假肢对线对下肢受力特性的影响

假肢对线对下肢受力特性的影响

安装假肢是患者恢复活动能力和外观的主要康复手段。假肢的性能直接影响患者的康复水平。在小腿假肢制作及安装过程中，需要通过工作台对线、静态对线和动态对线确定接受腔、腿管和假脚之间的相对位置关系。对线不仅影响假肢舒适性和安全性，而且和患者的站立姿势、步态、能耗等都有着直接的关系。目前的对线方法主要是依靠技师的反复调整和患者反馈，不仅耗时，而且过于依赖技师的经验。站立是人的一种主要活动状态，膝关节和大转子是下肢的重要活动关节，因此研究站立状态下假肢对线对下肢的受力影响，是从生物力学角度寻找最优对线的重要基础。虽然国内外有学者开展了一些初步研究，但是仅限于矢状面踝关节角度调整对线。本文以小腿截肢患者为对象，采用激光测力平台，对矢状面与额状面对线角度和膝关节受力特性之间的关系进行了系统的试验研究。1对象和方法1.1地更新式材料假证一位25岁男性小腿截肢者自愿参与了本研究。该志愿者身高170cm，体重57kg,1999年由于车祸接受了小腿截肢手术，已有多年使用组件式小腿假肢的经验。该患者身体健康，无其他神经、骨骼、肌肉病史和残肢并发症。在本试验中，患者穿戴的假肢采用髌韧带承重小腿假肢(patellar-tendenbearingprosthesis,PTB)接受腔和定踝脚，并分别与腿管通过适配器联接。允许该适配器在矢状面和额状面单独进行角度调整。1.2重力线、残侧重线的测量自然站立状态下的残侧承重线和身体重力线常用来评价患者的下肢受力状况。本文试验系统如图1所示(见前插7）。采用OTTOBOCK公司的“LasarPosture”激光测力平台测量残侧承重线及重力线的位置，力线用激光线来表示。在测力平台的四角安有四个力传感器，由微处理系统计算出施加于力台上力的大小和中心位置。由电子触发器引导电机，将半导体激光镜移动到压力中心位置。激光镜前的光学镜头将改激光转化为激光线。当两只脚都站立于力台上时，测量结果为重力线；只有残侧脚站在力台上时测量的是残侧承重线。在患者的矢状面内选取踝关节、膝关节、大转子和肩峰为解剖学标志点表示患者的站姿。试验中记录患者静态自然站立时的图像信息，通过测量激光所示力线与标志点之间的距离，研究残侧承重线和整体重力线相对于患者下肢各关节位置的变化规律。1.3对线角度的调整图2所示为矢状面和额状面内对线调整参数的定义。矢状面内以接受腔为参考位置，图中虚线表示腿管和假脚的初始位置（对线角度为零），实线（点划线）表示腿管和假脚相对其初始位置调整Φss和Φfs后的位置，从内侧观腿管处伸膝为正，踝关节处背屈为正；额状面内同以接受腔为参考位置，虚线表示的是腿管和假脚的初始位置（对线角度为零），实线（点划线）表示腿管和假脚相对其初始位置调整Ψsf和Ψff后的位置，从前侧观接受腔处内收为正，踝关节处内翻为正。试验之前，由经验丰富的技师将假肢调整到最佳的对线位置。当进行矢状面对线调整时，额状面对线保持最佳设置。反之亦然。所有对线的角度调整范围都是-6°—6°。每次调整后患者都进行一段时间的适应，确保安全。对于每次对线调整，患者按照要求依次完成双足、残侧单足自然站立于激光测力平台，并保持5s。每组试验重复2次，并间隔5min。2结果2.1将踝关节和肘关节组成变化的影响矢状面内对线调整对假肢侧承重线的影响如图3所示。图3中纵轴表示的是各关节标志点到假肢侧承重线的水平距离l，承重线到踝关节、膝关节、大转子和肩峰的距离分别表示为la、lk、lt和ls，矢状面内，当承重线位置位于标志点后侧时，距离为正值；额状面内，承重线位于标志点外侧时，距离为正值。由于在试验中采用了定踝脚结构，因此，患者主要通过膝关节、大转子以及肩峰调节自身站立姿势来适应新的对线情形。