学术资讯丨曦健科技设备助力医生实现PFI高精度预测!

发布于: 2025-05-30 14:53
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2025年5月30日,北京大学第三医院孙洋团队联合北京朝阳医院团队在国际期刊《BMC Musculoskeletal Disorders》上发表了一项突破性研究,成功实现了对PFI(特别是髌骨倾斜和髌骨高位)的高精度预测,为PFI提供了非侵入性动态评估新范式。

 

文章链接:https://bmcmusculoskeletdisord.biomedcentral.com/articles/10.1186/s12891-025-08778-7

 

临床难题:PFI缺乏动态评估方法

 
膝前痛困扰着众多人群,传统的PFI诊断主要依赖X光、CT、MRI等静态影像学检查。这使得保守治疗(如康复训练)方案的制定往往缺乏客观的力学指标指导。
 
膝关节前侧疼痛困扰着全球约25%的成年人,其中髌股关节不稳定(Patellofemoral Instability, PFI)是重要诱因。当髌骨在股骨滑车沟内失去正常轨迹时,不仅引发疼痛,更可能导致软骨磨损和关节炎,静态影像学很难捕捉动态失衡的本质。更重要的是,临床中缺乏对关键稳定结构——股四头肌力学状态的动态、定量评估,使得治疗方案往往依靠医生主观经验判断。
 

新技术、新设备、新研究

这项研究选用了全新的软组织力学定量技术,这种技术如同给肌肉做"硬度体检",通过测量剪切模量(Shear Modulus, SM)反映组织力学特性。检测设备使用的是曦健团队自主研发的软组织力学定量检测仪,创新性地采用分离式设计,这种设计克服了传统方法在大肌肉群(如股四头肌,脂肪层较厚、SM较高)中信号衰减、信噪比低的难题。
研究团队首先验证了测量结果的可重复性和检测设备技术的可靠性。健康志愿者测试显示,肌肉的伸直位和屈膝90°位的剪切模量(SM)测量值:组内一致性(同一操作者重复测量):ICC = 0.964–0.993(极好);组间一致性(不同操作者测量):ICC = 0.770–0.966(良好至极好),说明本研究采用的技术方法和设备的可靠性得到了严谨的验证。
 

首创力学评估指标,精准锁定预测靶点

研究首次将剪切模量(Shear Modulus, SM) 这一量化肌肉硬度的指标,应用于评估髌骨外侧倾斜和髌骨高位的研究。不仅测量了膝关节伸直放松状态(静态) 下股四头肌不同部位(股外侧肌LFM、股内侧肌MFM、股直肌RFM)的SM值,还测量了膝关节弯曲90°(被动拉伸状态) 下的SM值,并计算“弯曲-伸直差值” (bent-straight) 这一反映肌肉被动应力的指标。
研究者通过对比疾病组(PFI) 与非疾病组的SM差异,揭示力学参数与疾病的关联,分别进行了“髌骨外倾(Lateral Patellar Tilt)组 vs 对照组”、“高位髌骨(Patella Alta)组 vs 对照组”的对比实验,在膝关节伸直(0°)和屈曲(90°)两种状态下,对34名患者68侧肢体的股外侧肌(LFM)、股内侧肌(MFM)和股直肌(RFM)进行动态检测。
研究发现,存在髌骨倾斜的患者,其拉伸(弯曲)状态下的外侧肌SM值(LFMbent)、外侧/内侧肌SM比值(L/Mbent) 以及外侧肌的弯曲-伸直差值(LFMbent-straight) 均显著高于无倾斜者。存在髌骨高位的患者,其拉伸状态下的股直肌SM值(RFMbent) 和股直肌的弯曲-伸直差值(RFMbent-straight) 显著高于无高位者。屈膝位及动态应力变化值(屈-伸差值)能敏感捕捉肌肉力学失衡,与PFI病理机制一致(外侧牵拉↑、髌腱张力↑)。

力学参数高效预测疾病发生

研究者对该研究进行了高质量预测效能(ROC/AUC验证),预测髌骨倾斜:LFMbent-straight 表现最优,AUC高达0.907 (95% CI: 0.832-0.982)。当临界值设为49.14 kPa时,敏感性78.26%,特异性93.33%。这意味着该指标能准确地识别出真正有问题的患者,误判率较低。预测髌骨高位:RFMbent 和 RFMbent-straight 的AUC分别为0.727和0.729,也显示出良好的预测价值。
研究结果支持了PFI中股四头肌存在力学不平衡的理论。外侧髌骨倾斜可能与股外侧肌承受异常增高的应力有关,而髌骨高位则与股直肌的异常应力增高相关。这为理解疾病机制和指导靶向治疗(如选择性肌肉放松或强化训练)提供了新思路。

全新技术设备助力精准诊断与康复评估

北京大学第三医院与北京朝阳医院的这项研究,成功突破PFI传统静态评估的局限,首次实现基于股四头肌力学参数的高精度预测。曦健科技设备是本次研究的核心技术支撑,其严谨验证的设备可靠性和卓越的预测效能(AUC > 0.9),为髌股关节不稳定乃至肌肉骨骼系统力学评估,迈入非侵入、定量化的新阶段奠定了扎实的科研基础。这项技术有望成为临床医生手中评估膝关节稳定性的又一有力武器,为患者带来更精准的诊断和康复方案。

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软组织力学定量检测仪

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关于曦健

 

北京曦健科技有限公司立足于清华大学生物材料和软材料力学实验室在人体软组织力学表征领域的十余年研究基础,致力于推进人体生物力学成像平台型技术的产业化,聚焦运动健康、皮肤医美、重大疾病诊疗等临床蓝海刚需市场。
 
编辑:耿天水|监制:张利加
设计素材来源:创客贴、96编辑器
 

 



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