国产3D打印矫形鞋垫治疗膝关节骨性关节炎的临床应用及疗效评价

通过前瞻性临床研究，将膝关节骨性关节炎（KOA）患者作为研究对象，比较了国产3D打印矫形鞋垫和药物保守治疗对不同程度KOA患者的疗效和预后，指标包括胫骨内翻角（TBVA）、膝关节活动度（ROM）、国际膝关节文献委员会（IKDC）主观评分、疼痛视觉模拟评分（VAS）、临床有效率及膝关节损伤和骨关节炎评分（KOOS）。结果显示，矫形组的TBVA、KOOS-症状、KOOS-日常活动及KOOS-生活质量均显著小于服药组，而IKDC评分显著高于服药组，对于中度KOA患者，矫形组的ROM及临床有效率显著高于服药组。说明国产3D打印矫形鞋垫治疗中重度KOA的疗效及预后优于药物保守治疗，且其对中度KOA患者的疗效更佳。     

3D打印矫形鞋垫研究进展

 相对于传统的矫形鞋垫制作方法,3D打印矫形鞋垫具有集约高效的特点,但目前在设计、打印、材料等方面仍存在一些问题,且缺乏系统的研究综述。以矫形鞋垫的制作方法为切入点,综述了3D打印矫形鞋垫的打印工艺、打印材料及研究现状,分析了目前3D打印矫形鞋垫研究存在的问题,并结合矫形鞋垫性能的提升和现代科学技术的发展,预测了3D打印矫形鞋垫的未来发展趋势。     

试探3种步态特性脑性瘫痪儿童下肢肌肉相关性

为探讨不同步态特性脑瘫患者下肢肌肉相关性,并分析不同步态特性患者之间的差异及相似性,为基础和临床研究脑瘫儿童及治疗、康复训练提供参考依据,本研究选取深圳市残疾人康复中心的22例脑瘫儿童(平均年龄(5.8±2.0)岁)、患者及家长自愿完成实验,根据专业临床医生诊断将患者分为3组,包括8例痉挛步态脑瘫患者、9例偏瘫步态脑瘫患者及5例其他步态脑瘫患者,3组在性别、年龄、智力、社会适应行为能力、粗大运动动能及平衡能力上无显著性差异(P0.05)。测试者沿5m平台自由行走,采用美国MP150肌电采集分析系统,同时采集脑瘫儿童下肢胫骨前肌和腓肠肌表面肌电信号,并进行肌张力测试。使用SPSS19.0进行数据提取和实验结果相关性分析。结果表明,3组步态特性脑瘫患者下肢肌肉之间具有显著的差异性,痉挛特性与其他特性抑制了脑瘫患儿下肢肌群协调性,偏瘫特性患者下肢肌肉协调性较高,这种差异性为对不同特性脑瘫患儿采取不同的治疗方式提供理论依据。     

湿吸型仿生六足机器人的设计

基于昆虫湿吸力的理论模型,利用BIOLOID机器人套件设计了一种用于爬壁的仿生六足机器人,参考昆虫足垫特性设计了机器人的湿吸足垫,并基于胶带剥离原理规划了机器人步态及吸附、剥离动作.结果表明:机器人能严格按照三角步态,行走于小于等于50°的坡面,且方向正确、姿态平稳,腿部能顺利吸附、剥离地面;通过对机器人爬坡实验的分析表明:为了增加足垫吸附力,必须选择质地柔软的材料作为足垫,在足垫上雕刻适当深度与密度的凹槽,着地后对足垫施加一定的压力,选用适当浓度的粘液并产生较薄的液体膜.     

基于Matlab的人体膝关节动力学仿真平台设计

在对小腿运动学和膝关节动力学分析的基础上,开发了一款基于Matlab的各种步态下人体膝关节动力学仿真平台.基于反向动力学原理,编写了Matlab计算程序,设计了仿真平台的图形用户界面(GUI),通过读取运动捕捉系统采集的下肢运动信息及三维测力台的支反力,实现了各种步态下膝关节关节力、关节力矩的快速计算.以正常步态为例,通过对一名健康人体右侧膝关节分析,并与Visual 3D软件结果进行对比,验证了该平台的可靠性,从而为人工膝关节置换和膝关节康复运动评定提供了一种新的分析工具.     

