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微创治疗拇外翻在步态周期中截骨端位移与跖痛症量化关系的有限元研究

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微创治疗拇外翻在步态周期中截骨端位移与跖痛症量化关系的有限元...

作者：曹旭含中国中医科学院

学位级别：硕士

一、研究背景与目的步态周期是指正常行走或奔跑时,同一侧足从足跟至前足离地迈出-空中摆动直到脚跟再次着地的行进过程。前足横弓支撑着人的正常站立和行走,参与着足底功能的构建,在整个行动时的步态周期中发挥关键性的作用。相关研究... 详细信息

一、研究背景与目的步态周期是指正常行走或奔跑时,同一侧足从足跟至前足离地迈出-空中摆动直到脚跟再次着地的行进过程。前足横弓支撑着人的正常站立和行走,参与着足底功能的构建,在整个行动时的步态周期中发挥关键性的作用。相关研究表明,根据步态系统分析正常前足足底压力有一定规律,从内（第一跖骨头）向外（第五跖骨头）依次呈递减趋势,而足底压力分布顺序的变化是足部结构发生改变的信号,这会打破整个足部生物力学状态从而影响整个步态周期甚至正常行走过程。足踝门诊常见的此类病症就是拇外翻合并跖痛症和拇外翻术后转移性跖痛症,其主要病理表现就是前足足底胼胝体的形成和跖骨头下方的疼痛。由于遗传性拇外翻畸形导致前足足横弓塌陷或者后天医源性因素导致足弓结构改变使步行时前足负荷增加,足底压力偏聚在局部跖骨头下所致。近几年因传统开放术式损伤较大,过程复杂,恢复期较长,中西医结合微创治疗拇外翻术式广泛接受,这种术式主要包括分离关节囊、削磨骨赘、跖骨截骨、手法复位、外固定裹帘以上5个步骤,在治疗时从三维和生物力学角度出发,尽可能使足底混乱的压力分布恢复正常,从而纠正畸形。因此,在术中微型钻头截骨后手法整复纠正拇外翻畸形时,需要根据第1跖骨的长度尽量控制调整跖骨远端的短缩与位移距离。当下研究中缺乏相关术中位移距离定量的指标研究,应临床需求,当加强微创截骨端在步态周期中的位移研究,确定其中的具体量化关系,实现科技化、规范化、精准化医疗救治。二、研究方法选取一位拇外翻合并足底跖痛症的志愿病人,操作Mimics、Rapidform XOR3 64、ABAQUS等有限元三维处理软件构建构建中西医结合微创治疗拇外翻手术前、后的有限元模型。选取两位拇外翻志愿病人,其中一位为拇外翻合并跖痛症但术后跖痛症痊愈病人,利用足底测力台采集分析系统对二位拇外翻志愿者手术前后的足底压力进行动态测试,将步态测试后的数据与所构建的有限元模型对比,从而验证有限元模型是否有效;在拇外翻术前有限元模型上模拟中西医结合微创治疗拇外翻的手术操作步骤,分别将截骨后第1跖骨头远端由内向外、由上到下按照步骤依次纠正,位移单位定义为2mm,最终位移距离为Omm、2mm、4mm和6mm。收集并分析截骨端及各个跖骨头下在步态周期中的应力数据,明确垂直位移和水平位移分别与第1、2跖骨头下应力变化之间的量化关系,分析第1、2跖骨头在步态周期中的压力变化与术后转移性跖痛症发生之间的关系,得到术中精确的位移量化指标。三、研究结果本研究建立了拇外翻合并跖痛症全足的骨软骨及软组织的模拟仿真有限元模型,同时模拟步态周期中拇外翻术后全足应力、应变模型及动态过程支撑相末期的工况。拇外翻合并跖痛症支撑相末期工况有限元模型包括跗骨、跖骨、趾骨、关节软骨及肌腱韧带共80个独立模型,拇外翻合并跖痛症支撑相末期工况共有610861个单元,173618个节点。基于拇外翻合并跖痛症动态仿真支撑相末期有限元模型分析结果显示:第1跖骨截骨远端位移的变化情况与外侧跖骨头之间存在线性相关关系:水平位移保持固定值时,伴随着垂直位移量的增但,截骨远端（第1跖骨头下压力）逐渐增加相反第二跖骨头下压力随之减轻。对比分析发现,水平位移固定为0mm时,垂直位移的变化情况与截骨远端（第1跖骨头下压力）变化相关性最大,r值0.873;与第2跖骨头下压力变化呈中度负相关性,r值为-0.650;当水平位移量在2mm～6mm动态变化时,垂直位移变化关系与第1跖骨头压力变化存在相关性,r值依次为0.912、0.987和0.799;水平位移在4mm～6mm之间动态变化时,垂直位移的变化与第2跖骨头的压力变化相关性较高,r值分别为-0.811、-0.699（水平位移在2mm时,第二跖骨头下压力与垂直位移无明显相关性）。同样情况下,当垂直位移在（0～6mm）动态变化一定时,水平位移的动态增加过程与第1跖骨头下压力关系明显相关,第2跖骨头对应位置压力依次降低;支撑相末期工况,当垂直位移固定为4mm时,水平位移的依次增加与截骨远端（第1跖骨头下）压力变化相关性最高,和第2跖骨头下压力变化高度负相关性,二者相关性均为最大值,此时r值最高为0.981与-0.890。当垂直位移一定时随着水平位移的增加其余数据（Omm与4mm）也具有较为明显的相关性,与第一跖骨下应力r值分别为0.826、0.930,与第二跖骨头下应力具有中度负相关性,具体r值为-0.581、-0.512。当垂直位移为4mm时,第1跖骨头下应力伴随着水平方向位移的增加而增大,相反,第2跖骨头下压力随之减小,二者与水平方向的位移均具有高度的相关性,r值为0.981与-0.890;同时在这一区间,截骨远端（第1跖骨头下）压力x与第2跖骨头下对应压力y相关性最高,r值为-0.830,量化关系方程为y=-0.4528x+0.4159;水平位

