检索结果-南通市图书馆

有限元分析技术在膝关节生物力学应用中的特点与优势

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中国组织工程研究 2025年第15期29卷 3253-3261页

作者：郭欢萱康志杰白小龙田晓燕金凤内蒙古医科大学附属医院影像诊断科内蒙古自治区呼和浩特市010010 内蒙古医科大学研究生院内蒙古自治区呼和浩特市010010

背景:有限元分析是一种先进的计算机工程技术,利用数学近似的方法对真实人体进行模拟,可以真实反映膝关节结构内部的生物力学特征,为理解膝关节疾病发病机制、优化手术方案以及开发新型植入材料提供了有效的工具。目的:对膝关节有限元... 详细信息

背景:有限元分析是一种先进的计算机工程技术,利用数学近似的方法对真实人体进行模拟,可以真实反映膝关节结构内部的生物力学特征,为理解膝关节疾病发病机制、优化手术方案以及开发新型植入材料提供了有效的工具。目的:对膝关节有限元模型的建立及其在膝关节疾病研究中的应用进行综述,并展望了未来的发展趋势。方法:第一作者于2024年4月以“Finite Element Analysis,FEA,knee joint,Finite Element Model,Knee Biomechanics,Knee Osteoarthritis,Knee Prosthesis,Knee Ligaments,Meniscus”为英文检索词在PubMed和EI数据库进行检索,以“有限元分析,有限元模型,膝关节,生物力学,骨关节炎,计算模型,膝关节假体,膝关节韧带,半月板”为中文检索词在中国知网和万方数据库进行检索,最终纳入75篇文献进行分析。结果与结论:①有限元分析法利用医学影像数据获得三维人体模型,将复杂的人体关节结构简化为有限且相互连接的单元,通过对模型施加外部载荷,直观地显示膝关节内部的应力分布。②研究者通过有限元分析深入研究膝关节在不同工况下的内部应力和应变分布,可发现膝关节内部载荷分配平衡改变时,关节软骨的过度载荷及部分区域的负荷下降,这种长期异常应力会引起软骨变形和磨损,最终缺失,对于理解生物力学因素如何引起膝关节退行性变至关重要。③有研究通过有限元分析评估膝骨关节炎患者采用太极拳、步态调整等物理治疗方法的效果,结果显示这些治疗方法减少了软骨的过度负荷,为临床治疗提供了科学理论依据。④临床医生通过有限元分析在手术前进行三维重建、数据测量和模拟手术,能够优化手术治疗策略;此外,还可以通过模拟不同假体的力学特征,改进假体的形状、材料和固定方式,减少患者的并发症,提高患者的治疗效果。⑤人工智能与有限元分析相结合使得有限元模型的构建更为精确和易于操作,极大提高了临床医生医疗实践的效率和患者的治疗效果。⑥有限元分析仅是数字化的模拟,与真实物理状态仍存在一定差异。

关键词：膝关节关节软骨半月板生物力学有限元分析有限元模型膝骨关节炎关节置换人工智能综述

膝关节周围恶性骨肿瘤不同保肢手术方法的比较

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复旦学报（医学版） 2004年第4期31卷 414-416页

作者：阎作勤谈绎文陈峥嵘张光健复旦大学附属中山医院骨科上海200032

目的　回顾性总结膝关节恶性骨肿瘤不同保肢手术方法的临床效果 ,比较其各自的优缺点。方法　自1990年 1月 - 2 0 0 2年 3月行保肢手术的膝关节恶性骨肿瘤 6 3例 ,其中瘤段灭活再植 2 8例、异体骨移植 2 2例、人工假体置换 13例 ,按照En... 详细信息

目的　回顾性总结膝关节恶性骨肿瘤不同保肢手术方法的临床效果 ,比较其各自的优缺点。方法　自1990年 1月 - 2 0 0 2年 3月行保肢手术的膝关节恶性骨肿瘤 6 3例 ,其中瘤段灭活再植 2 8例、异体骨移植 2 2例、人工假体置换 13例 ,按照Enneking方法分期 ,其中IB期 3例、IIA期 2例、IIB期 5 8例 ,比较 3种保肢手术后的局部复发率、并发症和膝关节功能MSTS评分。结果　局部复发率 :瘤段灭活再植的局部复发率为 2 1.4 % ,异体骨移植为 18.2 % ,假体置换为 15 .4 % ,三者之间没有显著性差异 ;人工假体置换的并发症明显小于其他两组。根据MSTS评分 ,人工假体置换组为 86 % ,瘤段灭活再植与异体骨移植分别为 6 5 %和 70 % ,差异显著性。结论假体置换具有并发症少 ,恢复快 ,功能好的优点 ,但对于青少年膝关节恶性骨肿瘤患者 ,尤其是骨骺没有愈合的。

