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下蹲時全人工膝關節置換術的接觸力與運動學模擬研究



研究背景




TKA 使用的膝蓋模型必須使用 6 DOF 的膝蓋關節模型進行模擬




研究目的

  • 建構標準的模擬流程，使用病患的骨骼肌肉模型進行 TKA 術後不同的日常生活活動 (ADL) 評估

  • 評估膝關節接觸力與脛骨股關節與髕骨股關節的運動學



材料與方法

受測者：男性，右側膝關節，手術前先進行 CT 掃描取得資料

(體重：55kg、身高：150cm、年紀：73 歲)


骨骼重建軟體：Materialise Mimics

分析軟體：AnyBody Modeling System (AMS)






實施手術：LOSPA

LOSPA Primary Knee System PS-type-TKR system of Corentec, Co., Ltd.




  1. 運動方式：15度 ~ 100度 的膝蓋彎曲 (100 frame, 20Hz)

  2. 6-DOF 膝蓋模型，FDK (Force-dependent kinematics)

  3. 計算內側與外側脛骨接觸力








AnyBody Modeling System 模擬



脛骨-股骨 接觸力

當膝關節彎曲 48⁰後，外側接觸力會比內側來的大





髕骨-股骨接觸力




股四頭肌力量




膝關節運動學

股骨外旋：最大 1.8⁰，最小 -1.8⁰

與 2014年 Shimizu 的論文結果進行比對 (右側為本研究之結果)




膝關節運動學

股骨的 AP (Anterior-posterior，前後)平移：最大 2.7mm、最小 0.1mm

與 2014年 Shimizu 的論文結果進行比對 (右側為本研究之結果)



結論

本篇論文測試利用 AMS (AnyBody Modeling System) 建構一套可適用於不同患者的肌肉骨骼 TKR 模型架構以進行模擬評估。


TKR 肌肉骨骼模型能夠提供：

  • 脛骨股骨 和髕骨股骨運動學

  • 脛骨股骨 脛骨股骨和髕骨股骨接觸力

  • 韌帶的長度和力量

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