基于髌股关节三维运动模型的复发性髌骨脱位瞬时旋转轴研究

发布时间：2017-12-05 07:06

  本文关键词：基于髌股关节三维运动模型的复发性髌骨脱位瞬时旋转轴研究

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【摘要】：[目的]目前对于复发性髌骨脱位的治疗尚难获得长期满意的疗效,根本原因是既往基于髌股关节面匹配程度研究复发性髌骨脱位的生物力学机制理论存在缺陷。作用于髌股关节的力矩才是驱动关节运动、产生关节面应力的掌控者,从瞬时旋转轴的新视角研究复发性髌骨脱位的生物力学机制有可能更科学。本研究拟创建一种基于多角度静态核磁共振扫描图像来构建髌股关节三维运动模型的方法,并利用所建动态模型计算髌骨运动轨迹及髌股关节瞬时旋转轴,通过对比分析复发性髌骨脱位患者与正常人体髌骨运动轨迹、旋转轴的差异,为研究复发性髌骨脱位生物力学发病机制提供新的科学依据。[材料和方法]从我院收治的复发性髌骨脱位患者中随机选择一名成年女性(年龄24岁,体重68kg,身高170cm, BMI23.52kg/m2)作为实验对象,从正常志愿者中随机选择1名成年女性(年龄26岁,体重60kg,身高165cm,BMI22.04 kg/m2)作为对照。分别对其右膝关节在0°、30°、60°、90°、120°五个屈膝角度进行核磁共振扫描,扫描设备为西门子3.0T扫描仪,柔性线圈,扫描序列为脂肪抑制二维梯度回波快速小角度激发T1加权序列,仅扫描矢状面,层厚在0.8-1.5mm之间,扫描层数在90-110层之间,扫描1-2次,扫描时采取侧卧位,右膝关节在下。首先将正常个体的扫描结果以Dicom格式导入Minics软件,运用3Dlivewire功能进行阈值分割提取髌骨、股骨轮廓,通过3Dcalculation重建出五个屈膝角度的静态髌股关节三维模型,所得模型通过FEA模块、Remesh功能进行优化后,将上述五个静态模型以STL格式导入RapidForm软件进行同一坐标系的配准,利用三次样条插值算法,将离散静态髌股关节模型配准为动态三维运动模型；据此动态三维模型在三维坐标系中的位置计算出髌骨运动轨迹,所得结果与既往在体研究结果进行对比以验证其准确性。在逆向工程软件中根据已知髌骨运动轨迹,计算出髌股关节旋转轴,用同样的方法计算出复发性髌骨脱患者的运动轨迹及旋转轴,并与正常志愿者结果进行对比分析。[结果]1.本研究成功构建了髌股关节三维运动模型,该模型包含了从屈膝0°到120°的完整运动过程,利用该模型可计算出屈伸膝过程中的髌骨运动轨迹和髌股关节FHA,且所得髌骨运动轨迹与既往在体试验研究结果相符。2.复发性髌骨脱位患者与正常志愿者FHA动态轨迹矢状位视图分别近似“￡”形和“C”形。3.正常志愿者FHA波动幅度小,复发性髌骨脱位患者的FHA波动幅度较大。4.复发性髌骨脱位与正常志愿者FHA有显著差异,利用FHA的空间坐标,测量FHA轴与股骨EA线、CA线冠状面的夹角可将差异量化。5.复发性髌骨脱位与正常志愿者的髌骨轨迹、FHA以及FHA同EA(或CA)的夹角存在显著差异,尤其是在屈膝早期。6.屈膝过程中正常志愿者FHA更接近于股骨CA线。[结论]1.基于静态核磁共振图像可精确地构建髌股关节三维运动模型,该模型可用于复发性髌骨脱位髌骨轨迹及FHA的计算。2.复发性髌骨脱位FHA是可以进行动态观察和成功量化的,从FHA的视角研究复发性髌骨脱位的生物力学机制是可行的。3.复发性髌骨脱位与正常人FHA存在显著差异,并且差异可被量化,FHA可作为观测评估复发性髌骨脱位患者的一项定量指标。
【学位授予单位】：昆明医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R681.8

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本文编号：1253961