基于步态仿真技术的踝关节动态生物力学分析及临床病理研究

踝关节最容易损伤，踝关节不稳、踝关节退变和人工踝关节置换技术不成熟，都是困扰我们的难题。踝关节多轴向和更加灵活的解剖特性使其不易如膝髋关节那样获得精确的动态生物力学结果。目前对踝关节的生物力学研究主要基于静态或准动态下完成，很难了解正常生理步态和常见病理步态下的踝关节动态生物力学变化。我们前期已经完成了高仿真步态模拟系统的设计与制作，已经让尸体踝关节像正常步态那样动了起来。本课题拟使用较大样本量的尸体标本，通过该步态模拟系统获得踝关节正常步态下连续、完整的生物力学参数数据库；对人工踝关节仿真，对常见的踝关节病理状态（包括踝关节韧带损伤、胫腓下联合分离、常见踝关节骨折、三关节融合手术等）进行尸体标本模拟及生物力学动态分析。总结各种病理状态下踝关节动态生物力学的变化，推断这些病理状态对踝关节退变的序贯影响，为临床治疗的选择以及人工假体的设计提供理论依据和对策。

研究背景：踝关节最容易损伤，踝关节不稳、踝关节退变和人工踝关节置换技术不成熟，都是困扰我们的难题。踝关节多轴向和更加灵活的解剖特性使其不易如膝髋关节那样获得精确的动态生物力学结果。目前对踝关节的生物力学研究主要基于静态或准动态下完成，很难了解正常生理步态和常见病理步态下的踝关节动态生物力学变化。.研究内容：设计改良足踝步态模拟装置，获得稳定可重复的尸体模拟步态，并且通过与活体踝关节运动学数据的比较验证了尸体模拟平台的有效性。建立了正常与病理的踝与后足关节三维数字模型，并获得了踝关节骨折，三角韧带损伤，下胫腓联合损伤，胫后肌腱功能障碍这些病理情况下踝与后足关节的三维运动。.研究结果：（1）本课题组设计的足踝步态模拟装置可以在3至5秒内模拟足踝步态站立相运动学行为，并获得可重复的足底反作用“M”曲线。（2）获得外踝骨折移位1mm、2mm、3mm，外旋10°、20°、30°情况下与踝穴移位间的定量关系。三角韧带完整性可影响外旋畸形时关节间隙的变化。（3）当三角韧带完整时,10°外踝旋转畸形即可导致下胫腓联合及踝关节间隙显著性增大;而当合并三角韧带损伤时,5°旋转畸形即可出现踝关节间隙显著性增大,下胫腓联合显著性分离,踝关节不稳定。（4）获得下胫腓联合关节在6个自由度上的运动数据以及在步态站立相的动态变化。（5）II期胫后肌腱功能障碍性平足症与健康足在六个自由度上的三维运动相比，无论是尸体足还是活体足，II期胫后肌腱功能障碍性平足均表现为显著的后足关节不稳定。.科学意义：积累了正常踝关节与病理状态下（踝关节骨折；踝关节韧带损伤、胫腓下联合分离、胫后肌腱失能等）踝与后足关节动态的运动变化，体现这些病理状态对踝关节退变的影响，为临床诊断与治疗的选择提供理论依据和对策。