电针治疗膝骨性关节炎患者上下楼梯的三维有限元分析

作     者：许海飞 赵改平 杨加静 王芗斌 许世雄 Xu Haifei;Zhao Gaiping;Yang Jiajing;Wang Xiangbin;Xu Shixiong

作者机构：上海理工大学医疗器械与食品学院上海200093 福建中医药大学康复医学院福州350122 复旦大学力学与工程科学系上海200433 

出 版 物：《中国生物医学工程学报》 (Chinese Journal of Biomedical Engineering)

年 卷 期：2021年第40卷第3期

页      面：321-329页

核心收录：

学科分类：0831[工学-生物医学工程（可授工学、理学、医学学位）] 08[工学] 0836[工学-生物工程] 

基　　金：国家自然科学基金(11502146,81273819) 上海市自然科学基金(15ZR1429600) 

主　　题：膝骨性关节炎 电针治疗 上下楼梯 生物力学特性 有限元分析 

摘      要：针对电针治疗膝骨性关节炎患者上下楼梯运动生物力学特性改变进行有限元仿真研究,对比分析膝关节生物力学行为改变与电针治疗疗效的相关性。基于CT和MRI图像数据,结合Mimics和Geomagic医学图像处理软件,建立人体膝关节下楼梯屈曲15°和上楼梯屈曲50°时的三维有限元模型,模型包括股骨、胫骨、腓骨、内外侧半月板、股骨软骨、内外侧胫骨软骨结构等。通过临床力学实验,测取电针治疗前后膝关节所受支反力、力矩,并施加于所建立的有限元模型,对比分析治疗前后半月板及关节软骨的应力分布情况。膝骨性关节炎在电针治疗后,内外侧半月板、股骨软骨、内外侧胫骨软骨的应力均得到不同程度的恢复,与治疗前相比,下楼梯屈曲15°时最大应力值分别减小0.543、0.236、0.194、0.239和0.327 MPa,上楼梯屈曲50°时分别减少0.253、0.31、0.227、0.112和0.122 MPa,软骨的应力峰值趋向于正常值,应力分布范围也更接近于正常膝关节,且关节内侧软骨及半月板比外侧受到的负荷大,软骨应力比更接近于正常值,这与临床上内侧型膝骨性关节炎患者多于外侧型患者的现象相符合,从而证明电针治疗可影响膝关节中力的传递,使病变膝关节的应力吸收能力得到改善和提高。电针治疗膝骨性关节炎能有效改善关节软骨的压应力,使关节内力平衡得到恢复,延缓关节软骨退变,促进关节软骨的修复;电针治疗下膝关节生物力学特性的研究,可为膝关节临床治疗和评价提供理论依据。