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  • 人工智能赋能的全髋关节置换术进展
    黄寅殊 单浩杰 于晓巍
    录用日期: 2024-06-19
    [摘要](6) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    全髋关节置换术的术前规划、术中导航和术后康复等环节,都因人工智能(AI)技术的介入而得到显著优化。本文综述了AI技术在医疗影像分割和配准方面的最新进展,特别关注了其在全髋关节置换术中的应用。医疗影像与自然影像的显著差别对AI算法的设计构成挑战。深度学习技术,特别是CNN、U-Net和Transformer模型,在各项医疗影像分割和配准任务上表现突出。AI技术通过深度学习分析CT影像,显著提高了髋部病变的识别准确性。在术中引导方面,AI系统利用智能分割和运动状态模拟,为手术提供了实时导航和精确定位,有效提升了手术效率。AI技术还涉及手术成本预测和术后康复,通过马尔可夫模型等方法,为医疗决策提供了有力的数据支持。随着深度学习技术的不断进步,医疗影像分析正逐步实现自动化和智能化,这对改善患者的整体手术体验和临床结果具有重大的临床意义,预示着未来在医疗影像领域可能实现的新突破。
    年龄对人体在不同方向转弯时身体动态稳定性的影响
    薄煜龙 车呈章 吴云枝 潘昱含 张翠
    录用日期: 2024-06-19
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的:描述完成不同方向连续转弯行走时老年人与青年人身体动态稳定性差异,为老年人连续转弯时预防跌倒提供理论依据。方法:使用三维动作捕捉系统采集15名健康老年人和15名青年人在逆时针和顺时针两方向8字转向行走时的身体43个标记点的运动学数据,使用V3D软件提取人体步态和质心速度等数据,再计算特征时刻人体向前和内侧方向的动态稳度数值。结果:与顺时针转弯相比,青年人在逆时针转弯时内侧腿步宽显著增大(青年人顺时针转弯:0.15±0.03倍身高,青年人逆时针转弯:0.17±0.02倍身高,老年人顺时针转弯:0.16±0.02倍身高,老年人逆时针转弯:0.15±0.02倍身高),内侧腿足尖离地时刻向前的动态稳度显著减小(青年人顺时针转弯:-0.78±2.64cm,青年人逆时针转弯:-2.19±2.22cm,老年人顺时针转弯:-1.15±3.12cm,老年人逆时针转弯:-0.48±3.42cm),而老年人以上指标无显著差异。结论:年龄和转弯方向会同时影响内侧腿足尖离地时刻身体向前的动态稳定性。与青年人不同,健康老年人在转弯行走时采取更谨慎的策略,以保持身体的向前和向内的动态稳定性,建议老年人日常生活中增加连续转向行走锻炼,从而提高侧向稳定控制能力及自信心。
    基于动力学仿真的人工膝关节振动信号采集系统设计
    徐星宇 周友逸 彭业萍 吴超 曹广忠
    录用日期: 2024-06-19
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    摘 要:目的 通过有限元技术研究人工膝关节磨损过程的应力变化,针对膝关节假体因磨损而引发的振动设计信号采集系统,为人工膝关节磨损状态在线监测提供新的技术手段。方法 为有效采集振动信号,分析膝关节假体在运动过程中的动力学模型,确定振动传感器的最佳安装位置。通过拉格朗日方程求解膝关节股骨假体的动力学模型,获取股骨假体的力矩变化曲线,进而采用有限元技术分析人工膝关节在不同自由度下胫骨衬垫接触力学的变化情况,并为振动传感器的安装提供依据。结果 基于动力学仿真分别得到了屈曲、内外旋、前后位移和上下位移等四个自由度下胫骨衬垫的应力集中区域。综合分析可知,胫骨衬垫的中部和后部应力集中明显,振动传感器安装在胫骨衬垫后端,采集到的信号具有更大幅值,有利于膝关节假体振动信号的特征提取。结论 基于动力学仿真分析设计的振动信号采集系统能够有效采集人工膝关节在磨损过程中产生的振动信号,为后续探究人工膝关节的磨损机制,实现其全寿命健康状态监测提供重要手段。
