【摘要】：本文以國(guó)家自然科學(xué)基金“高屈曲人工膝關(guān)節(jié)的高屈曲穩(wěn)定性機(jī)制研究(項(xiàng)目編號(hào):31370999)”為支撐,進(jìn)行基于RSA的運(yùn)動(dòng)測(cè)量方法的自然人膝關(guān)節(jié)和人工膝關(guān)節(jié)在屈曲運(yùn)動(dòng)過(guò)程中股骨相對(duì)脛骨的的運(yùn)動(dòng)特征分析。基于RSA的自然和人工膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)分析基本原理:在分析前人應(yīng)用RSA原理及其方法進(jìn)行的研究的基礎(chǔ)上,進(jìn)行3d配準(zhǔn)理論、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)標(biāo)定理論以及放射透視圖像校準(zhǔn)理論的分析研究并以此為理論支撐,采用一套以RSA技術(shù)為基礎(chǔ)的膝關(guān)節(jié)三維精準(zhǔn)運(yùn)動(dòng)測(cè)量的技術(shù)方案:滿足在體、無(wú)創(chuàng)以及負(fù)重的基本要求,結(jié)合膝關(guān)節(jié)三維重建模型、雙C型臂拍攝和2d-3d配準(zhǔn)原理,進(jìn)行膝關(guān)節(jié)脛股骨關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)�；赗SA的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn):本次實(shí)驗(yàn)的測(cè)試對(duì)象是自然人和膝關(guān)節(jié)假體置換后志愿者。志愿者進(jìn)行CT掃描重建膝關(guān)節(jié)幾何模型,在醫(yī)師指導(dǎo)下完成下蹲、走路以及上樓梯三個(gè)動(dòng)作,并將獲取的透視圖像進(jìn)行標(biāo)定、校準(zhǔn)。基于三維膝關(guān)節(jié)幾何模型分別對(duì)兩臺(tái)C型臂的二維圖像進(jìn)行配準(zhǔn),獲得不同屈曲角度下膝關(guān)節(jié)股骨脛骨相對(duì)位置關(guān)系,最后提取膝關(guān)節(jié)股骨相對(duì)于脛骨六個(gè)自由度的數(shù)據(jù)。自然和人工膝關(guān)節(jié)分別在下蹲、上臺(tái)階和走一步路下的運(yùn)動(dòng)測(cè)量結(jié)果分析:根據(jù)所獲得的數(shù)據(jù)分析膝關(guān)節(jié)脛股關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)。隨著膝關(guān)節(jié)的屈曲增加,自然膝關(guān)節(jié)股骨向?qū)τ诿劰峭庑粩嗉由?在下蹲運(yùn)動(dòng)中,膝關(guān)節(jié)屈曲到95度時(shí),自然膝關(guān)節(jié)股骨相對(duì)于脛骨外旋達(dá)到最大為26.5度,此后股骨相對(duì)于脛骨外旋角度逐漸減小,在膝關(guān)節(jié)屈曲過(guò)程中伴隨著股骨相對(duì)于脛骨持續(xù)后移最大為19.4mm。通過(guò)自然膝關(guān)節(jié)和人工膝關(guān)節(jié)數(shù)據(jù)對(duì)比分析可知:人工膝關(guān)節(jié)與自然膝關(guān)節(jié)股骨相對(duì)于脛骨運(yùn)動(dòng)大體趨勢(shì)一致,但是根據(jù)在下蹲過(guò)程中屈曲角度都小于100度可得出人工膝關(guān)節(jié)屈曲受限;人工膝關(guān)節(jié)較自然膝關(guān)節(jié)股骨內(nèi)旋角度更大達(dá)到28.9度;人工膝關(guān)節(jié)股骨相對(duì)于脛骨的位移量較自然膝關(guān)節(jié)總體略大,此外有少數(shù)人工膝關(guān)節(jié)出現(xiàn)股骨前移現(xiàn)象。基于RSA的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)測(cè)量實(shí)驗(yàn)誤差分析:整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中可能出現(xiàn)誤差的地方有C型臂標(biāo)定校準(zhǔn)、圖像校正、膝關(guān)節(jié)三維幾何建模、膝關(guān)節(jié)局部坐標(biāo)建立、實(shí)驗(yàn)儀器同步以及后期人工配準(zhǔn)等人為或非人為誤差。本文主要分析兩臺(tái)C型臂的同步誤差、坐標(biāo)系建立誤差以及輪廓線誤差:C型臂同步誤差為1幀;坐標(biāo)系建立誤差平移方向的平均誤差為2mm,旋轉(zhuǎn)上的平均誤差為4度;股骨輪廓線誤差為2.02mm,脛骨輪廓線誤差為1.89mm。
【圖文】：

