简化建模方法的验证：用于预测髋关节软骨和盂唇的应变，并应用于股骨髋臼撞击综合征

《Journal of Biomechanics》：Validation of a simplified modeling approach to predict strain in the cartilage and labrum of the hip with application to femoroacetabular impingement syndrome

　　

卢克·T·哈德森（Luke T. Hudson）|林赛·L·舒林（Lindsay L. Schuring）|布鲁克林·L·瓦尔加斯（Brooklyn L. Vargas）|里奇·J·利森比（Rich J. Lisonbee）|塞思·J·库索（Seth J. Kussow）|杰弗里·A·韦斯（Jeffrey A. Weiss）|安德鲁·E·安德森（Andrew E. Anderson）

摘要

针对特定受试者的有限元（FE）建模能够详细评估髋关节中软骨和唇部的接触力学；然而，这种方法的计算需求限制了其在大规模人群中的应用。软组织重叠（STO）建模是一种简化的替代方法，它通过关节表面的几何重叠来估算应变；不过，其预测准确性尚不明确。本研究的目的是通过与针对特定受试者的FE模型进行直接比较，来评估STO模型在模拟行走过程中预测髋臼软骨和唇部应变的准确性。研究选取了8名髋关节X光检查结果正常的受试者和8名患有凸轮型股骨髋臼撞击综合征的患者，利用他们的解剖结构、运动学数据以及关节反作用力来进行分析。通过基于对应关系的网络分析和布兰德-阿尔特曼（Bland–Altman）分析，将STO模型预测的应变与FE模型预测的压缩应变在脚跟触地（heel-strike）和脚跟离地（heel-off）时刻进行了对比。未发现不同组别之间存在一致性差异，并将结果汇总到所有受试者中。STO模型能够捕捉到软骨和唇部应变的一般空间分布及峰值位置。然而，在步态周期的1%到75%时间段内，STO模型与FE模型的预测结果存在显著差异，尤其是在关节负荷较大的情况下。STO模型系统性地低估了较高负荷下的应变值，且应变幅度越大，两者之间的差异越明显。这种差异在脚跟离地时软骨和唇部的前上部最为显著，FE模型预测的应变值更高且更为局部化。这些结果表明，虽然STO建模能够提供关于应变模式和接触位置的定性信息，但其量化应变幅度的能力，尤其是在高负荷条件下以及对于唇部而言，是有限的。