便携式膝关节运动分析系统的可重复性研究及临床应用

发布时间：2020-11-13 00:30

　　 研究背景:膝关节功能评估在临床诊断和治疗中发挥非常重要的作用。然而,现有的临床评估手段仍无法满足医生及患者对膝关节动态功能客观量化的需求。光学运动捕捉技术实现了关节功能的无创动态评估,但因场地要求大、设备成本高、测试时间长,以及对测试者技术要求高等缺点,目前仍主要用于实验室研究层面,难以满足国内广大关节伤病群体的临床诊疗需求。因此,基于前期已对一款便携式膝关节运动分析系统进行了硬件精度验证基础上,本文拟对该款便携式膝关节运动分析系统进行不同测试者间以及同一测试者不同时间点间的可重复性研究,并对拟行手术的膝骨性关节炎患者进行手术前后疗效评价的初步临床应用研究。该系统可便捷、客观的获得膝关节在步行动态过程中的六自由度运动学参数,并通过本研究证实了该系统的可重复性,旨在为临床上对膝骨性关节炎、运动损伤等膝关节疾病的诊治和疗效评价提供重要的方法支持和数据参考。研究方法:(1)由两名有经验的测试者分别使用便携式膝关节运动分析系统(Opti-knee?;Innomotion Inc,中国上海)对5名健康受试者双侧膝关节进行连续5天测试,共采集并分析200条膝关节步态数据。采用多重相关系数(CMC)比较不同因素(测试者和时间)步态数据之间的相关性,其中CMC0.75表示高相关性,而CMC0.75表示中等或低相关性,采用独立样本t检验比较不同测试者步态数据的差异性,P0.05为显著性差异。从而获得该系统由不同测试者和不同时间数据采集的可重复性。(2)招募5名患单侧重度膝骨性关节炎,并行全膝关节置换手术的患者。通过该系统采集患者双侧膝关节步态。采用配对样本t检验对受试者手术前和术后六周双侧膝关节步态六自由度数据进行差异性检测。研究结果:(1)5名健康受试者在不同时间点的膝关节六自由度步态数据CMC值均大于0.8,表明该系统在同一受试者不同天测试相关性良好。两名测试者之间的六自由度步态数据CMC值均大于0.95,表明该系统在不同测试者间相关性良好。膝关节6自由度步态数据总体的CMC值均大于0.88,表明该系统的六自由度总体测试相关性良好。不同测试者之间配对t检验结果显示无显著性差异(P0.05)。(2)临床应用实验中,比较患者手术侧腿在手术前后的六自由度步态数据时,发现手术侧腿手术前后的六自由度均无显著性差异,但术后的内-外翻、内-外旋及屈-伸的活动范围相对术前均有增加。比较患者双侧腿三个旋转自由度的步态数据时,发现无论是手术前还是手术后,双侧腿之间的屈-伸均存在显著性差异,内-外翻、内-外旋均无显著性差异,非手术侧三个旋转自由度的活动范围始终大于手术侧,双侧腿活动范围均相对术前增大。比较患者双侧腿三个位移自由度的步态数据时,发现前后位移在术前有显著性差异,术后无显著性差异;上下位移在术前无显著性差异,术后有显著性差异,内外侧位移在手术前后均无显著性差异。研究结论:(1)本研究通过对便携式膝关节运动分析系统进行了可重复性分析,发现便携式膝关节运动分析系统在同一受试者不同天测试可重复性良好,在不同测试者操作下可重复性良好,六自由度总体可重复性良好,表明该便携式膝关节运动分析系统具有良好的可重复性,适用于膝关节步态功能检测。(2)本研究使用这种便携式系统,测量了膝骨性关节炎行全膝关节置换术前及术后早期的膝关节步态六自由度数据。术后六周双侧膝关节六自由度活动范围除前后及上下位移外,均较术前有所增长,更趋向正常人的活动范围。表明患者在术后六周,三个旋转角度和内外侧位移的活动范围得到了提升。通过这个研究,证明本系统可快捷采集、精准呈现临床膝骨关节炎患者的六自由度步态数据。本系统以更为客观的数据形式来呈现临床结果,为后续关节疾病患者的关节功能检测,治疗方案制定和个性化康复追踪提供客观、量化的工具。
【学位单位】：上海体育学院
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：R873
【部分图文】：

图 2-1 足底压力板结合运动捕捉示意图基于运动学参数的测量分析系统涉及人的检测、跟踪和识别，在虚拟现监控，医疗诊断等许多领域中有着广泛的应用[13]。方法是利用摄像头、设备来采集人体运动信息，主要包括关节运动角度、运动速度以及不同的相对运动等参数，常见有通过在人体不同部位贴大量反光标记获得人维运动参数来计算步态的光学运动捕捉技术、利用位置传感器计算关节

图 2-2 运动捕捉技术分类些运动捕捉技术各有侧重和优缺点（表 2.3），被广泛应用于人体运。但在临床应用层面上，需要综合考虑设备成本、检测难度、运动和精准性等实际问题，如电磁式、机械式和惯性式运动捕捉技术存实、复杂的功能动作的特点；基于视频的运动捕捉技术则尚不成熟

量的变化规律。用与系统相配套的运动捕捉软件完成反光球的运动捕捉后利用生物力学建模软件针对研究目的建模分析, 最后在多媒体整合软件中包括图表、三维图像、视频等信息的多媒体报告。多台摄像头意味着高昂的费用和大型的实验场地，无论是且光敏小球的粘贴还是后续多个软件配合下据处理都使得整个实验过程比较繁琐，需要浪费大量人工和时间，无法快速的对临床上数量巨大的骨科患者进行及时评估。
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本文编号：2881460