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。

我们使用肌肉骨骼建模软件 SIMM Gait，检查了膝关节内侧骨关节炎 (膝 OA) 患者的疾病阶段以及全膝关节置换术 (TKA) 前后的动态肌肉功能。研究对象为 54 例（89 膝）膝关节内侧 OA 患者、15 名年龄和体格匹配的对照患者，以及 47 例（74 膝）膝内侧 OA 患者，他们在 TKA 前后进行步态分析。术后平均随访时间为23.6个月。使用Vicon370对上述案例进行步态分析，并使用VCM进行分析以确定膝关节力矩和功率。测量膝关节周围肌肉的肌电位，并使用SIMM Gait计算每块肌肉的收缩宽度和肌力。膝OA患者膝关节周围肌肉行走时最大肌腱长度和最大肌力的平均变异系数分别为1.0~2.5%和0.2~6.0%，组内相关系数分别为0.96~0.99和0.99。 0.92-0.98，获得了很高的可靠性。从膝关节内侧OA早期开始，膝关节伸肌的传出收缩减弱，导致步行时膝关节的减震效果明显下降。此外，股二头肌在膝关节伸直过程中也起到内翻拮抗肌的作用，从膝关节内侧OA早期开始，站立期肌肉收缩宽度明显减小，内翻拮抗作用减弱。人们认为，由于冲击吸收和内翻拮抗力的下降，施加在膝关节内侧关节表面的压缩力增加可能与膝关节内侧OA的发病有关。 TKA术后，下肢额状面排列改善，额状面内膝关节周围肌肉的肌肉功能改善，但膝伸肌的传出收缩仍下降，步行时对膝关节的影响吸收效果显着降低。此外，通过使用SD FAST和Dynamic pipeline提供SIMM创建的肌肉骨骼模型的惯性矩、身体节段质量和质心数据，关节可以通过逆动力学分析近似获得力矩和功率。

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》。