膝关节前、后交叉韧带损伤不稳定六自由度运动机制研究及临床动态功能评估新方法

ACL deficiency and PCL deficiency are common yet challenging for clinical diagnosis and evaluation. This proposal investigates the dynamic instability of knees with ligament deficiency and provides an objective and quantitative tool for assisted clinical diagnosis. We utilized a non-invasive, highly reliable and in-vivo surgical navigation technique to investigate the 6 degree-of-freedom kinematic characteristics and stress-strain behavior of the ligaments. Normal subjects and ACLD/PCLD patients are recruited to perform specific activities that related to ligament anatomical structure and stabilization function. A normal database is established and mechanism of dynamic instability is obtained. We further combine the results with traditional clinical diagnosis to find the indicators with optimum sensitivity and specificity. All these will lead to a novel, objective, quantitative and dynamic procedure for clinical assessment of ACLD/PCLD......

前、后交叉韧带的损伤临床非常常见，但诊断和术后评估一直以来存在争议。本研究拟从韧带损伤的膝关节动态不稳定性入手，提供临床客观、量化的辅助诊断依据。采用了无创、高精度、在体的数字导航手法，研究膝关节六自由度运动学特征和相应的韧带的应力应变变化。取正常人、前、后交叉韧带损伤病人，取符合韧带解剖结构和功能稳定的特异性动作，建立正常生物力学参考范围，并获得韧带损伤的动态功能不稳定机制。再进一步与传统临床诊断结合，计算灵敏度和特异性高的指标组合，最终提出一种基于客观、量化动态功能不稳定数据的临床动态检测韧带损伤的新方法。

前、后交叉韧带的损伤临床非常常见，但诊断和术后评估一直以来存在争议。本研究从韧带损伤的膝关节动态不稳定性入手，提供临床客观、量化的辅助诊断和评估依据。本研究开发了高速双平面荧光透视系统作为膝关节三维六自由度运动分析的金标准，开发了小型化无创、高精度、在体的基于数字导航系统技术的运动捕捉系统，研究了膝关节六自由度运动学特征的相应变化。首先对数字导航系统测量的精度、可重复性进行了验证，满足临床实际应用需求。再获取正常人、前、后交叉韧带损伤病人，符合韧带解剖结构和功能稳定的特异性动作，如步态、上下坡、台阶、下蹲旋转等，建立正常生物力学参考范围，并获得了韧带损伤的动态功能不稳定特征。 ..本项目的系统平台作为主要研究设备顺利申请获批国家重点研发专项科技冬奥项目：“冬季项目运动员技能优化关键技术研究”中“数字化诊疗系统研发及其在冬季项目运动损伤预防与康复中的应用”。应用于冬奥国家队高水平运动员的膝关节功能监测。本课题与国内外60多位专家沟通交流，举办了数次体-医-工融合关节运动分析专家会，最终形成并发表了“步态图评估膝关节运动功能的专家共识（2020年版）”。本研究团队陆续培养博士研究生 2名，硕士研究生 5名。共发表5篇，录用1篇论文。本项目开发的关节运动功能评估系统及高速双平面荧光透视系统在34项国家科技部科技冬奥重大项目中名列第1入选被中央电视台CCTV 1《机智过人》栏目报道，成为科技冬奥板块聚焦的重点。