基于足底软组织生物力学响应的糖尿病足溃疡机制及风险评估方法研究

Foot ulcers and eventual limb amputation are one of the most serious complications of diabetes mellitus. Biomechanical factors such as elevated plantar pressure play important effect on the occurrence of diabetic foot ulcers. However, the clinical effect of only choosing plantar pressure as indicator for assessing ulcer risk and formulating therapeutic plan is not good. Thus, it’s very necessary to comprehensively consider the change regularity of plantar tissue property and its biomechanical response, which contributes to further understand the mechanism of diabetic foot ulcers from the perspective of biomechanics. .This project will carry out three longitudinal studies: the relationship of plantar load-blood perfusion-temperature, and its effect on ulcers; formation regularity of plantar callus under accumulation of composite load; and the effect of plantar deep tissue stress distribution on ulcers formation. Based on these researches, this project will further clarify the impact of biomechanical factors on the formation mechanism of diabetic foot ulceration, and provide method for evaluating the risk of foot ulcers. The results of this project will be useful for quantitative assessment of ulcer risk, make effective intervention treatment and improve life quality of patients with diabetic foot.

足溃疡及其导致的截肢是糖尿病最严重的并发症之一；足底压力增大等生物力学因素对引发糖尿病足溃疡具有重要影响。然而，临床应用中发现，仅以足底压力作为指标来评估糖尿病足溃疡风险和制定干预措施并不总是有效。因此，全面分析足底组织特性变化规律及其对力学刺激的响应，有助于从生物力学角度深入理解糖尿病足溃疡的机制。. 本项目将以糖尿病患者对象，采用实验和仿真计算相结合的方法，从足底负荷-血流-温度关系及其对溃疡的作用、复合载荷累积作用下足底胼胝的形成规律、足底深部组织应力分布对溃疡的影响三个方面开展纵向研究，进一步阐明生物力学因素在糖尿病足溃疡形成过程中的作用机制，并建立基于足底组织生物力学响应的糖尿病足溃疡风险评估方法。本项目的研究成果对于更准确地评估溃疡风险和制定有效干预措施，从而有效提高糖尿病患者生活质量有重要意义。

本项目基于足底软组织生物力学响应研究糖尿病足溃疡的发生机制、风险评估方法和防护措施。主要内容包括：1）研究了负重条件下足底压力-血流-温度关系及其对溃疡发生的影响，发现不同足底压力峰值的糖尿病患者在累积压力负荷刺激后，皮肤血流量显著降低，具有运动习惯的糖尿病患者比久坐的糖尿病患者具有更高的氧饱和度和基础血流量。这提示积极运动有助于改善糖尿病患者足部微循环功能，但其在日常运动活动中，仍需适当控制运动负荷以避免出现足底皮肤组织缺血的情况。2）研究了不同日常运动条件所致复合载荷累积效应下，足底组织的特性及其对足底血流响应的影响，发现积极运动有助于延缓足底软组织硬化，但组织硬度较高的糖尿病患者在较高的累积载荷刺激下血流响应能力较低。3）研究了基于糖尿病患者足部个性化几何特征和组织特性进行足-鞋垫-血管耦合的有限元建模方法，分析了足底压力分布和足部血管受力状态，提出了风险区域。4）研究了振动、间歇性气动压缩和局部加热三种干预方式在改善糖尿病患者足部微循环血流响应方面的作用机制及防护效果，分析了不同参数对提高足部微循环水平的影响。5）在前述糖尿病足溃疡防护机制和评估方法的研究基础上，开发了糖尿病足溃疡的风险评估系统，研制了具有足部状态实时监测和主动防护功能的智能鞋。该项目的研究结果有助于更深入理解糖尿病足溃疡发生机制，更准确评估和防护糖尿病足溃疡发生风险，从而有效提高糖尿病患者的生活质量。