    跑鞋跟掌落差对髌股关节痛跑者髌股关节和跟腱负荷特征的急性影响
    顾瑜 郑志艺 曾全寿 杨辰 万祥林
    录用日期: 2024-06-19
    [摘要](7) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 明确跑鞋跟掌落差(5mm,0mm,-11mm)对髌股关节痛跑者跑步时髌股关节和跟腱负荷特征的急性影响。方法 16名髌股关节痛跑者穿着不同跟掌落差的跑鞋进行跑步测试,应用红外动作捕捉系统和三维测力台采集体表标志点和地面反作用力数据,基于髌股关节和跟腱生物力学模型计算髌股关节应力、跟腱力等。结果 与正跟鞋相比,穿着负跟鞋在39%-47%支撑期的髌股关节应力(P<0.001)、支撑期髌股关节应力最大值及冲量(P<0.05)较小,但在12%-46%支撑期的跟腱力(P<0.001)及跟腱力冲量较大(P=0.001)。且与零跟鞋相比,穿着负跟鞋在12%-31%支撑期的跟腱力(P<0.001)及跟腱力冲量(P=0.023)较大。结论 与正跟鞋相比,髌股关节痛跑者穿着负跟鞋跑时髌股关节应力和冲量较小,可能可以限制髌股关节痛的进一步发展;与零跟鞋和正跟鞋相比,穿着负跟鞋时跟腱力和跟腱力冲量较大,可能增加跟腱损伤风险。建议髌股关节痛跑者在更换负跟鞋前先进行适应性训练,从而在不增加跟腱损伤风险的同时限制髌股关节痛的进一步发展。
    颞下颌关节运动分析的研究进展
    秦际雄 张玲 杨洋洋 蔡宗远 王少白 蔡斌
    录用日期: 2024-06-19
    [摘要](8) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    近年来,颞下颌关节(Temporomandibular Joint, TMJ)的运动在口颌系统整体健康中的作用日益受到口腔医学和康复医学领域的关注,其定量分析对理解和治疗口颌功能障碍具有重要价值。本文回顾近十年来电子描记(Electronic Axiography)、光学捕捉以及双平面透视追踪(Dual-Fluoroscopy Imaging System,DFIS)技术在临床和研究中的应用进展。电子描记和光学捕捉技术以其高精度和实时反馈,在分析TMJ运动特征、评价治疗效果及优化治疗技术等方面已广泛应用。双平面透视追踪技术在分析复杂关节运动时显示出高度精确性和可重复性。尽管这些技术的操作复杂性、数据稳定性及安全性方面仍存不足,但随着运动分析技术的发展和口颌系统功能的深入研究,预计未来将显著提升口颌系统疾病的诊治精度和个性化水平。
    梯度流体剪应力下破骨前体细胞迁移与胞内钙分布关联性研究
    张竞之 杨爱玲 高颜 王淑容 霍波
    录用日期: 2024-06-12
    [摘要](15) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 阐明局部力学微环境下破骨前体细胞迁移的机制,即明确局部梯度流体剪应力是否会造成胞内Ca2+浓度梯度的特异性分布,并最终决定细胞的迁移方向。方法 利用COMSOL软件对流动腔内的流体剪应力分布进行数值模拟。建立流体剪应力作用下破骨前体细胞RAW264.7胞内Ca2+染色方法,并对细胞施加梯度流体剪应力,然后定量分析胞内Ca2+浓度分布和动态变化以及细胞迁移参数。 结果 实验结果表明,破骨前体细胞更倾向于向低流体剪应力区域迁移,且振荡流会调节细胞内Ca2+沿细胞迁移方向分布,当阻断力敏感阳离子选择性通道、磷脂酶C、内质网钙信号通路和清除细胞外钙后,细胞向低流体剪应力方向的迁移速度显著降低,但是沿液体流动方向的迁移速度显著增强,同时细胞沿液体流动方向的Ca2+分布显著升高。结论 梯度流体剪应力作用下,破骨前体细胞可以感受到这种梯度效应,且胞内Ca2+沿迁移方向的特异性分布,最终导致破骨前体细胞向低流体剪应力区域迁移。该结果为最终阐明动态外力作用下骨组织重建的细胞和分子机制提供了较为重要的基础数据。
