式,并探究斜交角度、内外环厚度和内外环几何中心高差对预应力分布的影响,结果表明:斜交角度对结构受力效率的影响较大;内外环厚度对拉索索力的影响很小,而对内环撑杆轴压力的影响较大;内外环几何中心高差对索杆内力的影响较大。该文的研究有助于促进轮辐式斜交型索结构的进一步应用。

针对半月板损伤患者的运动学步态分析

目的:探讨应用Codamotion 2CX1三维动态关节运动捕捉系统分析不同程度半月板损伤患者运动学特征。方法:2020年12月至2022年6月收治的半月板损伤患者及招募的正常人共135例,男82例,女53例;年龄14~29岁;病程1~3个月。结合临床症状及MRI检查明确半月板损伤诊断,根据Stoller分级标准将半月板损伤分为4级:0级(正常)37例,Ⅰ级30例,Ⅱ级33例,Ⅲ级35例。采用Codamotion 2CX1三维动态关节运动捕捉系统对各组受试者进行行走测试,采集步行及运动学定量化指标,包括膝关节屈伸、内外旋、内外翻,并对其进行运动学进行分析。结果:在膝关节屈曲/伸直的分布中,4组患者膝关节最大屈曲、最小伸直及膝关节屈伸范围比较,差异有统计学意义(P<0.05);在膝关节内旋/外旋的分布中,4组患者膝关节内旋及膝关节旋转范围比较,差异有统计学意义(P<0.05);在膝关节内翻/外翻的分布中,4组患者膝关节外翻及膝关节翻转范围比较,差异有统计学意义(P<0.05);临床分期进展与膝关节伸直、外旋、内外翻及翻转活动范围呈正相关(P<0.05);与膝关节屈曲、内旋及屈伸、旋转活动范围呈现负相关(P<0.05);膝关节内旋、外旋角度可以作为半月板损伤临床分期的独立影响因素(P=0.006,0.019<0.05)。结论:半月板损伤患者膝关节运动发生了明显变化,且不同临床分期下,变化有一定差异,步态分析为半月板损伤的运动学分析提供了一个可靠的依据,有助于更好了解关节的运动学指标,同时提供了一个较为可靠的辅助诊疗方案,为后续医学研究提供了新方向。

三维步态分析方法在脊柱侧凸矫正与康复中的研究进展

脊柱侧凸是一种三维脊柱畸形,其可能导致一系列问题,如疼痛、活动受限、步态模式改变等,从而造成严重的家庭和社会负担。根据患者Cobb角度和是否存在加重风险等因素,目前具有循证医学证据的矫正方式为脊柱矫形器和手术治疗。三维步态评估技术通过客观量化的时空参数、运动学和动力学数据,能够为脊柱侧凸康复提供生物力学评估数据。本综述总结三维步态评估技术在脊柱侧凸矫形器与手术治疗中的应用,以期为脊柱侧凸矫形器和手术治疗提供生物力学数据支撑,为三维步态分析技术的应用提供研究基础。

温差热电转换型空间热管冷却反应堆瞬态分析程序开发及验证

热管冷却反应堆采用固态堆芯设计、高温热管传热,具有结构简单、非能动、高可靠性等优点。为研究温差热电转换型空间热管冷却反应堆电源系统的瞬态特性,本文针对该型电源系统中最主要的系统(包括堆本体、高温热管、温差热电转换系统)建立了详细的数学物理模型,并开发了系统瞬态分析程序,其中堆本体模型基于OpenFOAM进行模块开发,耦合了点堆动力学模型和反应性反馈模型。通过文献和试验数据分别验证了高温热管及温差热电转换模型,结果与参考值符合较好,其中温差热电转换模块发电功率与试验值的相对偏差小于2.75%。采用该程序对KRUSTY进行了建模分析,开展了反应性引入、热电转换模块失效、负荷跟踪、主动冷却丧失工况下的瞬态分析,并与试验值进行了对比。结果表明,在上述瞬态工况下堆芯燃料表面温度与试验值的偏差小于4.1 K,程序计算结果与试验值符合较好。

