目的构建基于3D打印矫形器三点力学数据与多种机器学习算法的青少年特发性脊柱侧弯(adolescent idiopathic scoliosis,AIS)Cobb角预测模型,以提供一种创新、无辐射的AIS早期临床筛查和监测方法。方法采集AIS患者的临床数据及3D打印矫形...目的构建基于3D打印矫形器三点力学数据与多种机器学习算法的青少年特发性脊柱侧弯(adolescent idiopathic scoliosis,AIS)Cobb角预测模型,以提供一种创新、无辐射的AIS早期临床筛查和监测方法。方法采集AIS患者的临床数据及3D打印矫形器的力学数据,构建包含性别、年龄、疾病类型、体重和Risser评分等特征的综合数据集。使用随机森林、支持向量回归、梯度提升回归机、极限梯度提升、轻量级梯度提升机和类别提升6种算法构建并评估Cobb角预测模型性能。结果梯度提升回归机模型在多项评估指标上表现最佳,精确率达到0.937、召回率为0.818、F1分数为0.949、曲线下面积(area under the curve,AUC)为0.843,在验证集中该模型的预测值准确率达到0.942,与实际Cobb值拟合较好。结论基于力学数据和机器学习的Cobb角预测模型有效避免了早期临床筛查中传统全脊柱X线片检查的辐射风险,实现了AIS患者的非侵入性评估,提高了筛查和监测的安全性和效率,为临床医生提供了有力的辅助决策工具,具有重要的临床意义。展开更多
全髋关节置换手术(total hip arthroplasty,THA)是治疗老年股骨颈骨折、中晚期股骨头坏死及终末期髋关节骨关节炎的有效手段。然而,THA术后仍存在假体无菌性松动、周围骨折和假体脱位等严重并发症,使得THA术前选择合适的髋关节假体型号...全髋关节置换手术(total hip arthroplasty,THA)是治疗老年股骨颈骨折、中晚期股骨头坏死及终末期髋关节骨关节炎的有效手段。然而,THA术后仍存在假体无菌性松动、周围骨折和假体脱位等严重并发症,使得THA术前选择合适的髋关节假体型号和放置位置成为手术医师面临的重要挑战。目前常用的THA术前规划方法主要依赖二维X线或三维CT的静态影像,未能充分考虑髋关节在负重以及运动、腰椎-髋关节联合变化以及假体运动过程中撞击等问题。近年来,双平面X线影像系统作为一种新型在体、动态放射成像技术,为THA术前规划提供了全面、准确的动态三维数据。但目前关于双平面X线辅助THA术前三维规划的技术流程和专家共识尚未建立,影响了该技术的推广和应用。鉴于此,全国骨科专家和相关专业代表共同讨论提出7个共识问题,并通过对与会专家推荐意见的问卷调查得出“专家推荐率”和“强烈推荐率”。本共识旨在为双平面X线辅助THA术前三维规划技术的规范化应用提供指导和参考。展开更多
目的开发模拟骨骼肌主动加载的脊柱离体力学测试平台,并通过大动物样本测试验证该平台的适用性。方法平台包括仿生加载和数据收集两个模块。加载模块包括电机驱动的主动肌和弹簧阻尼系统模拟的被动肌两个部分;数据收集模块由光学运动捕...目的开发模拟骨骼肌主动加载的脊柱离体力学测试平台,并通过大动物样本测试验证该平台的适用性。方法平台包括仿生加载和数据收集两个模块。加载模块包括电机驱动的主动肌和弹簧阻尼系统模拟的被动肌两个部分;数据收集模块由光学运动捕捉系统(Mo Cap)、间盘压力测试系统(IDPT)和全场应变测试系统(DIC)构成。通过动/定滑轮变向,主动肌模块通过串联测力计的钢索与主动肌起点相连,被动肌以类似方式连接到弹簧阻尼系统。以猪腰椎(L3~5)为对象,对屈曲动作进行验证测试。主动肌(腹直肌左右两束)的加载速度为5 mm/s,当肌力达到50±3 N时停止。记录样本3D运动学用于模型验证,收集并分析间盘的间盘压力和表面应变。结果单束主动肌(腹直肌)和被动肌(竖脊肌)肌测量值为49.8±0.1 N和75.5±0.6 N。此时L3~4、L4~5平均活动度分别为6.7°±1.3°、5.1°±0.9°。间盘的静态压力为178.6±24.0 k Pa(L3~4)和156.3±12.2 k Pa(L4~5),屈曲时平均增加分别为34.0%和35.0%。L3~4、L4~5间盘最大表面应变为60.0±16.6με和67.6±16.3με。结论该平台施载误差为0.4%,基于该测试方案猪腰椎活动度与人的腰椎活动度水平相当,且该平台能直接测量间盘压力、间盘应变,在脊柱力学测试中具有广泛的应用前景。展开更多