关键词：拇外翻跖痛症有限元正骨手法微创

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机器人在骨科手术中应用的可靠性与提升空间

中国组织工程研究 2020年第9期24卷 1416-1421页

作者：曹旭含白子兴孙承颐李晏乐孙卫东中国中医科学院望京医院骨关节二科北京市101002 北京中医药大学北京市100029

背景:骨科手术机器人是一种集医学、电子信息学、机械物理学等多学科、多领域为一体的新型医疗器械,是当代医学信息化、程控化、智能化的一个重要发展方向,在骨科手术中有着安全可靠性与广泛的应用前景。目的:探讨机器人在骨科手术中的... 详细信息

背景:骨科手术机器人是一种集医学、电子信息学、机械物理学等多学科、多领域为一体的新型医疗器械,是当代医学信息化、程控化、智能化的一个重要发展方向,在骨科手术中有着安全可靠性与广泛的应用前景。目的:探讨机器人在骨科手术中的应用可靠性及提升空间。方法:以中文检索词"机器人,骨科,手术,精准度"和英文检索词"Robot,Orthopedics,Surgery,Accuracy"分别检索CNKI数据库、维普数据库、万方数据库和PubMed数据库自建库至2019年6月的文献。根据入选标准保留49篇文献,对手术机器人应用于骨科手术的关键问题进行综述。结果与结论:①目前对骨科手术机器人的研究较多,方法较成熟,但是国内手术机器人的研究相对于发达国家还处于初级阶段;②骨科手术机器人技术正朝着人机智能化、图像精细化、形态精微化、手术无创化、远程可控流畅化等方向发展;③推动自主研发骨科手术机器人产品、全方位制定行业规范和临床标准,将是中国智能医疗器械及设备发展的重要导向。

关键词：机器人骨科手术人工智能精准度提升空间可靠性临床应用

“乳香-没药”治疗膝骨关节炎网络药理学分析

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中国组织工程研究 2021年第5期25卷 746-753页

作者：曹旭含白子兴孙承颐杨艳军孙卫东中国中医科学院望京医院北京市100102 北京中医药大学北京市100029

背景:大量研究发现“乳香-没药”是中药复方治疗膝骨关节炎的常用配伍药对,但其药理机制尚不明确。目的:利用网络药理学技术探讨“乳香-没药”作为中医临床治疗痹病的常用配伍药对治疗膝骨关节炎的作用靶点及其相关作用机制。方法:使用T... 详细信息