    树突状细胞迁移行为刚度感知关键分子研究
    许喻鈞 刘洋 安宸毅 曾柱
    录用日期: 2024-06-12
    [摘要](19) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 探索树突状细胞(DC)感知细胞外力学微环境变化动态调整其迁移行为的分子机制。方法 通过构建不同刚度水凝胶基底解析DC力学微环境对其迁移行为的调控作用;随后通过构建大鼠肝脏纤维化模型并利用免疫组化实验探究肝脏纤维化对DC迁移能力的影响;通过生信分析人/小鼠纤维化肝脏单细胞测序数据寻找介导DC迁移行为力学感知的关键分子,并利用RT-qPCR验证上述关键分子在不同刚度基底上小鼠DC中的表达量。结果 DC在硬基底上迁移能力显著低于较软基底;大鼠纤维化肝脏中的DC浸润增加;肝硬化患者与正常人肝脏浸润DC相比存在682个差异表达基因(DEGs),进一步通过KEGG和GO通路富集分析并聚焦细胞骨架调控、迁移相关基因,筛选出12个可能介导DC迁移刚度感知的关键分子。其中AIF1、GPR65、MYL12B、RAC1、RHOG基因在肝硬化患者中表达上调,而ACTB、ACTG1、ARF6、CDC42、COTL1、PFN1、TMSB10等基因表达下调。培养在硬基底上的小鼠DC中ACTB、CDC42表达量下调,与人体肝硬化患者肝DC情况中情况一致。结论 肝脏纤维化潜在导致DC迁移能力受损,进而导致DC浸润增加,ACTB、CDC42两种分子有可能是介导DC迁移行为刚度感知的关键调控分子;本文初步探究了DC感知环境刚度变化动态调整其迁移行为的关键分子,针对上述分子的调控手段将有望调控体内DC迁移效率,为改善DC介导的抗肿瘤免疫功能提供理论依据和新策略。
    中度Lenke 3CN型女性青少年特发性脊柱侧弯的静态平衡足底压力特征分析
    史祎 许亚民 马晓丽 王政 李宝新 孟林盛
    录用日期: 2024-06-12
    [摘要](16) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    摘要:目的 了解中度Lenke 3CN型女性青少年特发性脊柱侧弯(Adolescent idiopathic Scoliosis,AIS)与同龄健康青少年的静态平衡足底压力特征差异,为脊柱侧弯的筛查、评估、治疗和评价预后提供科学依据。方法 选取30例中度Lenke 3CN型女性青少年特发性脊柱侧弯为AIS组,选取30例同龄健康女性青少年为对照组,采集静态平衡足底压力数据,将两组进行比较分析,分析其足底压力分布特征。结果 1. 足底压力特征方面,AIS组左、右足的平均压力(P<0.05)和后足压力(P<0.05)均显著大于对照组,前足压力均显著小于对照组(P<0.05),双足对称性指数(Symmetry Index,SI)显著大于对照组(P<0.05)。AIS组左足的A3区、A8区足底压力显著大于对照组(P<0.05),A5区、A6区和A7区足底压力显著小于对照组(P<0.05);AIS组右足的A1区和A8区足底压力显著大于对照组(P<0.05),A4、A7区和A10区足底压力显著小于对照组(P<0.05)。 2. 足底压力中心 (Center of Pressure,COP)方面,AIS组的足底COP轨迹长度、95%信赖区间椭圆面积、COP左-右移动最大距离(COP-X)和 COP前-后移动最大距离(COP-Y)均显著大于对照组(P<0.05)。结论 中度Lenke 3CN型AIS患者与同龄健康青少年的静态平衡足底压力特征存在显著性差异,足部压力会偏向侧弯凸侧,双足的对称性、稳定性较差,平衡控制能力较弱。