动踝矫形鞋对脑瘫儿童踝关节的影响

目的:分析踝足矫形器对脑瘫儿童下肢踝关节跖屈、背伸角度以及步行周期的影响.方法:于2014-06/2014-07选择深圳市残疾人康复中心的脑瘫儿童25名,均为下肢步行异常,监护人知情同意.根据实足年龄分组,2~4岁组(2岁≦年龄4岁)5人,4~6岁组(4岁≦年龄6岁)6人,6~8岁组(6岁≦年龄8岁)10人,8~10岁(8岁≦年龄10)4人.应用美国BIOPAC数据分析系统采集受试者穿戴踝足矫治鞋前后沿着5米步态测试平台自由步行的踝关节数据,包括踝关节跖屈角度、背伸角度和时间周期.结果:25名受试者均进入结果分析.总体样本,性别无显著性差异(P0.05);左右侧之间无显著性差异(P0.05),方差相等.各年龄组参数除各组之间佩戴踝足矫形鞋后时间周期具有显著性差异外(P=0.020.05),其余组间差异均无显著性意义(P0.05).全体样本在佩戴矫形鞋前左侧时间周期/右侧时间周期为0.989±0.071,变异系数等于7.18%;佩戴踝足矫形鞋后左侧时间周期/右侧时间周期为1.003±0.045,变异系数为4.49%,显示步态具有左右对称性.结论:25名受试者佩戴踝足矫治鞋前后数据差异发生显著变化.1除2~4岁组外,不同年龄组患者赤脚步行踝关节跖屈角度随着年龄的增长呈减小趋势.2除2~4岁组右侧、8~10岁组左侧外,其余各年龄组儿童佩戴矫形鞋后踝关节跖屈角度均减小;而且各年龄组穿矫形鞋后背伸角度均增大.3除2~4岁组外,不同年龄组儿童穿矫形鞋后时间周期随着年龄的增长呈增加趋势.     

基于复合摆线的下肢假肢步态规划及运动仿真

摘 要 针对现有假肢产品步态质量不佳的问题,结合四连杆机构和磁流变阻尼器设计了一种磁流变阻尼下肢假肢。基于复合摆线理论对下肢假肢进行了步态规划,并对所得轨迹曲线进行了优化。通过对轨迹曲线的逆运动学求解,得到了下肢假肢的膝关节和髋关节曲线。为验证关节曲线和下肢假肢结构设计的合理性,采用SolidWorks Motion对下肢假肢进行了运动仿真吧,并且利用关节电机进行轨迹跟随实验。结果表明,在关节曲线的驱动下,下肢假肢能够实现连续稳定的行走,具有良好的步态特性。     

下肢康复训练机器人

下肢康复训练机器人能够使患者模拟正常人的步伐规律作康复训练运动，锻炼下肢的肌肉，恢复神经系统对行走功能的控制能力，达到恢复走路机能的目的，该机器人由步态控制系统、姿态控制系统、重心控制机构等部分组成，介绍了下肢康复训练机器人的总体结构、计算机控制原理以及由PWM实现的I／O接口电路。     

针对多发性硬化症病人的综合步态分析

 设计了一个针对多发性硬化症患者的三维步态分析实验,利用三维光学捕捉系统对实验被试身体不同部位标记点的三维坐标进行追踪和记录,成功发现了多个步态参数发生的变化,这些变化不仅能反映实验被试细微的步态功能上的变化,而且还与接受治疗的时间密切相关。此套基于步态数据的量化评估体系能够弥补目前广泛应用的评估方法主观和不够准确的缺点,为临床医生改进治疗方案以及制定更加有效的治疗方法提供帮助。     

对线对小腿截肢患者残侧下肢生物力学特性的影响

为定量研究假肢对线对小腿截肢患者行走过程中残侧下肢生物力学特性的综合影响,建立了考虑对线设置的三维刚体动力学模型,并结合步态实验,得到膝关节力矩、步态时相对称性和残端界面压力等参数。结果表明:异常对线主要影响残侧膝关节力矩和步态时相对称性,对残端压力影响较小;腿管近端适配器的调整在对线设置中的作用较远端适配器明显;由于患者的自身调节作用,假肢正常对线要实现患者下肢生物力学性能的总体最优而非单项最优。     

不同路况下正常步态特征研究

为系统研究人体步态随路况的变化 ,利用人体运动分析系统采集了多个健康人在上下坡、上下楼梯、平地等路况下行走时的位移 -时间和地面受力数据 ,并利用人体下肢刚体动力学模型 ,计算了各路况下髋、膝、踝关节所需力矩。分析结果表明 ,各路况下人体步态差异很大 ,各关节所提供的力矩各不相同。支撑期上楼梯时所需膝力矩最大 ,摆动期上楼梯和上坡时所需膝力矩均较大。各种情况下不仅力矩的数值不同 ,而且力矩的模式也有很大差异。这些数值结果为了解人体运动规律 ,分析异常步态以及康复方法提供了依据     