背景:大量研究发现“乳香-没药”是中药复方治疗膝骨关节炎的常用配伍药对,但其药理机制尚不明确。目的:利用网络药理学技术探讨“乳香-没药”作为中医临床治疗痹病的常用配伍药对治疗膝骨关节炎的作用靶点及其相关作用机制。方法:使用TCMSP中药系统药理学数据库与分析平台收集乳香、没药的化学成分,根据药物生物口服利用度≥30%,类药性≥0.18对乳香、没药可能的生物活性成分进行筛选,并通过蛋白质数据库(Uniprot)筛选出各活性成分可能存在的靶点。查询GeneCards、OMIM、TTD、DrugBank数据库挖掘膝骨关节炎相关基因靶点,将两者取交集后获取疾病-药物蛋白靶基因。将获得的关键靶点基因上传至STRING数据库计算分析,筛选出重要的关键基因构建蛋白质间相互作用网络,构建PPI网络图。采用Cytoscape软件绘制药物-靶点和疾病-靶点可视化网络图,并进一步借助DAVID在线工具进行GO分析和KEGG通路富集分析。结果与结论:①获得乳香生物活性成分8个,没药生物活性成分45个,同时检测出乳香、没药药物靶点蛋白412个,膝骨关节炎相关基因1889个,药物与疾病共有靶点105个;②蛋白互作网络发现AKT1、TP53、IL6、TNF、JUN、MAPK1等可能是“乳香-没药”治疗膝骨关节炎的关键靶点;③富集分析确定了66个GO条目,涉及到细胞对缺氧的反应、上皮细胞增殖的负调控、免疫反应、胰岛素刺激的细胞反应、成纤维细胞增殖的正调控等;④KEGG通路富集分析确定了95条相关信号通路,涉及到炎症、细胞凋亡、细胞衰老等。利用David富集分析显示乳香-没药干预膝骨关节炎的关键靶点主要与炎症反应、细胞凋亡与免疫系统等生物过程有关;⑤结果表明,“乳香-没药”药对治疗膝骨关节炎具有多途径、多靶点作用的特点,主要起到抗炎镇痛的作用,初步揭示了其作用的关键靶点及涉及的生物学过程和信号通路,为今后临床用药组方治疗膝骨关节炎提供新思路。

关键词：膝骨关节炎乳香没药网络药理学通路蛋白基因机制

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拇外翻术后绷带固定对截骨端压力的测量研究

拇外翻术后绷带固定对截骨端压力的测量研究

跖骨头微创抬高术治疗轻中度跖痛症55例回顾性研究

2019楚天骨科高峰论坛暨第二十六届中国中西医结合骨伤科学术年会

作者：白子兴曹旭含李晏乐孙卫东中国中医科学院望京医院骨关节二科

目的:拇外翻是指拇趾在第一跖趾关节处向外偏斜超过正常生理范围的一种前足畸形,严重影响患者生活质量。微创治疗拇外翻临床应用广泛,微创技术治疗拇外翻临床应用广泛,损伤小,术后仅使用绷带外固定,无需内固定,其截骨端是否具有足够的... 详细信息

目的:拇外翻是指拇趾在第一跖趾关节处向外偏斜超过正常生理范围的一种前足畸形,严重影响患者生活质量。微创治疗拇外翻临床应用广泛,微创技术治疗拇外翻临床应用广泛,损伤小,术后仅使用绷带外固定,无需内固定,其截骨端是否具有足够的稳定性遭到部分学者的质疑。方法:建立拇外翻术后"8"字绷带外固定有限元模型,"设计模拟8"字绷带外固定下拇外翻足有限元模型的外周压力。运用SPI FREE FORM 32通道单点压力测量系统测量患者在行走及站立状态下"8"字绷带外固定拇外翻截骨端周围的压力参数。结果:"8"字绷带外固定站立状态下各测力区域压强显示,趾蹼正中始终保持较大的压力;站立及行走状态下,跖骨头背侧压力均小于跖骨头下压力;趾蹼侧方压力均大于跖骨头内侧压力。结论:研究证明拇外翻微创截骨术后"8"字绷带外固定能维持截骨远端跖屈位及拇趾中立位,有效保持截骨端的稳有利于骨折愈合。

关键词：拇外翻有限元模型生物力学分析压力测量

来源： cnki会议评论

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跖骨头微创抬高术治疗轻中度跖痛症55例回顾性研究

2019楚天骨科高峰论坛暨第二十六届中国中西医结合骨伤科学术年会

作者：白子兴曹旭含李晏乐孙卫东中国中医科学院望京医院

目的:分析微创抬高术治疗跖痛症的临床疗效。方法:收集2010年10月～2015年3月望京医院骨关节2科共收治的24位(55例)跖痛症患者,采用微创抬高术治疗,观察并记录术前、术后3、6、12个月四个时间点患者的VAS评分、ACFAS评分,同时进行Foots... 详细信息

