从体内测量中验证特定对象的膝盖模型
Thor E Andreassen1,2, Donald R Hume1, Landon D Hamilton1
1Center for Orthopaedic Biomechanics, Department of Mechanical and Materials Engineering, University of Denver, Denver, CO, United States.
Frontiers in bioengineering and biotechnology
|September 2, 2025
概括
用体内松度测量校准的特定对象膝盖模型的准确性与体内方法相比. 这证实了个性化膝关节生物机械建模的非侵入性技术.
科学领域:
- 骨科和生物力学
- 计算模型
- 医疗器械开发
背景情况:
- 骨科的计算模型对建模决策很敏感,但输入数据的影响往往被忽视.
- 膝盖模型的准确校准需要体内 (在活体中) 的数据,而非侵入性方法很难获得.
- 个性化建模和数字双胞胎需要经过验证的主题特定的计算模型.
研究的目的:
- 证明用体内测量校准的特定患者的计算膝盖模型的精度与用体内测量 (在受控环境中) 校准的模型相似.
- 支持对活膝关节的特定学科计算模型的开发.
主要方法:
- 通过CT和表面扫描对两个尸体膝盖样本进行了成像.
- 使用定制的体内膝盖松装置 (KLA) 和机器人膝盖模拟器 (RKS) 进行了膝盖松测量.
- 使用KLA或RKS的宽松性数据校准计算模型,并通过模拟活动比较它们的性能.
主要成果:
- 使用体内KLA数据校准的模型表现与使用体内RKS数据校准的模型相似.
- 前后宽松度的预测差异小于2.5毫米,旋转转移模拟差异小于2. 6°.
- 预测的带负荷和校准材料特性存在差异,表明需要在校准中纳入带负荷.
结论:
- 目前的体内膝盖松度测量方法足以校准可比体内技术的计算模型.
- 描述的工作流程可以作为活膝盖具体模型的基础.
- 公开的数据和工具支持该领域的进一步研究.
