基于亚洲人种解剖学特征的膝关节假体设计

目的针对目前市面上膝关节假体大多基于高加索人结构特征设计的现状,本研究旨在设计一种基于亚洲人种膝关节解剖学特征的膝关节假体,以提高术后满意度。方法本研究基于亚洲人种膝关节MRI数据,通过特征提取与统计分析,指出亚洲人种膝关节相对于高加索人种具有显著性差异。采用有界双调和权重与迭代最近点算法相结合的网格配准方法对膝关节进行参数化重构和模型配准。采用PCA对重构模型进行点云坐标降维处理,构建亚洲人种膝关节平均模型,提取影响膝关节形状主成分因素。根据分析结果设计膝关节假体,基于人体肌骨数字孪生模型进行适配度分析、运动学和动力学仿真分析,将其与自然膝关节和市面主流膝关节假体产品进行比较以验证本研究的假体设计。结果本研究所设计的膝关节假体与亚洲人种膝关节具有更好的适配度,更符合亚洲人种膝关节生理特点。根据基于高保真膝关节有限元的运动学性能和动力学性能仿真结果,本研究设计假体优于所对比的其他产品,更接近于自然膝关节并能满足患者日常活动需求。结论本研究提出的基于亚洲人种特征的膝关节假体设计具有潜在临床应用前景,可以为亚洲人种患者提供更加个性化、精准的膝关节替代治疗方案,提高手术治疗效果和术后满意度。

基于可穿戴系统的全膝置换术前后步态生物力学对比研究

目的针对现有全膝关节置换患者术前术后步态测试成本高昂、场地局限且无法定量评估患者损伤与恢复程度的问题,本研究基于可穿戴系统实现对患者步态生物力学特征高效率、低成本、高精度的定量评测,为患者的术后康复规划提供理论和实践指导。方法使用惯性动作捕捉系统和足底压力分布测量鞋垫对10位接受全膝关节置换患者进行术前和术后1个月的步态数据采集,在患者独立无干预状态下,获得自适应速度行走的数据,并对运动学与动力学参数进行特征分析,采用单因素方差分析对数据进行组间各因素差异性对照分析。结果术后1个月与术前的步态特征相比,行进过程中手术侧腿的垂直地面反力均值减少5%,非手术侧腿的垂直地面反力增加8%;手术侧腿与非手术侧腿的足底压力中心轨迹长度差相较于术前减少(P<0.05);手术侧腿在步态周期中支撑相时间相较于术前增加12.33%,步长、步速和步频相较于术前都有所增长且差异具有统计学意义(P<0.05)。结论与全膝关节置换术前相比,手术侧腿所受垂直地面反力增加,且在步态周期内支撑期时间增加,患者在术后行走能力得到较大改善。通过对患者术前损伤与术后康复程度的检测与分析,对临床医生制定康复规划具有显著参考意义。