假肢對線對下肢受力特性的影響

安裝假肢是患者恢復(fù)活動能力和外觀的主要康復(fù)手段。假肢的性能直接影響患者的康復(fù)水平。在小腿假肢制作及安裝過程中，需要通過工作臺對線、靜態(tài)對線和動態(tài)對線確定接受腔、腿管和假腳之間的相對位置關(guān)系。對線不僅影響假肢舒適性和安全性，而且和患者的站立姿勢、步態(tài)、能耗等都有著直接的關(guān)系。目前的對線方法主要是依靠技師的反復(fù)調(diào)整和患者反饋，不僅耗時，而且過于依賴技師的經(jīng)驗(yàn)。站立是人的一種主要活動狀態(tài)，膝關(guān)節(jié)和大轉(zhuǎn)子是下肢的重要活動關(guān)節(jié)，因此研究站立狀態(tài)下假肢對線對下肢的受力影響，是從生物力學(xué)角度尋找最優(yōu)對線的重要基礎(chǔ)。雖然國內(nèi)外有學(xué)者開展了一些初步研究，但是僅限于矢狀面踝關(guān)節(jié)角度調(diào)整對線。本文以小腿截肢患者為對象，采用激光測力平臺，對矢狀面與額狀面對線角度和膝關(guān)節(jié)受力特性之間的關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究。1對象和方法1.1地更新式材料假證一位25歲男性小腿截肢者自愿參與了本研究。該志愿者身高170cm，體重57kg,1999年由于車禍接受了小腿截肢手術(shù)，已有多年使用組件式小腿假肢的經(jīng)驗(yàn)。該患者身體健康，無其他神經(jīng)、骨骼、肌肉病史和殘肢并發(fā)癥。在本試驗(yàn)中，患者穿戴的假肢采用髕韌帶承重小腿假肢(patellar-tendenbearingprosthesis,PTB)接受腔和定踝腳，并分別與腿管通過適配器聯(lián)接。允許該適配器在矢狀面和額狀面單獨(dú)進(jìn)行角度調(diào)整。1.2重力線、殘側(cè)重線的測量自然站立狀態(tài)下的殘側(cè)承重線和身體重力線常用來評價患者的下肢受力狀況。本文試驗(yàn)系統(tǒng)如圖1所示(見前插7）。采用OTTOBOCK公司的“LasarPosture”激光測力平臺測量殘側(cè)承重線及重力線的位置，力線用激光線來表示。在測力平臺的四角安有四個力傳感器，由微處理系統(tǒng)計算出施加于力臺上力的大小和中心位置。由電子觸發(fā)器引導(dǎo)電機(jī)，將半導(dǎo)體激光鏡移動到壓力中心位置。激光鏡前的光學(xué)鏡頭將改激光轉(zhuǎn)化為激光線。當(dāng)兩只腳都站立于力臺上時，測量結(jié)果為重力線；只有殘側(cè)腳站在力臺上時測量的是殘側(cè)承重線。在患者的矢狀面內(nèi)選取踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、大轉(zhuǎn)子和肩峰為解剖學(xué)標(biāo)志點(diǎn)表示患者的站姿。試驗(yàn)中記錄患者靜態(tài)自然站立時的圖像信息，通過測量激光所示力線與標(biāo)志點(diǎn)之間的距離，研究殘側(cè)承重線和整體重力線相對于患者下肢各關(guān)節(jié)位置的變化規(guī)律。1.3對線角度的調(diào)整圖2所示為矢狀面和額狀面內(nèi)對線調(diào)整參數(shù)的定義。矢狀面內(nèi)以接受腔為參考位置，圖中虛線表示腿管和假腳的初始位置（對線角度為零），實(shí)線（點(diǎn)劃線）表示腿管和假腳相對其初始位置調(diào)整Φss和Φfs后的位置，從內(nèi)側(cè)觀腿管處伸膝為正，踝關(guān)節(jié)處背屈為正；額狀面內(nèi)同以接受腔為參考位置，虛線表示的是腿管和假腳的初始位置（對線角度為零），實(shí)線（點(diǎn)劃線）表示腿管和假腳相對其初始位置調(diào)整Ψsf和Ψff后的位置，從前側(cè)觀接受腔處內(nèi)收為正，踝關(guān)節(jié)處內(nèi)翻為正。試驗(yàn)之前，由經(jīng)驗(yàn)豐富的技師將假肢調(diào)整到最佳的對線位置。當(dāng)進(jìn)行矢狀面對線調(diào)整時，額狀面對線保持最佳設(shè)置。反之亦然。所有對線的角度調(diào)整范圍都是-6°—6°。每次調(diào)整后患者都進(jìn)行一段時間的適應(yīng)，確保安全。對于每次對線調(diào)整，患者按照要求依次完成雙足、殘側(cè)單足自然站立于激光測力平臺，并保持5s。每組試驗(yàn)重復(fù)2次，并間隔5min。2結(jié)果2.1將踝關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)組成變化的影響矢狀面內(nèi)對線調(diào)整對假肢側(cè)承重線的影響如圖3所示。圖3中縱軸表示的是各關(guān)節(jié)標(biāo)志點(diǎn)到假肢側(cè)承重線的水平距離l，承重線到踝關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、大轉(zhuǎn)子和肩峰的距離分別表示為la、lk、lt和ls，矢狀面內(nèi)，當(dāng)承重線位置位于標(biāo)志點(diǎn)后側(cè)時，距離為正值；額狀面內(nèi)，承重線位于標(biāo)志點(diǎn)外側(cè)時，距離為正值。