开发关节骨关节炎指数以评估步行质量:一个数据驱动的比较研究
Kamyar Rahmani1, Mansour Davoudi1, Mohammad Sajjad Alamdar1
1Research Institute for Robotics, Artificial Intelligence, and Information Science (RAIIS), School of Electrical and Computer Engineering, University of Tehran, Tehran, Iran.
Scientific reports
|August 5, 2025
概括
一个新的关节骨关节炎指数 (HOI) 通过步态分析有效监测关节骨关节炎的进展. 该指数显示了健康人与患者,手术前后以及重度等级之间的显著差异.
科学领域:
- 生物力学 生物力学
- 整形外科 整形外科 整形外科
- 医疗工程 医学工程
背景情况:
- 步行异常与骨关节炎有很强的联系.
- 对关节炎,特别是关节炎的客观监测至关重要.
- 现有的方法可能无法完全捕捉步行质量,以便快速评估.
研究的目的:
- 引入一种新的关节骨关节炎指数 (HOI),用于评估关节骨关节炎.
- 评估HOI与临床严重程度 (Kellgren-Lawrence等级) 和患者状态 (手术前/后,受影响/不受影响的腿部) 的相关性.
- 将HOI的性能与机器学习模型 (MLP,RNN) 进行比较.
主要方法:
- 使用动力学特征开发了线性模型和HOI:关节膝盖角速度面积和部最大角速度.
- 使用了80名健康个体和106名关节骨关节炎患者 (手术前和后) 的数据集.
- 采用多层感知器 (MLP) 和深度循环神经网络 (RNN) 模型进行比较分析.
主要成果:
- HOI与凯尔格伦-劳伦斯成绩 (r=[公式:见文本]) 和受影响与未受影响的腿 (r=[公式:见文本]) 有很高的相关性.
- 在健康和骨关节炎患者 (手术前/手术后,受影响/未受影响的腿部) 之间以及在严重程度等级之间观察到显著的HOI差异.
- 手术后,步态对称性得到改善,HOI值接近健康个体的HOI值,表明更自然的步态.
结论:
- 关节骨关节炎指数 (HOI) 是评估关节骨关节炎的可靠和敏感指标.
- HOI有效地区分健康和受影响的个体,并跟踪与手术和疾病严重程度相关的变化.
- 该HOI显示承诺作为一个理想的工具快速和客观的关节骨关节炎监测.