步态分析技术在腰椎间盘突出症临床诊断和功能评估中的应用进展

腰椎间盘突出症(lumbar disc herniation, LDH)是成年人腰痛和下肢神经痛最常见的病因之一,具有发病率高、复发率高、病程长的特点[1-3],若在早期不加以干预治疗,异常步态会引起腰背部和下肢肌肉力学失衡,最终造成残疾[4-5]。目前临床对于LDH突出节段和神经软组织受累情况的诊断主要依靠传统体格检查和影像学检查来完成。

步态分析在踝骨性关节炎中的应用进展

踝骨性关节炎(Ankle Osteoarthritis,AOA)是一种严重影响中老年人生活质量的关节疾患,若不加以控制,病变的关节软骨可部分剥脱甚至完全消失,严重影响患者的步行能力。对于本病的诊断,多依靠临床症状与影像学检查,但本病起病较为隐匿,通过影像学技术难以准确发现早期的AOA。而步态分析可以通过生物力学和运动学手段,揭示步态异常的关键环节和影响因素,从而指导AOA的诊疗。本文就近年来针对AOA所进行的步态分析研究成果做一综述,旨在提供全面的对AOA患者步态的认识及分析方法,探讨AOA患者步态异常的原因,总结其临床应用价值,并提出步态分析在AOA诊疗中应用的展望。

汽车驱动桥壳的有限元动态分析

根据汽车振动及有限元理论,建立了桥壳动态分析的力学模型,在计算机上利用先进的有限元分析软件ANSYS,建立桥壳的有限元动态模型,并进行了有限元的模态分析和瞬时动态分析。在模态分析中,桥壳有限元模型的固有频率及振型的计算结果与试验结果吻合较好;在瞬态分析中,可确定桥壳上各点承受随时间变化载荷的位移及应力等动态响应,从而完善了车桥的有限元动态设计方法。

步态分析与认知障碍风险相关的范围综述

在衰老过程中,认知功能随着年龄的增长而逐渐下降。老年人可能发生的认知功能障碍事件包括主观认知功能障碍(subjective cognitive impairment,SCI)、轻度认知功能障碍(mild cognitive impairment,MCI)和老年性痴呆(Alzheimer’s disease,AD)等。认知功能障碍是指一项或多项认知领域受损。

头针联合三维步态分析训练系统治疗脑梗死患者下肢运动功能障碍疗效观察

目的 探讨头针联合三维步态分析训练系统治疗脑梗死患者下肢运动功能障碍的临床疗效。方法 选择2022年6月—2023年6月皖北煤电集团总医院收治的脑梗死后下肢运动功能障碍患者60例,随机分成对照组和观察组各30例。对照组给予常规康复训练+三维步态训练治疗,观察组在对照组治疗基础上联合头针治疗,2组均治疗4周。观察比较2组患者治疗前后步态分析参数、改良Asworth肌张力量表评分、徒手肌力评定量表(MMT)评分、改良Barthel指数(MBI)评分、运动学参数、脑血流动力学参数,评估2组临床疗效。结果 2组患者治疗后步速、步频、跨步长、步长、步宽及MMT评分、MBI评分均明显增高,最大髋关节屈曲角度、最大膝关节屈曲角度、最大踝关节背屈和跖屈角度均明显增大,双侧大脑中动脉最大峰值流速(Vs)、平均流速(Vm)均明显加快,且观察组上述各指标较对照组改善更明显,差异均有统计学意义(P均<0.05);2组患者治疗后步态周期、双支撑时间、Asworth评分、血管阻力指数(RI)均明显降低(P均<0.05),且观察组均明显低于对照组(P均<0.05);观察组总有效率明显高于对照组[93.3%(28/30)比70.0%(21/30),P<0.05]。结论 头针联合三维步态分析训练系统能够明显提高脑梗死后下肢运动功能障碍患者下肢肌张力、肌力及生活能力,并能明显改善脑血流动力学,从而促进患者运动功能恢复。