通過(guò) FEA 和生物力學(xué)方法有機(jī)的結(jié)合，進(jìn)一步研究和探索人體自節(jié)和 TKA 后人工膝關(guān)節(jié)軟組織對(duì)膝關(guān)節(jié)脛股關(guān)節(jié)屈曲運(yùn)動(dòng)特性的影響，并體膝關(guān)節(jié)解剖學(xué)以及臨床醫(yī)學(xué)的相關(guān)知識(shí)，不僅可以治療和預(yù)防人體在運(yùn)中的膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)損傷，而且還可以探究 TKA 術(shù)后并發(fā)癥的原因及其改善，膝關(guān)節(jié)假體的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供參考，進(jìn)而不斷提高患者的術(shù)后活動(dòng)度和生1.2 膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)研究現(xiàn)狀膝關(guān)節(jié)主要由脛股骨、髕骨等骨性結(jié)構(gòu)以及周圍韌帶、關(guān)節(jié)囊等軟組組成[10]。人體膝關(guān)節(jié)的三維運(yùn)動(dòng)特性是由膝關(guān)節(jié)脛股關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)特性和膝關(guān)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)特性共同組成的，它包括沿空間正交坐標(biāo)系的三個(gè)方向的移動(dòng)和向上的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。膝關(guān)節(jié)空間相對(duì)運(yùn)動(dòng)示意圖如圖 1-1 所示。

環(huán)境、如何有效的控制膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的的變化因素是離體研究中的如研究膝關(guān)節(jié)韌帶組織損傷對(duì)膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)特征的影響等。在離體研究中許多研究人員也會(huì)采用在體研究的相關(guān)研究方法，RSA 技術(shù)研究尸體膝關(guān)節(jié)韌帶損傷前后脛股關(guān)節(jié)、髕股關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)特征的用計(jì)算機(jī)斷層掃描和核磁共振技術(shù)重建三維模型，，逆向還原膝關(guān)節(jié)三[29-30]。采用在體研究方法如三維醫(yī)學(xué)影像配準(zhǔn)或者 RSA 等影像技術(shù)，進(jìn)運(yùn)動(dòng)特征研究，相對(duì)在體研究復(fù)雜度提高了而且研究成本也會(huì)提高。目多的是膝關(guān)節(jié)離體研究方法，主要通過(guò)搭建尸體實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。根據(jù)人體解膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的生物力學(xué)相關(guān)參數(shù)以及有限元的邊界條件，對(duì)研究人體膝實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，其主要有三個(gè)部分組成：運(yùn)動(dòng)模擬部分主要控制試尸體膝關(guān)節(jié)模擬在體運(yùn)動(dòng)；載荷部分主要模擬膝關(guān)節(jié)負(fù)重情況；接觸測(cè)要采集骨骼軌跡及受力情況。離體研究一般采用新鮮尸體標(biāo)本，保留完關(guān)節(jié)囊和膝關(guān)節(jié)肌肉群。在骨骼上植入傳感器，通過(guò)接觸測(cè)量系統(tǒng)精準(zhǔn)與運(yùn)動(dòng)學(xué)參數(shù)[31]。
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：R68;TP391.41

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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2 陳凱寧;傅德杰;陳誠(chéng);程良駿;尹力;郭林;楊柳;;體重負(fù)荷下正常脛股關(guān)節(jié)6個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)學(xué)[J];中國(guó)矯形外科雜志;2013年07期

3 李玉安;谷長(zhǎng)躍;王佳音;;膝關(guān)節(jié)置換術(shù)及假體的研究進(jìn)展[J];中國(guó)老年學(xué)雜志;2013年06期

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

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本文編號(hào)：2639914