    改良皮质骨轨迹螺钉技术联合椎弓根螺钉技术对融合节段影响的有限元分析
    肖扬 王轶希 张瑞 张涛 阿卜杜萨拉木·托合提 陈琪豪 木在帕尔·买吐送 帕尔哈提·热西提
    录用日期: 2024-06-07
    [摘要](27) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的:基于 L4-L5节段后路腰椎椎间融合术 (PLIF)模型研究双侧椎弓根螺钉 (BPS) 和双侧改良皮质骨轨迹螺钉 (BMCS) 联合固定技术的生物力学。方法:根据3具尸体腰椎标本,建立了L1-S1腰椎的有限元模型。BPS-BPS(L4- L5,TT)、BPS-BMCS(L4 -TT 和 L5-MCBT)、BMCS-BPS(L4-MCBT 和 L5-TT)和 BMCS-BMCS(L4-L5,MCBT)植入到每个 FE 模型中。在 400 N 载荷和 7.5 Nm力矩的屈曲、后伸、弯曲和旋转条件下,比较 L4-L5 节段的运动范围 (ROM)、内固定系统、Cage和连接棒的峰值应力。 结果:BMCS-BPS在旋转工况下的ROM、Cage、内固定系统和连接棒峰值应力均小于其余组。BPS-BMCS和BMCS-BPS较BPS-BPS显著降低了弯曲、旋转工况下L4-L5节段 ROM,较BMCS-BMCS显著降低了旋转工况下L4-L5 ROM。BPS-BMCS和BMCS-BPS在弯曲工况下较BPS-BPS和旋转工况下较传BMCS-BMCS显著减少Cage沉降的风险。BPS-BMCS和BMCS-BPS较BPS-BPS、BMCS-BMCS显著降低了弯曲、旋转工况下连接棒断裂失效的风险,且增强了内固定系统的稳定性。结论:PLIF联合BPS-BMCS 和 BMCS-BPS固定技术,可为人体在弯曲和旋转时可提供较好的内固定系统稳定性、椎体稳定性以及较低的Cage沉降和连接棒断裂风险,从而提高手术成功率和患者的康复效果。
    基于XCM模型预测排球运动员ACL应力
    张楠 孟庆华 鲍春雨
    录用日期: 2024-06-07
    [摘要](12) [HTML](0) [PDF 0.00 Byte](0)
    摘要:
    目的 通过XCM深度神经网络预测排球运动员扣球落地左腿前交叉韧带(anterior cruciate ligament,ACL)应力情况。方法 基于核磁共振和CT影像建立完整的膝关节有限元模型;通过8镜头Qualisys动捕系统和Kistler三维测力台同步采集排球运动员运动学和动力学数据;通过OpenSim中的肌骨模型计算膝关节力矩,关节力矩作为有限元模型的输入,输出ACL应力;运动学、动力学数据作为神经网络的输入,ACL应力作为输出。结果 排球运动员扣球落地ACL等效应力峰值为27.7±0.36MPa;最大主应力为8.2±0.23MPa;最大剪切应力为14.7±0.32MPa;等效应变5.7±0.008%、最大主应变5.0±0.006%、最大剪切应变7.6±0.009%。预测值与计算值间NRMSE为5.84%~7.12%,RMSE为0.251~0.282。结论 XCM深度神经网络模型可在一定范围内预测排球运动员扣球过程中ACL应力情况;为获得排球运动员生物力学数据提供新途径;帮助排球运动员预防ACL损伤提供有效方法。
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