筋骨格モデリングソフトを用いた変形性膝関節症症例の手術前後における力学的動態解析

使用肌肉骨骼建模软件对膝骨关节炎病例手术前后进行机械动力学分析

• 批准号: 14770730
• 负责人: 川原 英夫
• 金额: $ 1.92万
• 依托单位: 福井医科大学
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2002
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2002 至 2003
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-14770730/
• 关键词: 変形性膝関節症; 歩行分析; 筋骨格モデリングソフト

筋骨格モデリングソフトSIMM Gaitを用いて、内側型変形性膝関節症(膝OA)症例における、病期別および人工膝関節置換術(TKA)前後の膝関節周囲筋の動的筋機能を検証した。対象は、54例89膝の内側型膝OA症例、年齢・体格が一致したcontrol群15例、およびTKA前後で歩行分析を施行した47例74膝の内側型膝OA症例とした。術後平均経過観察期間は23.6ヵ月であった。上記症例に対してVicon370を用いて歩行分析を行い、VCMにて解析し、膝関節モーメントおよびパワーを求めた。膝関節周囲筋の筋電位を計測し、SIMM Gaitを使用して、個々の筋の収縮幅および筋力を算出した。膝OA症例における膝関節周囲筋の歩行中最大筋腱長および最大筋力の平均変動係数はそれぞれ1.0〜2.5%、0.2〜6.0%、級内相関係数は0.96〜0.99、0.92.〜0.98であり、非常に高い信頼性を得た。内側型膝OA初期から膝伸筋の遠心性収縮が低下することにより、歩行中の膝における衝撃吸収作用が有意に低下していた。また、大腿二頭筋は膝伸展時の内反拮抗筋としての作用をも有し、内側型膝OA初期から立脚期の筋収縮幅が有意に減少し、内反拮抗作用が低下していた。衝撃吸収作用および内反拮抗作用の低下による膝内側関節面に加わる圧迫力の増加が、内側型膝OAの発症に関与している可能性が考えられた。TKA施行後、下肢前額面alignmentの改善に伴い、前額面の膝関節周囲筋の筋機能は改善していたが、膝伸筋の遠心性収縮が低下したままであり、歩行中の膝における衝撃吸収作用が有意に低下していた。また、SD FASTおよびDynamic pipelineを使用し、SIMMで作製した筋骨格モデルの慣性モーメント、ボディセグメントの質量、質量中心データを与えることにより、床反力や筋電波形を計測しなくても、関節モーメントやパワーを近似的に逆動力学解析により求めることが可能であった。

使用肌肉骨骼建模软件SIMM步态，我们在膝盖内侧骨关节炎（膝盖OA）中检查了膝盖肌肉肌肉的动态肌肉功能（TKA）。受试者包括54例膝盖内侧膝盖OA病例，15例与年龄匹配的对照组的病例，以及47例膝盖内侧OA病例，有74例膝盖，膝盖有74例，他们在TKA之前和之后进行了步态分析。术后的平均随访期为23.6个月。上述情况是使用Vicon370的步态分析，并使用VCM分析以确定膝关节矩和功率。测量了膝盖肌肉的肌电潜力，并使用SIMM步态计算了单个肌肉的收缩宽度和强度。在膝盖OA病例的膝盖肌肉肌肉中，最大肌肉肌腱长度和最大肌肉力量变异的平均系数为1.0-2.5％，0.2-6.0％，内部相关系数分别为0.96-0.99和0.96-0.99和0.92-0.98。膝关节伸肌的传出收缩从内侧膝关节的早期阶段减少，导致行走过程中膝盖的撞击吸收效果显着降低。股二头肌在膝盖伸展过程中也充当不变的肌肉，并且从内侧膝盖OA的早期肌肉收缩宽度显着降低，从而降低了肛门效应。人们认为，由于减少的减震和拮抗作用可能与内侧膝关节OA的发展有关，因此在膝盖的内侧关节表面施加了压缩力。 TKA之后，随着前脸值的改善，膝盖关节肌肉在前面值的肌肉功能得到了改善，但是膝盖伸肌的传出收缩仍然降低，并且在行走时对膝盖的减震作用显着降低。此外，通过提供使用SD快速和动态管道创建的SIMM创建的肌肉骨骼模型的惯性力矩，身体片段质量和质量数据中心，可以通过反向动态分析近似地面反应力或剧本波形，可以通过反向动态分析来近似关节矩和功率。

项目成果

Wada M, Kawahara H, Shimada S, Miyazahi T, Baba H: "Joint proprioception before and after total knee arthroplasty."Clinical Orthopaedics and related research. 403. 161-167 (2002)

Wada M、Kawahara H、Shimada S、Miyazahi T、Baba H：“全膝关节置换术前后的关节本体感觉。”临床骨科及相关研究。

Miyazaki T, Wada M, Kawahara H, Sato M, Baba H, Shimada S: "Dynamic load at baseline can predict radiographic disease progression in medial compartment knee osteoarthritis."Annals of the Rheumatic Diseases. 61(7). 617-622 (2002)

Miyazaki T、Wada M、Kawahara H、Sato M、Baba H、Shimada S：“基线动态负荷可以预测内侧间室膝骨关节炎的影像学疾病进展。”《风湿病年鉴》。