一种基于DeepLabCut算法的便捷式步态分析系统的建立及其在中枢神经系统疾病模型中的应用

目的:开发一种基于深度学习技术的便捷式步态跟踪系统用于检测实验鼠步态细节,并初步检测其在野生型小鼠和多种中枢神经系统疾病小鼠模型中的应用。方法:搭建简便的步态走廊,将小鼠放入走廊内自由行走4 min,从腹侧记录小鼠步行视频。从小鼠自由运动的视频中抽取120帧,使用DeepLabCut分析动物的运动,标记36个身体部位用于神经网络训练。应用该系统及网络对1、3、6和18月龄的野生型小鼠、APP/PS1小鼠(6月龄,阿尔茨海默病模型)、社会孤立(social isolation,SI)小鼠(3月龄,焦虑抑郁模型)、双侧颈动脉狭窄(bilateral carotid artery stenosis,BCAS)小鼠(3月龄,慢性脑缺血模型)和手术造模后1、3、7天的脓毒血症相关性脑病(sepsis-associated encephalopathy,SAE)小鼠(2月龄)的步态进行分析。结果:利用DeepLabCut可以在所有动物视频追踪中,展现出很高的准确性。3月龄野生型小鼠相比其他月龄小鼠运动速度最快,步幅提高。APP/PS1小鼠运动速度显著高于同龄对照,并伴有步幅增加和站立时间减少。SI小鼠步幅缩短,左前爪脚趾展开度和脚趾展开角度减小,提示存在脚爪姿势改变。BCAS小鼠在步幅上没有显著改变,但后肢脚趾展开度显著增大,脚趾展开角减小。SAE小鼠在术后1、3天运动速度下降,伴有步幅缩短和站立时间延长;术后7天运动速度低于对照小鼠但无显著差异,后肢脚趾展开度和脚趾展开角度小于对照组。结论:本研究搭建了基于深度学习的、便捷、低成本的步态分析设备,只需少量工作即可标记感兴趣的身体部位,比以往的步态分析方法更节省成本。应用这一设备描述了野生型小鼠各年龄组的步态特征,并证明阿尔茨海默病、焦虑抑郁状态、慢性脑缺血和脓毒血症相关性脑病模型小鼠表现出步态缺陷。

基于DeepLabCut算法的小鼠步态分析系统建立及对衰老所致运动功能的评价

目的建立一种基于DeepLabCut(DLC)算法用于评价老年小鼠运动功能的步态分析系统。方法基于深度学习技术中的DLC算法,采用跑台装置和全封闭设计,构建系统软硬件;应用本系统评价不同运动模式下衰老所致小鼠的步态差异;通过相关性分析探究体质量与体长对步态指标的影响。结果本系统实现特定步速下小鼠三维立体步态(侧面和腹平面)的同步分析,自动量化47项步态指标。应用本系统发现,步行时(15 cm·s^(-1)),相比2月龄、8月龄和15月龄小鼠体转角标准偏差下降,前肢摆动时长、膝关节(Knee)角度标准偏差、左后爪和右后爪向外角度平均值增加;15月龄小鼠还出现步频降低,步幅、双支撑总时长、Knee伸展和收缩距离增加。小跑时(20 cm·s^(-1)),15月龄小鼠无法稳定行走,相比2月龄,8月龄小鼠左后爪向外角度平均值和双支撑总时长增加。相关性分析发现,步频、步幅、前肢摆动时长、后爪向外角度平均值、双支撑总时长、Knee角度标准偏差、Knee伸展和收缩距离等指标均未受到体质量和体长变化的影响。结论基于DLC算法的小鼠步态分析系统实现了对老年小鼠步态更加敏感、准确、全面的评价,区分出老年小鼠为维持步态稳定性所表现的步态特征,并筛选出更能反映老年小鼠步态变化的行为指标。为今后更有效评估抗衰老、抗运动协调功能下降药物的药效与副作用提供方法学基础。

三维步态分析在衰弱老年人中的应用进展

衰弱是一种在老年人中普遍存在的状态,随着社会老龄化的快速进展,老年人衰弱的相关研究逐渐成了国内外关注的热点。三维步态分析(three-dimensional gait analysis,3DGA)作为步态常用的检测方法,可通过精密的仪器测量,量化运动学、动力学及表面肌电等指标。使用3DGA可以为临床中预测或评估衰弱状态提供新途径,从而进行早期筛查与康复指导。本文就近年来针对衰弱老年人所进行的步态分析研究成果进行整理与介绍,旨在增强对衰弱老年人运动过程的认识,为后续研究提供参考。