关键词：膝关节恶性骨肿瘤保肢手术比较手术方法

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膝关节制动对髌韧带力学特性影响的实验研究

生物医学工程学杂志 1999年第3期16卷 300-302,306页

作者：倪国新成海平吴宗耀南京军区总医院康复医学科南京210002 第三军医大学西南医院生物力学实验室重庆400038 第三军医大学西南医院康复中心重庆400038

探讨膝关节制动对髌韧带力学特性的影响。我们将兔膝关节伸直位制动６周，然后对制动前后髌韧带的本构方程、极限强度、弹性模量、极限载荷等力学特性进行研究。结果显示：正常组与制动组间髌韧带的应力应变关系理论曲线有明显不同... 详细信息

探讨膝关节制动对髌韧带力学特性的影响。我们将兔膝关节伸直位制动６周，然后对制动前后髌韧带的本构方程、极限强度、弹性模量、极限载荷等力学特性进行研究。结果显示：正常组与制动组间髌韧带的应力应变关系理论曲线有明显不同，其材料常数亦有显著差异；制动组髌韧带的极限强度和弹性模量较正常组均有明显下降，其极限载荷下降不明显。上述结果表明膝关节制动使得髌韧带所受应力下降，为适应这种改变，组织将进行重塑，从而导致其力学特性的改变。

关键词：制动髌韧带力学特性膝关节实验

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基于深度学习的膝关节MR图像自动分割方法

仪器仪表学报 2020年第6期41卷 140-149页

作者：于宁波刘嘉男高丽孙泽文韩建达南开大学人工智能学院天津300350 南开大学天津市智能机器人技术重点实验室天津300350 北京大学第三医院运动医学研究所北京100083

膝关节磁共振图像的自动分割具有重要的临床需求,图像中分割目标的大小不同为精准分割带来了挑战。基于深度学习,提出一种端到端的DRD U-Net。以残差模块作为基本模块,增加了对特征的复用能力。利用并行的扩张卷积模块获取不同的感受野... 详细信息

膝关节磁共振图像的自动分割具有重要的临床需求,图像中分割目标的大小不同为精准分割带来了挑战。基于深度学习,提出一种端到端的DRD U-Net。以残差模块作为基本模块,增加了对特征的复用能力。利用并行的扩张卷积模块获取不同的感受野,克服了U-Net模型单一感受野的局限性,提高了对不同大小目标的分割能力。设计多输出融合的深监督模块,直接利用不同层次的特征实现了信息互补,提高了分割区域的连贯性和准确性。在OAI-ZIB数据集上测试,平均分割表面距离为0.2 mm,均方根表面距离为0.43 mm,豪斯多夫距离为5.22 mm,平均戴斯系数(DSC)为93.05%,重叠误差为3.86%。相比于基线U-Net和其他现有模型,所提方法在膝关节股骨、胫骨、股骨软骨、胫骨软骨的分割方面都取得了更高的精度。

关键词：医学图像分割膝关节磁共振图像深度学习卷积神经网络

膝关节肿瘤型假体非感染性失败骨水泥固定翻修术的疗效

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中华骨科杂志 2023年第10期43卷 620-628页

作者：杜志业汤小东杨荣利李大森杨毅郭卫北京大学人民医院骨与软组织肿瘤治疗中心北京100044

目的探讨非感染因素导致的膝关节肿瘤型假体失败病例进行骨水泥固定翻修的临床效果。方法回顾性分析2002年2月至2020年8月北京大学人民医院骨与软组织肿瘤治疗中心128例膝关节肿瘤型假体失败接受骨水泥固定翻修手术患者的临床资料,男71... 详细信息

