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为解决乳腺癌患者术后长期肩部功能障碍机制不明的问题，研究人员开展了 “开发乳腺癌重建特异性计算模型预测肩部功能” 的研究。结果显示，模型预测的肩部力矩与患者术后测量值相符，还明确了功能运动中主要肌肉的贡献。该研究为优化手术和康复策略提供依据。
在女性健康领域，乳腺癌是成年女性中极为常见的癌症，美国每年新确诊病例占比达 33.2% ，不过其 5 年生存率超 90%。手术是常用的治疗手段，许多患者在乳房切除术后会选择乳房重建，包括植入物重建和自体皮瓣重建等方式。然而，术后患者常出现肩部功能障碍，如肩部力量下降、活动度受限以及运动生物力学改变等情况。尽管此前已有研究发现这些功能缺陷，但导致肩部功能障碍的潜在生物力学机制却一直不明确。
为了深入探究这一问题，宾夕法尼亚州立大学（Pennsylvania State University）的研究人员展开了一项具有重要意义的研究。他们旨在开发并验证能够代表乳房肿瘤切除术（lumpectomy）、植入物乳房重建和自体皮瓣乳房重建术后结果的计算模型，同时利用这些模型来确定不同重建方式下，肌肉在功能性运动中对手部加速度的贡献差异。该研究成果发表在《Supportive Care in Cancer》上，为乳腺癌患者术后康复和治疗提供了新的方向和依据。
在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先，基于开源软件 OpenSim 平台，对现有的上肢模型进行修改，使其更符合中年成年女性的肌肉特性和人体测量学特征；其次，通过对接受乳腺癌手术和重建的患者进行分组实验，测量其肩部力量，以此来验证模型的准确性；最后，利用诱导加速分析（induced acceleration analysis），确定在不同功能性运动中各个肌肉对手部加速度的贡献。
下面来看具体的研究结果：
- 模型开发与验证：研究人员对胸大肌（pectoralis major）的肌肉路径点进行调整后，各胸大肌隔室的力矩臂更接近文献中的测量值。在植入模型中，代表胸肌下植入物的包裹表面添加后，胸大肌总路径的力矩臂减小，而乳房肿瘤切除术模型和皮瓣模型的胸大肌总力矩臂无差异。通过逆动力学预测的关节力矩与实验测量的肩部力矩（strength）相匹配，除了水平内收和抬高（乳房肿瘤切除术组）等部分姿势外，大部分预测值都在实验测量平均值的 1 个标准差（SD）范围内，这表明模型得到了有效验证。
- 诱导加速分析：通过诱导加速分析，研究人员发现不同模型和功能任务中，冈下肌（infraspinatus）、肩胛下肌（subscapularis）和三角肌前束（anterior deltoid）对双手加速度的贡献最大。在不同运动中，肱三头肌长头、外侧头、内侧头，肱二头肌长头和短头在垂直方向上对双手加速度贡献较大；胸大肌的胸骨部和肋部在部分运动中也有较大贡献。
在研究结论和讨论部分，该研究成功开发并验证了针对乳腺癌手术人群的计算模型。研究发现胸肌下植入物的放置会减小胸大肌的力矩臂，这可能是导致患者肩部力量和功能下降的原因之一。通过模型验证，大部分姿势下预测的肩部力矩与实验测量值相符，虽然存在一些差异，但这些模型仍可用于预测不同重建手术的功能结果。诱导加速分析明确了主要肌肉在功能性运动中的作用，这对于制定康复和强化计划具有重要意义。例如，针对这些主要贡献肌肉进行训练，有望提高肌肉力量和协调性，减少肩部功能障碍，降低长期活动能力损失。此外，研究结果还可用于优化手术方法，保护对上肢功能至关重要的肌肉，如胸大肌。
不过，该研究也存在一定的局限性。植入物模型仅代表了 405 cc 这一最常见的植入物尺寸，未来还需研究不同尺寸植入物对生物力学参数的影响；皮瓣模型基于 DIEP 组织瓣，其他自体组织的影响尚未考虑；模型也未直接体现化疗或放疗等其他癌症治疗对肌肉的影响。尽管如此，该研究成果依然为乳腺癌患者术后肩部功能的研究和临床实践提供了重要的参考，为进一步优化治疗和康复策略奠定了基础。
