定制式增材制造膝关节矫形器间室减荷效果的有限元分析

通过构建膝关节与定制式增材制造膝关节矫形器有限元模型,模拟膝骨关节炎(KOA)患者佩戴矫形器前后的膝关节生物力学变化,验证矫形器的间室减荷效果,针对矫形器治疗效果开展定量化研究,可用于膝关节矫形器的临床疗效评价.实验经过上海交通大学医学院附属第九人民医院伦理委员会审批通过,招募一名膝骨关节炎的女性,对其膝关节进行光学体表及CT扫描,根据单侧减荷原理设计定制式增材制造膝关节矫形器,通过网格划分、材料赋值、边界设置等步骤,利用ANSYS等软件构建包括膝关节与定制式增材制造膝关节矫形器有限元模型,沿下肢负重轴方向对膝关节施加1100 N的压缩载荷,进行仿真及应力分析,研究定制式增材制造膝关节矫形器对膝关节间室的减荷效果.针对KOA特性进行有限元分析,验证软骨、韧带及下肢皮肤对膝关节承载能力的影响.相较于未佩戴任何矫形器情况,佩戴定制式膝关节矫形器后,膝关节内翻角度减少、内侧压力向外侧转移且内侧间室压力明显降低.定制式增材制造膝关节矫形器可降低早中期内侧间室型膝骨关节炎患者在步行过程中膝关节内侧间室所产生的压力,减荷效果显著.

可调式膝关节矫形器对脑卒中偏瘫患者膝过伸的影响

目的:观察可调式膝关节矫形器对于脑卒中偏瘫患者膝过伸的影响。方法:将40例膝过伸的脑卒中偏瘫患者随机分为观察组和对照组各20例,对照组采用常规康复训练,观察组除常规康复训练外还进行佩戴可调式膝关节矫形器训练,治疗前后均采用膝过伸判定、疼痛视觉模拟评分(VAS)以及起立-行走测试进行疗效判定。结果:治疗6周后,观察组膝过伸有效率明显高于对照组(80.0%、45.0%,P<0.05)。治疗6周后,2组患者膝关节疼痛VAS评分均较治疗前明显下降(P<0.05),且观察组更低于对照组(P<0.05);治疗后,2组患者计时均较治疗前有明显缩短(P<0.01,0.05),观察组缩短更显著于对照组(P<0.01)。结论:可调式膝关节矫形器训练可以更好的纠正脑卒中偏瘫患者膝过伸,有效缓解及降低膝关节疼痛的发生,提高步行能力。

新型膝关节矫形器与皮肤间微气候的监测与分析

介绍了一种新型膝关节免载矫形器,其可以在下肢伸展时通过大腿托向上牵拉膝关节以承担部分载荷。为了增强其免载荷能力,采用在大腿托与皮肤接触的表面上增加硅胶防滑凸起的改进方法。利用传感器、蓝牙无线通信模块以及LabVIEW搭建了一套实时无线温湿度监测系统,记录大腿托所覆盖皮肤表面的温湿度随时间变化的趋势,并分析在环境温度较高时不同密度的防滑凸起对皮肤表面温湿度的影响程度。结果显示,温度较高时越密的防滑凸起对皮肤散热透气的阻碍越大,湿热舒适性越差,且越容易造成出汗打滑的现象。

膝关节限位矫形器对膝关节韧带损伤术后的康复作用

目的:观察膝关节限位矫形器在膝关节韧带损伤术后康复中的作用。方法:对52例膝关节韧带损伤患者应用膝关节限位矫形器辅助康复训练,进行康复评估。结果:52例患者配戴膝关节限位矫形器后均未发生严重并发症,术后随访10～24个月,平均(15.25±3.76)个月,Lysholm膝关节功能评分为78～93分,平均(81.23±5.82)分。国际膝关节文件编制委员会(IKDC)综合评定由术前显著异常(D级)26膝,改进为随访时正常(A级)8膝、接近正常(B级)14膝、异常(C级)4膝。结论:膝关节韧带损伤患者术后配戴膝关节限位矫形器对膝关节活动度、稳定性和整体功能康复均具有明显促进作用。

一种液体弹簧式自身力源膝关节助力矫形器的设计思路与生物力学分析

本文设计并制造了一款微型硅油液体弹簧,并通过仿真分析与力学实验对微型硅油液体弹簧的性能进行了研究。基于此微型硅油液体弹簧设计了一款自身力源膝关节助力矫形器,能够将膝关节屈曲的动能转换为膝关节助力矫形器中微型硅油液体弹簧的弹性势能进行存储,在膝关节伸展时弹性势能释放转换为驱动膝关节的辅助力矩。结果显示,本文所制造微型硅油液体弹簧平均最大复位力为1240 N,产生的膝关节平均最大辅助力矩为29.8 N·m。然后,本文通过使用人体骨骼肌肉多体动力学模型,分析了人体下蹲过程中(膝关节屈曲90°),膝关节助力矫形器对膝关节生物力学所产生的影响。结果显示,对于体重为80 kg的使用者而言,膝关节助力矫形器可以有效降低膝关节的生物力学负荷,其中股骨-胫骨的膝关节力、髌骨-股骨髁的作用力以及股四头肌-韧带力的最大值分别降低了24.5%、23.8%与21.2%。本文所设计的膝关节助力矫形器不仅可以为膝关节提供充足的辅助力矩,同时具备体积小、重量轻的优势,可为后续的商业化应用奠定基础。