目的探讨非感染因素导致的膝关节肿瘤型假体失败病例进行骨水泥固定翻修的临床效果。方法回顾性分析2002年2月至2020年8月北京大学人民医院骨与软组织肿瘤治疗中心128例膝关节肿瘤型假体失败接受骨水泥固定翻修手术患者的临床资料,男71例、女57例,年龄(33.5±15.4)岁(范围8~77岁)。128例患者中骨肉瘤73例、骨巨细胞瘤38例、未分化肉瘤8例、软骨肉瘤4例、Ewing肉瘤2例、纤维肉瘤2例、滑膜肉瘤1例。假体翻修部位:股骨远端假体105例、胫骨近端假体23例。翻修原因:无菌性松动64例、假体部件损坏47例、肿瘤复发17例。经初次骨水泥固定翻修术后失败19例,其中16例接受了二次骨水泥固定翻修术。主要观察指标为假体生存情况、手术时间、术中出血量、流行病学数据、手术相关并发症及美国肌肉骨骼肿瘤协会(Musculoskeletal Tumor Society,MSTS)93膝关节功能评分等。结果128例初次骨水泥固定翻修患者的随访时间为(127±33)个月(范围6~326个月)。初次翻修手术后发生并发症25例(19.5%),其中导致假体寿命终结19例(14.8%),包括5例(3.9%)结构性失败、6例(4.7%)无菌性松动、2例(1.6%)肿瘤复发和6例(4.7%)感染;5例切口浅表愈合不良,经局麻清创后痊愈;1例髌韧带止点断裂,经切开修补后痊愈。初次翻修手术后假体5年、10年和15年的累积生存率分别为85.0%、76.6%和70.7%,保肢率为97.7%。16例接受了二次骨水泥固定翻修术,初次骨水泥固定翻修手术时间为(206±51)min,术中出血量为(596±217.99)ml,术后MSTS 93功能评分为(26.38±2.47)分;二次翻修手术时间为(258±41)min,术中出血量为(621±245.84)ml,术后MSTS93功能评分为(25.06±2.11)分,初次与二次翻修手术的手术时间、术中出血量及术后MSTS 93功能评分的差异均无统计学意义(t=3.18,P=0.399;t=0.30,P=0.926;t=1.61,P=0.376)。结论骨水泥固定翻修术治疗非感染因素导致的膝关节肿瘤型假体失败病例具有假体生存率高、并发症发生率低,肢体功能恢复良好,且可重复性高,是治疗膝关节肿瘤型假体失败的一个有效方法。

关键词：膝关节肿瘤关节成形术,置换,膝假体失效再手术聚甲基异丁烯酸

利用可变形统计模型进行膝关节建模与运动测量

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清华大学学报（自然科学版） 2013年第1期53卷 139-144页

作者：朱忠林丁辉王广志清华大学生物医学工程系北京100084

该文以人体膝关节个性化三维建模为目的,并论证该模型应用于在体运动测量的可行性。基于可变形统计模型理论,寻找模型表面的特征配对点,建立膝关节统计模型训练集;通过主分量分析的方法确定特征点在三维空间的分布规律;在重建新模型时,... 详细信息

该文以人体膝关节个性化三维建模为目的,并论证该模型应用于在体运动测量的可行性。基于可变形统计模型理论,寻找模型表面的特征配对点,建立膝关节统计模型训练集;通过主分量分析的方法确定特征点在三维空间的分布规律;在重建新模型时,通过统计模型变形,以X线图像中膝关节的二维透视信息为形变基准,从而实现膝关节个性化三维建模。研究结果表明:相比MRI(magnetic reso-nance imaging)模型,本文重建的完整膝关节三维骨骼模型精度为0.5mm,该模型用于运动测量的精度为0.59mm和1.25°。可变形统计模型技术可以用于建立受试者膝关节个性化三维模型,并测量膝关节的在体三维运动。

关键词：生物力学可变形统计模型膝关节

膝关节后十字韧带重建术后后方松弛的原因与应对

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中华骨科杂志 2023年第8期43卷 534-542页

作者：蔡伟创徐一宏徐卫东海军军医大学附属长海医院关节骨病外科上海200433

后十字韧带(posterior cruciate ligament, PCL)重建术后难以维持初始的膝关节后方稳定性, 术后残留膝关节后方松弛一直是PCL重建术后的难题。不仅导致膝关节出现异常的运动学表现, 而且持续的后方松弛, 尤其是严重的后方松弛, 更可能... 详细信息

后十字韧带(posterior cruciate ligament, PCL)重建术后难以维持初始的膝关节后方稳定性, 术后残留膝关节后方松弛一直是PCL重建术后的难题。不仅导致膝关节出现异常的运动学表现, 而且持续的后方松弛, 尤其是严重的后方松弛, 更可能继发患侧膝关节半月板损伤、软骨退变, 最终导致膝关节骨关节炎发生。PCL重建术后残留膝关节后方松弛的主要原因包括:膝关节后外侧角损伤处理不当、股骨骨隧道定位不佳、胫骨平台后倾角过小及术后康复不合理等。采用人工韧带重建PCL、胫骨侧悬吊固定或联合界面螺钉双重固定、增粗移植物直径、全内重建联合缝线增强技术、术后缓慢渐进的康复锻炼等理念和技术, 可以消除或减轻PCL重建术后残留后方松弛, 提高PCL术后的临床疗效。对胫骨后倾角过小的患者建议一期行PCL双束重建+胫骨截骨, 增大胫骨后倾角, 降低术后残留膝关节后方松弛的风险, 提高术后膝关节的后方稳定性。