目的:分析微创抬高术治疗跖痛症的临床疗效。方法:收集2010年10月～2015年3月望京医院骨关节2科共收治的24位(55例)跖痛症患者,采用微创抬高术治疗,观察并记录术前、术后3、6、12个月四个时间点患者的VAS评分、ACFAS评分,同时进行Footscan足底压力测试,观察手术前后跖骨头下最大压力、最大压强及冲量的变化情况。结果:术后随访时间6～36个月,平均20个月。手术前后VAS评分和ACFAS评分差异有统计学意义(P <0. 05);Footscan足底压力测量责任跖骨头下最大压力、最大压强及冲量手术前后,差异有统计学意义(P<0. 05)。结论:微创抬高术能有效缓解轻中度跖痛症的疼痛症状。微创抬高术治疗跖痛症,疗效确定,切口小,创伤小,手术时间短,术式简单,复发率低,并发症少,适合于临床推广应用。

关键词：跖痛症微创抬高术足

来源： cnki会议评论

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外用中药制剂体表抑菌的研究及临床应用现状

现代中西医结合杂志 2019年第32期28卷 3633-3637页

作者：韩旭李晏乐白子兴曹旭含孙卫东北京市丰盛中医骨伤专科医院北京100033 中国中医科学院望京医院北京100102

目前,在国内医学界,外用中药的治疗手段被各科广泛应用,内科的“皮肤、肠道给药”“穴位贴敷”;外科的“透脓祛腐”“煨脓长肉”“糖尿病足治疗”;骨科的“外用消肿”“中药熏蒸”等不一而足。其中利用外用中药手段进行抑菌治疗也是如... 详细信息

目前,在国内医学界,外用中药的治疗手段被各科广泛应用,内科的“皮肤、肠道给药”“穴位贴敷”;外科的“透脓祛腐”“煨脓长肉”“糖尿病足治疗”;骨科的“外用消肿”“中药熏蒸”等不一而足。其中利用外用中药手段进行抑菌治疗也是如今研究热门,各学者针对单味中药以及复方制剂抑菌进行了大量的药理学及体外实验研究,针对常见致病菌存在明确的抑制以及杀灭效果,很多医院、科室应用此方法进行术前皮肤准备、围手术期的感染预防以及治疗,可减少甚至替代抗生素应用,中药不易产生耐药,可减少耐药菌群产生,如果能够广泛应用于临床,对于控制抗生素应用有着深远意义。因其效果显著、价格低廉、操作简单以及不良反应低微、患者依从性良好等因素,受到很多学者及临床医生的关注,对开发和利用我国丰富中药资源,发展中医药事业存在重大意义。

关键词：外用中药体表抑菌细菌真菌

步态周期中踝关节有限元模型的构建及生物力学分析

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中国组织工程研究 2022年第9期26卷 1362-1366页

作者：白子兴曹旭含孙承颐杨艳军陈思温建民林新晓孙卫东中国中医科学院望京医院骨关节二科北京市101002 北京中医药大学北京市100029

背景:踝关节属于人体最重要的承重关节之一,在行走过程中发挥着重要作用,目前缺少有关踝关节在步态周期中应力的相关研究。目的:基于有限元法分析步态周期中踝关节的应力大小及区域变化。方法:首先通过Mimics 16.0软件及Rapidform XOR36... 详细信息

背景:踝关节属于人体最重要的承重关节之一,在行走过程中发挥着重要作用,目前缺少有关踝关节在步态周期中应力的相关研究。目的:基于有限元法分析步态周期中踝关节的应力大小及区域变化。方法:首先通过Mimics 16.0软件及Rapidform XOR364软件构建踝关节有限元模型;利用此踝关节模型与Anderson构建的胫距下关节面有限元模型的应力及接触面积进行对比,验证模型的有效性;最后通过ABAQUS有限元分析软件,模拟踝关节在步态周期中平衡站立工况及支撑末期工况的应力状态,通过对比相同区域不同工况的应力变化,分析踝关节在步态周期中的作用,探讨踝关节失稳状态下踝关节的应力变化。结果与结论:①构建的踝关节有限元模型共包括44551个单元、16718个节点,并验证了其有效性与合理性;②平衡站立工况下:主要应力集中在距腓前韧带(A、B)、胫距前韧带(C、D)、胫距后韧带近端(F)、胫距关节下表面(H);踝关节最大应力在胫距后韧带近端附着点(F),为10.670 MPa;最小应力在内踝胫骨关节面(J),为2.965 MPa;③支撑末期工况下:主要应力集中在距腓前韧带(A、B)、胫距前韧带(C、D)、胫距关节下表面(H)、外踝距骨关节面(K);踝关节最大应力在胫距前韧带近端(D),为23.00 MPa;最小应力在胫距后韧带近端附着点(F),为3.478 MPa;④提示构建的踝关节有限元模型高度还原了踝关节的力学环境,明确了步态周期中踝关节的应力规律,为临床踝关节相关疾病的诊疗与术后康复提供了思路。