步态分析应用于脊髓型颈椎病的研究进展

脊髓型颈椎病是颈椎病中最严重的一种,步态障碍是其最突出的临床表现。步态分析作为评估步态的有效工具,通过研究运动和动力学参数为脊髓型颈椎病的诊断、疗效评估提供有力依据,并对患者康复训练提供指导性建议。该文对步态分析在脊髓型颈椎病中应用的研究进展进行综述。

起伏地区超临界CO_(2)长输管道瞬态分析计算研究

超临界CO_(2)长输管道区别于输油输气管道,与部分液化烃类管道类似,需考虑临界温度和压力变化造成的相变甚至气化,同时需考虑干线阀门关闭造成的水击影响。以某CO_(2)长输管道为例进行模拟计算,对超临界CO_(2)管道输送进行水击和停输气化研究,结果表明:管道阀室阀门关闭会产生压力波,关阀位置影响水击压力变化,关阀时间对压力影响较小。关阀位置和地温条件均影响停输气化时间。考虑工程实践中管输介质通常为含杂质CO_(2),通过模拟分析其物性特点,发现杂质会改变CO_(2)相特性,体现在改变其临界温度和临界压力,并产生一个气液两相包络线或区域,从而影响超临界区域。研究结果对超临界CO_(2)长输管道输送工艺具有指导意义,可为CO_(2)长输管道设计及运营提供科学依据和决策参考。

无标记运动捕捉系统在临床步态分析上的研究进展

步态分析是临床研究的重要组成部分,传统的三维步态分析由于设备成本高、专业技术要求高等原因难以广泛应用。随着计算机视觉技术的发展,无标记运动捕捉系统的精确度得到极大提升,无需标记、成本较低的优势逐渐显现,并被应用于步态分析,但由于研究人员和临床医生缺乏对该系统的整体了解,使得该技术尚不能得到广泛推广,本综述拟对无标记运动捕捉系统在临床步态分析上的应用进展进行回顾,分析目前各项技术的优势和局限性,展望无标记运动捕捉系统在临床步态分析上的发展方向,为今后无标记运动捕捉系统在临床上的推广使用提供了研究思路。

应用步态分析评价足趾缺损对足功能的影响研究

目的 研究应用步态分析评价足趾缺损对足功能的影响。方法 基于成人足部标本,制作不同跖骨缺损的模型并分为A、B、C、D、E、F组,应用万能生物力学试验机和F-scan足底压力鞋垫式传感器对足底应力分布进行测量,获得六组足底应力分布图像数据进行分析对比。结果 跖骨的缺损均会对足底压力变化与平衡性造成影响,除D、E、F组外,其余三组前足负重均出现下降(P<0.05),A组T1、M2、M3区峰压强较健足增加(P<0.05);C组M1、M2区峰压强较健足增加(P<0.05);D组T1、M2、M3-M4区峰压强较健足增加(P<0.05);E组、F组T1区峰压强较健足增加(P<0.05)。结论 跖骨的缺损均会对足功能产生不同程度影响,但第1跖骨、第2跖骨和多跖骨的缺损对足底重心分布影响最甚,临床选择手指再造术式应给予保留。

基于C-GHZ态实现近乎完整的逻辑贝尔态分析

通过现有理论证明,新型宏观薛定谔“猫态”的叠加态即:逻辑量子位的级联Greenberger-Horne-Zeilinger(C-GHZ)态在实际含噪声的环境中相较于普通的Greenberger-Horne-Zeilinger(GHZ)态具有很强的鲁棒性,抗噪声能力更强等特点.因此,基于逻辑量子比特纠缠C-GHZ态,实现长距离量子通信和大规模量子网络是更具可行性的.依据先前的理论验证,提出了一个在仅使用简单线性光学器件以及基于电子系统的非破坏测量装置P门可以近似完全区分出逻辑贝尔态的理论方案,提高了量子资源的利用率,降低相位噪声,实验的可操作性得到进一步提升.该方案也可以区分具有N个逻辑量子位的任意C-GHZ状态.