关键词：后交叉韧带重建手术后并发症膝关节关节不稳定性影响因素分析

膝关节周围截骨术治疗膝外翻性骨关节炎研究进展

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中国修复重建外科杂志 2022年第1期36卷 111-116页

作者：刘云飞谢雪涛罗从风南京医科大学附属苏州科技城医院骨科江苏苏州215000 上海交通大学附属第六人民医院骨科上海200233

目的对近年膝关节周围截骨术治疗膝外翻性骨关节炎的手术方式研究进展进行综述。方法查阅近年国内外膝外翻性骨关节炎截骨手术治疗相关文献,对膝关节周围截骨术不同手术方式的优缺点、疗效进行总结。结果对于有症状且年轻、活动度大的... 详细信息

目的对近年膝关节周围截骨术治疗膝外翻性骨关节炎的手术方式研究进展进行综述。方法查阅近年国内外膝外翻性骨关节炎截骨手术治疗相关文献,对膝关节周围截骨术不同手术方式的优缺点、疗效进行总结。结果对于有症状且年轻、活动度大的膝外翻性骨关节炎患者,膝关节周围截骨术是一种安全、可靠的治疗选择。目前,临床应用的主要手术方式有股骨远端内侧闭合楔形截骨术、股骨远端外侧张开楔形截骨术、胫骨近端内侧闭合楔形截骨术、胫骨近端外侧张开楔形截骨术。不同截骨手术方式的适应证和优缺点不同,选择正确的截骨手术方式对取得良好的临床疗效至关重要。结论膝关节周围截骨术治疗膝外翻性骨关节炎有多种手术方式,为获得良好预后、提高生存率、减少并发症发生,需要根据不同情况制定最合理的手术策略。

关键词：膝关节膝外翻骨关节炎截骨术

膝关节前交叉韧带断裂单髁置换生物力学特性的有限元分析

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医用生物力学 2020年第1期35卷 70-76页

作者：李鹏祥赵改平夏费一杨加静许海飞马童凃意辉上海理工大学医疗器械与食品学院上海200093 同济大学附属杨浦中心医院骨科上海200090

目的基于人体膝关节CT和MRI图像建立前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)断裂和正常膝关节三维实体模型,采用有限元方法研究ACL断裂膝关节在不同屈膝角度对植入假体生物力学性能的影响。方法结合临床单髁置换手术方案植入第3代... 详细信息

目的基于人体膝关节CT和MRI图像建立前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)断裂和正常膝关节三维实体模型,采用有限元方法研究ACL断裂膝关节在不同屈膝角度对植入假体生物力学性能的影响。方法结合临床单髁置换手术方案植入第3代牛津单髁(OxfordⅢ)假体,其中胫骨假体后倾7°,建立膝关节屈曲0°、30°、60°、90°和120°单髁置换的三维有限元模型,在股骨中心点上施加1 k N压缩载荷,分析5种屈膝角度下股骨假体、半月板衬垫、胫骨假体的应力分布情况。结果膝关节ACL断裂组与正常组在5种屈膝状态下,半月板衬垫的最大主应力在ACL断裂组与正常组之间最大相差幅度为62.5%,在0°、30°、60°和120°屈膝状态下ACL断裂组最大应力均大于正常组;股骨假体在ACL断裂30°时的最大应力明显增加,其余4种屈膝状态下应力的最大增幅为60.81%;胫骨假体在5种屈膝状态下ACL断裂组最大应力比正常组分别增加了19.07%、36.78%、25.69%、-4.38%、51.19%。当ACL断裂后,除屈膝90°外半月板衬垫和胫骨假体上的均布应力均大于正常组,在屈膝30°和120°时对半月板衬垫的磨损较大。结论单髁置换假体的应力分布随膝关节屈曲角度和ACL功能的变化而存在差异,ACL断裂组应力整体趋势大于ACL正常组,且应力集中于内侧区域,在屈膝120°时应力最大,磨损最为明显。研究结果为临床膝关节ACL断裂单髁假体置换的手术方案和半月板假体的优化设计提供理论依据。

关键词：膝关节前交叉韧带断裂单髁置换术生物力学特性有限元分析