关键词：步态周期踝关节支撑末期有限元生物力学

微创治疗拇外翻术后绷带外固定：有限元分析截骨端稳定性

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中国组织工程研究 2020年第18期24卷 2811-2816页

作者：白子兴曹旭含孙承颐陈思胡海威温建民李晏乐林新晓孙卫东中国中医科学院望京医院骨关节二科北京市100102 北京中医药大学北京市100029

背景:微创治疗拇外翻临床效果显著,仅通过绷带外固定维持截骨端稳定,目前缺少有关截骨端稳定性的研究。目的:研究微创治疗拇外翻术后平衡站立工况“8”绷带外固定对截骨端应力和位移的影响。方法:在微创治疗拇外翻术后“8”字绷带外固... 详细信息

背景:微创治疗拇外翻临床效果显著,仅通过绷带外固定维持截骨端稳定,目前缺少有关截骨端稳定性的研究。目的:研究微创治疗拇外翻术后平衡站立工况“8”绷带外固定对截骨端应力和位移的影响。方法:在微创治疗拇外翻术后“8”字绷带外固定有限元模型上,以第一跖骨截骨面为中心,建立3条两两垂直的坐标轴(X轴、Y轴、Z轴)。X、Z轴平行于足水平面,分别指向足内侧、前方;Y轴垂直于足水平面,指向上方;定义远端截骨面4个节点内上为A1,外上为B1,外下为C1,内下为D1,近端截骨面对应4个节点为A2、B2、C2、D2。位移与坐标轴方向一致时为正值,相反时为负值。通过有限元分析得出平衡站立工况截骨面远端及近端各个节点的应力、位移的方向和大小。结果与结论:①微创治疗拇外翻术后“8”字绷带有限元模型平衡站立工况时,截骨端最大应力在截骨面的背外侧(B2),为0.632 MPa;②截骨面第一主应力在Z轴上,方向与Z轴相反,与总应力相同,属于压应力;剪切力在XY平面最大,最大应力在近端截骨面的背内侧(A2),为0.058 MPa;③第一跖骨截骨远、近端主要位移在X轴上,位移分别在截骨面的跖内侧(D1),为-1.002 mm、跖内侧(A2),为0.621 mm;④结果说明“8”字绷带外固定能够维持微创治疗拇外翻术后截骨端的稳定,有利于截骨端愈合。

关键词：拇外翻微创截骨端绷带外固定有限元位移稳定性

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微创技术在足部疾病应用的研究进展

中国现代医生 2020年第10期58卷 189-192页

作者：曹旭含白子兴孙承颐孙卫东中国中医科学院望京医院骨关节二科北京101002 北京中医药大学针灸推拿学院北京100029

足部组织结构精细繁杂,足部疾病多种多样。本文综合分析微创技术在足部疾病应用的文献,系统介绍了微创手术技术在拇外翻、跖痛症、锤状指、跟痛症、小趾囊炎等常见足部疾病中的应用,并对微创技术应用于足部疾病的关键问题进行分析。微... 详细信息

足部组织结构精细繁杂,足部疾病多种多样。本文综合分析微创技术在足部疾病应用的文献,系统介绍了微创手术技术在拇外翻、跖痛症、锤状指、跟痛症、小趾囊炎等常见足部疾病中的应用,并对微创技术应用于足部疾病的关键问题进行分析。微创技术在足部手术中应用广泛,技术成熟,但是由于其对医师经验要求较高,需要不断创新推广思路。微创技术治疗足部疾病具有切口小、损伤少、费用低、并发症少等优点,适于在基层医院推广应用。但目前缺少高质量的前瞻性随机对照研究,以证明微创手术治疗足部疾病的临床效果,需要不断对其研究改进。

关键词：微创足手术研究进展