膝关节前交叉韧带断裂者跑步时的步态分析特征及指导意义

 为明确前交叉韧带（anterior crucitate ligament，ACL）断裂后患者的跑步步态以及合并内侧半月板后角撕裂对其进一步的影响，基于三维运动捕捉分析方法，定量化分析了前交叉韧带断裂患者（8名单纯ACL断裂患者，8名ACL断裂合并内侧半月板后角撕裂患者，22名健康志愿者）的跑步步态改变。研究表明，慢跑时ACL断裂的膝关节主要表现为外源性屈曲力矩显著降低，这不仅与ACL断裂侧伸肌力量减弱有关，且与神经肌肉控制模式改变有关。ACL断裂合并内侧半月板撕裂患者膝关节在慢跑时表现出显著的外旋不稳，分析与内侧半月板后角撕裂降低了对旋转稳定性的控制功能有关。研究提示，ACL断裂患者的康复训练方案应关注并参考其跑步步态的异常，加强屈伸肌及旋转稳定肌群的训练，结合神经肌肉训练，改善其跑步步态异常，降低继发损伤风险。     

不同足地界面对人体三维步态的影响

为了解足地界面对人体下肢运动学、动力学的影响,从实验的角度对受试者在光足、穿球鞋和穿7 cm高跟鞋时的三维步态进行了测试。结果表明在运动学方面:足地界面对踝、膝和髋关节运动均有影响,而且在冠状面内的影响程度远大于矢状面。在动力学方面:穿高跟鞋后,膝关节和踝关节内收力矩峰值增大,踝关节和髋关节弯曲伸展力矩均有变化;沿股骨和胫骨轴向,分别作用于膝关节和踝关节的力增加,沿步行前后方向膝关节和髋关节的力增加。这些变化加剧了关节的磨损,长期积累会造成关节损伤和病变。     

基于迭代学习控制算法的下肢外骨骼机器人跟随特性研究

目前下肢外骨骼机器人存在的运动控制算法追踪人体髋关节和膝关节期望轨迹时存在误差,从而导致人机系统随动性能差。因此,本文提出迭代学习控制算法追踪人体髋关节和膝关节期望轨迹。首先,结合人体下肢结构分析,建立下肢外骨骼机器人动力学模型;其次,基于迭代学习控制算法建立下肢外骨骼机器人随动控制模型;最后,利用Matlab软件设计指数变增益闭环D型运动控制系统,分析收敛速度与谱半径的关系,追踪得到人体下肢髋关节和膝关节期望轨迹。仿真结果表明该算法能够有效提高下肢外骨骼机器人步态轨迹跟踪精度,提升人机系统随动性能。     

对线对小腿截肢患者残侧下肢生物力学特性的影响

为定量研究假肢对线对小腿截肢患者行走过程中残侧下肢生物力学特性的综合影响,建立了考虑对线设置的三维刚体动力学模型,并结合步态实验,得到了膝关节力矩、步态时相对称性和残端界面压力等参数。结果表明:异常对线主要影响残侧膝关节力矩和步态时相对称性,对残端压力影响较小;腿管近端适配器的调整在对线设置中的作用较远端适配器明显;因为患者的自身调节作用,假肢正常对线要实现患者下肢生物力学性能的总体最优而非单项最优。     

Influence of Prosthetic Sagittal Alignment on Trans-Tibial Amputee Gait and Compensating Pattern:A Case Study

This study relates the gait asymmetry, residual limb comfort, and energy cost during walking and identifies a compensating pattern for the trans-tibial amputees when the prostheses are misaligned. One male subject with a trans-tibial amputation volunteered for the study. The knee joint moments at the prosthetic side, the phase symmetry index, and the interface pressures were discussed under three sagittal alignment settings. The results show that the subject changes the knee joint moment, gait symmetry, and interface pressure with a misaligned prosthesis to improve his comfort and movement during walking. A high-quality liner reduces the gait sensitivity to misalignment and enhances the amputee＇s ability to compensate for misalignment. Since different people have different compensation patterns, more cases will be studied in future work.     

前交叉韧带重建术后步行过程中的生物力学特征

 为明确前交叉韧带（anterior cruciate ligament,ACL）重建术后动作模式的改变情况,应用三维运动捕捉系统和表面肌电系统同步采集ACL重建术后患者在步行过程中的运动学、动力学和肌电数据。结果发现,与健侧相比,术侧膝关节屈曲角度峰值和屈伸活动范围均显著减小,但承重反应期的外旋幅度显著增加;术侧承重反应期膝关节伸直力矩峰值、支撑相末期膝关节屈曲力矩峰值和外旋力矩峰值均小于健侧;术侧股直肌在承重反应期的激活程度、股二头肌和半腱肌在摆动前期的激活程度均大于健侧。结果表明：ACL重建术后6~12个月（7.4±1.3月）步态呈僵硬特征,大腿肌群激活程度增加。建议ACL重建术后针对肌肉功能特征及步态特征的改变进行精准康复干预,改善术后效果。