由于在試驗(yàn)中采用了定踝腳結(jié)構(gòu)，因此，患者主要通過膝關(guān)節(jié)、大轉(zhuǎn)子以及肩峰調(diào)節(jié)自身站立姿勢來適應(yīng)新的對線情形。膝關(guān)節(jié)與大轉(zhuǎn)子是小腿截肢患者的重要關(guān)節(jié)，其受力狀況直接影響患者的康復(fù)水平及穿戴假肢的舒適性。圖3(a）表明，lk與lt隨著矢狀面內(nèi)的踝關(guān)節(jié)對線改變而變化。當(dāng)調(diào)整踝關(guān)節(jié)處適配器Φfs由-6°到6°變化，即假腳由跖屈變?yōu)楸城裙芴幍倪m配器處于初始位置時，lk與lt變大，lt的增幅小于lk的增幅，并且跖屈調(diào)整影響較背屈時小。腿管調(diào)整角度Φss的變化對假肢側(cè)承重線到標(biāo)志點(diǎn)的水平距離的影響如圖3(b)所示，可以看出，Φss的增加使得lk和lt增加，同樣lk的增幅比lt大，因?yàn)榛颊咴谡{(diào)節(jié)自身的站立姿勢時，主要通過膝關(guān)節(jié)來調(diào)節(jié)，其次是大轉(zhuǎn)子。ls受踝關(guān)節(jié)和腿管對線調(diào)整的影響很小，說明患者在適應(yīng)假肢對線角度變化時，主要通過下肢關(guān)節(jié)調(diào)整站立姿勢。由于患者殘肢相對于腿管較長，因此在改變腿管處對線時，腿管適配器Φss的改變對承重線的影響略小于踝關(guān)節(jié)適配器Φfs的影響。患者踝關(guān)節(jié)處的最佳對線位于跖屈位，因此矢狀面內(nèi)踝關(guān)節(jié)在跖屈時，患者有很強(qiáng)的區(qū)域適應(yīng)性，但對背屈對線角較敏感；而腿管對線影響則比較平均。圖3(c）表明了腿管與踝關(guān)節(jié)的對線調(diào)整之間相互影響。當(dāng)Φfs和Φss的角度互為相反數(shù)時，接受腔與腳底保持垂直，相當(dāng)于接受腔在矢狀面內(nèi)向Φfs變化方向進(jìn)行了一個平移，并且假肢的高度降低。承重線受此平移影響向單一方向變化，即lk、lt和ls都會變大。假肢側(cè)的對線使得假肢側(cè)高度比健側(cè)稍低，因此接受腔后移時患者為保持雙腳站立姿勢，會盡量用殘側(cè)的腳前部受力以確保站立姿勢的最大平衡裕量；接受腔前移時患者為避免殘側(cè)由于負(fù)重較大而引起壓迫疼痛，會使健側(cè)分擔(dān)更多的承重，這樣，同樣使殘側(cè)的腳前部受力以保持站立姿勢。測力平臺結(jié)果顯示殘側(cè)支撐體重的38%左右。可以看出，踝關(guān)節(jié)的對線調(diào)整決定了承重線的移動，腿管處的調(diào)節(jié)能使患者有一個更好的穿戴角度。2.2額狀面內(nèi)的對線從圖4可以看出，額狀面的對線對站立姿勢影響相對較小，尤其是腿管的對線影響。改變額狀面內(nèi)的對線使得患者健側(cè)與殘側(cè)的支撐力臂變化，進(jìn)而影響殘側(cè)與健側(cè)的承重。殘側(cè)承重的變化使得患者對站立姿勢進(jìn)行微調(diào)，因此殘側(cè)承重線會在一個小范圍內(nèi)波動。2.3平衡能力的測量維持站立平衡是人體下肢的一項重要功能。健康人主要靠小腿三頭肌來維持平衡，但對小腿截肢患者，小腿肌肉被部分或全部切除，因此，不能用正常人的平衡方式去維持站立平衡，而是依靠踝關(guān)節(jié)前方緩沖墊的高度和硬度來代償小腿三頭肌的功能。因此，研究小腿截肢患者的站立平衡對于假肢的設(shè)計及對線都有重要的意義。評價平衡能力的方法很多，本文采用矢狀面內(nèi)重力線相對于雙腳支撐區(qū)域的位置變化來衡量假肢對線對站立平衡的影響。圖5表明了矢狀面內(nèi)重力線隨矢狀面內(nèi)對線調(diào)節(jié)的變化情況。其中重力線的位置采用歸一化的算法，定義為重力線到腳跟的距離與腳長度的比值。可以看出，隨著踝關(guān)節(jié)角度Φfs的增加，重力線向前側(cè)移動，并且移動的距離與調(diào)節(jié)的角度約成正比例關(guān)系；但腿管處對線角Φss增大時，重力線后移。這是由于患者腿管的最佳對線設(shè)置接近于額狀面對線初始位，當(dāng)腿管處的對線調(diào)節(jié)引起患者站立時殘側(cè)疼痛時，患者為盡量降低能耗以及保持舒適的站姿，主要靠健側(cè)來保持站立平衡，這樣，在Φss逐漸增大時，重力線會向后移動，逐漸接近正常人的重力線位置；而踝關(guān)節(jié)處Φfs的增大時，腿管處適配器的初始對線位使患者穿戴假肢具有較好的舒適性，因此殘側(cè)能夠承受較大負(fù)重，重力線也隨之前移。3正確處理假證和外在生長方向之間的關(guān)系本研究以假肢側(cè)承重線和重力線作為評價指標(biāo)，研究了矢狀面和額狀面的對線對假肢側(cè)承重線和重力線的影響。結(jié)果表明：(1)矢狀面內(nèi)假肢承重線受矢狀面對線影響較大，患者主要通過調(diào)