全膝关节置换前后患者下肢肌骨模型步态模拟与分析

作者：刘佳耕; 闫松华; 曾纪洲^*; 张宽^*

来源：医用生物力学, 2020, 35(03): 347-355.

DOI：10.16156/j.1004-7220.2020.03.013

• 全膝关节置换
• 步态周期
• 肌骨模型
• 肌肉激活
• 关节力

目的比较分析全膝关节置换患者术前、术后步态周期站立相下肢肌肉激活规律和膝关节受力。方法基于Open Sim平台建立1名健康受试者和3名单侧全膝关节置换(total knee arthroplasty,TKA)患者术前、术后下肢肌骨模型。使用三维动作捕捉系统和测力台采集受试者步行期间下肢运动学数据和地面反作用力作为输入参数,模拟计算下肢肌肉激活和膝关节受力。结果肌骨模型计算结果与基于三维动作捕捉系统的逆动力学计算结果基本一致。不同于健康受试者,患者股直肌在承重反应期、支撑相中期激活,3名患者术后股四头肌的激活时间与激活程度较术前明显不同。患者TKA术前关节受力峰值为3. 15、2. 95、3. 43倍身体质量(body weight,BW),支撑相中期维持2倍BW以上载荷。TKA术后关节受力峰值分别2. 09、2. 48和3. 73倍BW。结论所建肌骨模型计算结果具有一定的可靠性,该模型今后可为TKA治疗提供生物力学的辅助手段。

• 单位
  生物医学工程学院; 首都医科大学