基于AnyBody 仿真技術探討?法治療膝骨關節炎的效果

邵 盛 龔 利 孫武權 朱清廣 孔令軍 李建華 儲宇舟房 敏

1.上海中醫藥大學附屬岳陽中西醫結合醫院推拿科，上海 200437；2.上海市中醫藥研究院推拿研究所，上海 200437

膝骨關節炎（knee osteoarthritis，KOA）是臨床常見的一種中老年退行性關節疾病，治療方案包括保守治療和手術治療[1]。法作為傳統理筋松解類手法，治療KOA 效果確切[2-3]。臨床中發現大部分KOA 患者經法治療達到臨床治愈標準后，仍存在骨性結構失衡。因此，對于KOA 患者法治療前后下肢肌肉的力學變化值得研究。既往研究多以骨性結構為切入點，對運動系統的整體性和動態性研究不足[4]。隨著計算機仿真技術的不斷發展，人體運動的仿真和建模為運動系統動力學研究提供了一個重要的手段[5]。

目前應用計算機仿真技術對KOA 患者進行下肢肌肉動力學研究鮮有報道，因此，筆者收集門診15 例KOA 早中期患者，采用法治療后評估其下肢肌肉力的變化，現報道如下：

1 對象與方法

1.1 研究對象

本次病例資料來源于2018 年1 月—6 月上海中醫藥大學附屬岳陽中西醫結合醫院（以下簡稱“我院”）推拿科門診就診符合早中期單膝KOA 診斷的患者15 例。其中男5 例，女10 例；年齡60～70 歲，平均（63.30±2.59）歲；病程（3.25±2.59）年；體重（60.32±7.52）kg。本研究經我院醫學倫理委員會批準。

1.2 納入標準

①符合早、中期KOA 診斷標準[6]；②年齡60～70 歲者；③了解本研究內容并簽署知情同意書者；④治療過程中未接受其他干預措施者。

1.3 排除標準

①有膝關節手術史和嚴重外傷史者；②嚴重的膝關節畸形、骨關節結核、骨髓炎者；③惡性腫瘤、類風濕性關節炎、急性傳染病、急性創傷者；④合并嚴重心、腦、肺、肝、腎等臟器疾患者；⑤有出血傾向或血液病者；⑥有嚴重皮膚破損或皮膚病者；⑦治療過程中接受其他干預措施者。

1.4 研究方法

1.4.1 治療方法

1.4.2 臨床療效評定

參照《中華人民共和國中醫藥行業標準·中醫病證診斷療效標準》[8]和《22 個專業95 個病種中醫診療方案》制訂[9]。臨床控制：疼痛、腫脹、壓痛消失，膝關節活動功能正常，積分減少≥95%。顯效：疼痛、腫脹、壓痛消失，膝關節活動無明顯受限，70%≤積分減少＜95%。有效：疼痛、腫脹、壓痛基本消失，膝關節活動輕度受限，30%≤積分減少＜70%。無效：疼痛、腫脹、壓痛無改善，膝關節功能障礙，積分減少＜30%。總有效率=（臨床控制+顯效+有效）例數/總例數×100%

1.4.3 人體仿真模型的建立與分析

1.4.3.1 AnyBody 骨骼肌肉模型的建立 本研究選取由丹麥奧爾堡大學開發的AnyBody 6.0.5 自帶模型庫中Standing Model 為基礎修改，根據患者的身高、體重，利用中國成人人體尺寸標準縮放函數Scaling Length Mass Fat 進行模型的比例縮放，建立符合實驗要求的人體仿真模型[10]。骨骼肌肉模型的組成包括腰椎、骨盆、下肢關節以及肌肉組織。

1.4.3.2 AnyBody 骨骼肌肉模型的計算及驗證 AnyBody肌骨模型作為離體分析軟件模型，需要導入相關的步態參數對模型進行驅動。導入從每位受試者步態分析采集的C3D 運動學數據文件并建立運動學驅動器，利用AnyBody 系統自帶的C3D 數據讀取函數以驅動人體模型。本研究采用AnyBody Modeling System 基于逆向動力學的靜態優化方法[11]，通過逆向動力學計算，分別輸出下肢相關的肌肉力數據。