文摘目的构建基于3D打印矫形器三点力学数据与多种机器学习算法的青少年特发性脊柱侧弯(adolescent idiopathic scoliosis,AIS)Cobb角预测模型,以提供一种创新、无辐射的AIS早期临床筛查和监测方法。方法采集AIS患者的临床数据及3D打印矫形器的力学数据,构建包含性别、年龄、疾病类型、体重和Risser评分等特征的综合数据集。使用随机森林、支持向量回归、梯度提升回归机、极限梯度提升、轻量级梯度提升机和类别提升6种算法构建并评估Cobb角预测模型性能。结果梯度提升回归机模型在多项评估指标上表现最佳,精确率达到0.937、召回率为0.818、F1分数为0.949、曲线下面积(area under the curve,AUC)为0.843,在验证集中该模型的预测值准确率达到0.942,与实际Cobb值拟合较好。结论基于力学数据和机器学习的Cobb角预测模型有效避免了早期临床筛查中传统全脊柱X线片检查的辐射风险,实现了AIS患者的非侵入性评估,提高了筛查和监测的安全性和效率,为临床医生提供了有力的辅助决策工具,具有重要的临床意义。
文摘全髋关节置换手术(total hip arthroplasty,THA)是治疗老年股骨颈骨折、中晚期股骨头坏死及终末期髋关节骨关节炎的有效手段。然而,THA术后仍存在假体无菌性松动、周围骨折和假体脱位等严重并发症,使得THA术前选择合适的髋关节假体型号和放置位置成为手术医师面临的重要挑战。目前常用的THA术前规划方法主要依赖二维X线或三维CT的静态影像,未能充分考虑髋关节在负重以及运动、腰椎-髋关节联合变化以及假体运动过程中撞击等问题。近年来,双平面X线影像系统作为一种新型在体、动态放射成像技术,为THA术前规划提供了全面、准确的动态三维数据。但目前关于双平面X线辅助THA术前三维规划的技术流程和专家共识尚未建立,影响了该技术的推广和应用。鉴于此,全国骨科专家和相关专业代表共同讨论提出7个共识问题,并通过对与会专家推荐意见的问卷调查得出“专家推荐率”和“强烈推荐率”。本共识旨在为双平面X线辅助THA术前三维规划技术的规范化应用提供指导和参考。
文摘目的开发模拟骨骼肌主动加载的脊柱离体力学测试平台,并通过大动物样本测试验证该平台的适用性。方法平台包括仿生加载和数据收集两个模块。加载模块包括电机驱动的主动肌和弹簧阻尼系统模拟的被动肌两个部分;数据收集模块由光学运动捕捉系统(Mo Cap)、间盘压力测试系统(IDPT)和全场应变测试系统(DIC)构成。通过动/定滑轮变向,主动肌模块通过串联测力计的钢索与主动肌起点相连,被动肌以类似方式连接到弹簧阻尼系统。以猪腰椎(L3~5)为对象,对屈曲动作进行验证测试。主动肌(腹直肌左右两束)的加载速度为5 mm/s,当肌力达到50±3 N时停止。记录样本3D运动学用于模型验证,收集并分析间盘的间盘压力和表面应变。结果单束主动肌(腹直肌)和被动肌(竖脊肌)肌测量值为49.8±0.1 N和75.5±0.6 N。此时L3~4、L4~5平均活动度分别为6.7°±1.3°、5.1°±0.9°。间盘的静态压力为178.6±24.0 k Pa(L3~4)和156.3±12.2 k Pa(L4~5),屈曲时平均增加分别为34.0%和35.0%。L3~4、L4~5间盘最大表面应变为60.0±16.6με和67.6±16.3με。结论该平台施载误差为0.4%,基于该测试方案猪腰椎活动度与人的腰椎活动度水平相当,且该平台能直接测量间盘压力、间盘应变,在脊柱力学测试中具有广泛的应用前景。