膝关节与大转子是小腿截肢患者的重要关节，其受力状况直接影响患者的康复水平及穿戴假肢的舒适性。图3(a）表明，lk与lt随着矢状面内的踝关节对线改变而变化。当调整踝关节处适配器Φfs由-6°到6°变化，即假脚由跖屈变为背屈，而腿管处的适配器处于初始位置时，lk与lt变大，lt的增幅小于lk的增幅，并且跖屈调整影响较背屈时小。腿管调整角度Φss的变化对假肢侧承重线到标志点的水平距离的影响如图3(b)所示，可以看出，Φss的增加使得lk和lt增加，同样lk的增幅比lt大，因为患者在调节自身的站立姿势时，主要通过膝关节来调节，其次是大转子。ls受踝关节和腿管对线调整的影响很小，说明患者在适应假肢对线角度变化时，主要通过下肢关节调整站立姿势。由于患者残肢相对于腿管较长，因此在改变腿管处对线时，腿管适配器Φss的改变对承重线的影响略小于踝关节适配器Φfs的影响。患者踝关节处的最佳对线位于跖屈位，因此矢状面内踝关节在跖屈时，患者有很强的区域适应性，但对背屈对线角较敏感；而腿管对线影响则比较平均。图3(c）表明了腿管与踝关节的对线调整之间相互影响。当Φfs和Φss的角度互为相反数时，接受腔与脚底保持垂直，相当于接受腔在矢状面内向Φfs变化方向进行了一个平移，并且假肢的高度降低。承重线受此平移影响向单一方向变化，即lk、lt和ls都会变大。假肢侧的对线使得假肢侧高度比健侧稍低，因此接受腔后移时患者为保持双脚站立姿势，会尽量用残侧的脚前部受力以确保站立姿势的最大平衡裕量；接受腔前移时患者为避免残侧由于负重较大而引起压迫疼痛，会使健侧分担更多的承重，这样，同样使残侧的脚前部受力以保持站立姿势。测力平台结果显示残侧支撑体重的38%左右。可以看出，踝关节的对线调整决定了承重线的移动，腿管处的调节能使患者有一个更好的穿戴角度。2.2额状面内的对线从图4可以看出，额状面的对线对站立姿势影响相对较小，尤其是腿管的对线影响。改变额状面内的对线使得患者健侧与残侧的支撑力臂变化，进而影响残侧与健侧的承重。残侧承重的变化使得患者对站立姿势进行微调，因此残侧承重线会在一个小范围内波动。2.3平衡能力的测量维持站立平衡是人体下肢的一项重要功能。健康人主要靠小腿三头肌来维持平衡，但对小腿截肢患者，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维持站立平衡，而是依靠踝关节前方缓冲垫的高度和硬度来代偿小腿三头肌的功能。因此，研究小腿截肢患者的站立平衡对于假肢的设计及对线都有重要的意义。评价平衡能力的方法很多，本文采用矢状面内重力线相对于双脚支撑区域的位置变化来衡量假肢对线对站立平衡的影响。图5表明了矢状面内重力线随矢状面内对线调节的变化情况。其中重力线的位置采用归一化的算法，定义为重力线到脚跟的距离与脚长度的比值。可以看出，随着踝关节角度Φfs的增加，重力线向前侧移动，并且移动的距离与调节的角度约成正比例关系；但腿管处对线角Φss增大时，重力线后移。这是由于患者腿管的最佳对线设置接近于额状面对线初始位，当腿管处的对线调节引起患者站立时残侧疼痛时，患者为尽量降低能耗以及保持舒适的站姿，主要靠健侧来保持站立平衡，这样，在Φss逐渐增大时，重力线会向后移动，逐渐接近正常人的重力线位置；而踝关节处Φfs的增大时，腿管处适配器的初始对线位使患者穿戴假肢具有较好的舒适性，因此残侧能够承受较大负重，重力线也随之前移。3正确处理假证和外在生长方向之间的关系本研究以假肢侧承重线和重力线作为评价指标，研究了矢状面和额状面的对线对假肢侧承重线和重力线的影响。结果表明：(1)矢状面内假肢承重线受矢状面对线影响较大，患者主要通过调