通過下肢表面肌電圖與肌骨模型輸出的肌肉激活度比較，可以驗證AnyBody 肌骨模型的有效性[12]。本研究預實驗測得股中間肌的肌電圖激活程度與模型輸出的肌肉激活程度曲線基本一致，表明下肢肌骨模型有效。

1.4.3.3 觀察指標 肌肉力表示運動過程中肌肉功能活動狀態，取其峰值表示運動過程中最大肌肉功能狀態。個體在運動過程中下肢肌肉力收縮做功產生肌肉力，兩側肌肉無法達到絕對平衡狀態，下肢左右兩側肌肉的失衡狀態可以通過肌肉失衡程度表示，即肌肉失衡指數=兩側肌肉力峰值差值/兩側肌肉力峰值均值。根據KOA 患者患膝情況，取健側肌肉力峰值減患側肌肉力峰值，表示兩側肌肉失衡程度，失衡指數越大說明兩側肌肉失衡程度越大。根據肌肉解剖位置將下肢肌肉分為：前側肌群、后側肌群、內側肌群和外側肌群。

1.5 統計學方法

采用SPSS 21.0 對所得數據進行統計學分析，計量資料符合正態分布或近似正態分布，采用均數±標準差（）表示，組間比較采用t 檢驗，計量資料不符合正態分布，以中位數（M）最小值和最大值（min，max）表示，采用Wilcoxon 帶符號秩和檢驗，計數資料采用例數或百分率表示，組間比較采用χ2檢驗。以P ＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 臨床療效

經治療后，KOA 患者顯效率為13.33%，有效率為86.67%，總有效率為100%。

2.2 治療前后肌肉力失衡程度變化

2.2.1 治療前后后側肌群肌肉失衡程度比較

治療后股二頭肌長頭肌肉失衡程度小于治療前，差異有統計學意義（P ＜0.05）。見表1。

2.2.2 治療前后下肢外側肌群肌肉失衡程度比較：

治療后腓骨長肌肌肉失衡程度小于治療前，差異有統計學意義（P ＜0.05）。見表2。

2.2.3 治療前后下肢前側肌群肌肉失衡程度比較

治療后股直肌肌肉失衡程度小于治療前，差異有統計學意義（P ＜0.05）。見表3。

2.2.4 治療前后下肢內側肌群肌肉失衡程度比較：

治療后大收肌肌肉失衡程度小于治療前，差異有統計學意義（P ＜0.05）。縫匠肌肌肉失衡程度大于治療前，差異有統計學意義（P ＜0.05）。見表4。

表1 治療前后后側肌群肌肉失衡程度比較[M（min，max），n=15]

表2 治療前后下肢外側肌群肌肉失衡程度比較[M（min，max），n=15]

表3 治療前后下肢前側肌群肌肉失衡程度比較[M（min，max），n=15]

表4 治療前后下肢內側肌群肌肉失衡程度比較[M（min，max），n=15]

3 討論

KOA 是臨床常見的一種退行性骨關節病，以關節軟骨破壞和骨質增生為特征，臨床癥狀表現為疼痛和功能障礙。KOA 患者下肢的功能障礙除了與疼痛有關外，還與患膝肌力減退導致的健患側肌肉失衡有關[13-14]。因此，針對KOA 患者的治療除了緩解局部疼痛以外，增加患膝肌肉力量和協調性也尤為重要。

同時，本研究還發現治療后內側肌群中縫匠肌和半腱肌的肌肉失衡程度較治療前有所增大，這可能與下肢平衡的代償有關。KOA 患者多有下肢運動模式改變[24]，當前、后側肌群疼痛減輕，屈伸功能逐步恢復，內、外側肌群的代償適應顯得更為突出[25]，所以這些代償肌肉在活動過程中可能會出現一定程度的肌肉失衡，故臨床治療中，在恢復膝關節屈伸功能的同時還需要重視恢復內外側肌群的平衡。