下肢假肢步态试验机的设计

实验于2008-03在上海理工大学生物力学与康复工程研究所完成。基于仿生学原理,将人体下肢简化为刚体结构,关节简化为单轴结构,设计出一套下肢假肢步态试验装置。整个步态试验机装置系统由模拟腿、动力和传动装置及测控系统组成,主要部件有躯干、大腿、小腿、脚板和髋关节、膝关节、跑步机以及驱动部分。采集健康青年人常速行走的运动步态参数,以其关节角度数据作为输入信号,以步进电机作为动力驱动实现模拟腿的运动,达到正常人行走步态的模拟。结果显示,对模拟后的输出信号进行采集并与输入信号相比,最大相对误差为5.6%,在工程误差允许范围之内。提示下肢假肢步态试验机能基本模拟人的正常步态。     

不同压力弹力袜对青年女性穿高跟鞋步行时下肢关节负荷及肌肉疲劳的影响

目的:了解弹力袜压力对青年女性穿高跟鞋正常步行时下肢关节负荷与肌肉疲劳的影响。方法:选取10例健康青年女性,穿着高跟鞋在跑台行走30min。利用红外光点运动捕捉系统、测力台测量30min行走前后连续纵跳高度、步态的运动学数据,并计算步行时膝、踝关节的负荷。运用重复测量双因素方差分析法检验不同压力和疲劳前后对穿高跟鞋步行下肢关节运动和关节负荷的影响。结果:不同压力弹力袜对穿高跟鞋步行时膝关节角度有显著影响(屈曲P=0.024、内收P=0.033、外展P=0.025、内旋P=0.027、外旋P=0.014),穿弹力袜行走时膝踝关节关节负荷有显著增加(膝P0.001、踝P=0.041),而疲劳前后纵跳高度差明显减小(P=0.018);但弹力袜压力大小对关节负荷和纵跳高度差影响不显著。结论:合适的(中低压力)弹力袜可以减轻穿高跟鞋导致的膝关节角度的过度变化,压力的施加会增大穿高跟鞋步行时膝踝关节负荷。一定压力(中级压力)的弹力袜可以延缓穿高跟鞋步行后的疲劳程度。弹力袜可以减轻疲劳对步态的不良影响,缓解穿高跟鞋步行疲劳时膝关节角度的过度改变,减缓疲劳后膝踝关节负荷的增大。     

弹力绷带膝踝联合捆扎改善脑卒中患者步态及日常生活活动能力的疗效观察

目的:观察应用弹力绷带进行膝踝关节联合捆扎治疗对改善脑卒中患者步态及日常生活活动能力的临床疗效。方法:40例脑卒中患者随机分为试验组和对照组,两组患者均接受脑卒中后常规康复治疗,试验组患者在常规康复治疗中的站立、迈步、行走等训练时应用弹力绷带对患侧膝、踝关节进行同步捆扎,保持膝关节微屈、踝关节背屈。在治疗前及治疗8周后进行三维步态分析、患侧下肢Fugl-Meyer运动功能评定(FMA-L)及改良Barthel指数(MBI)评分,试验组患者在首次应用弹力绷带捆扎前后各做1次三维步态分析。结果:试验组患者在首次应用弹力绷带捆扎后三维步态分析显示其患侧步长、步速及支撑相髋、膝、踝各关节力矩峰值各项分值较捆扎前有显著改善(P0.05);治疗8周后试验组患者下肢FMA-L、MBI评分及三维步态数据较对照组有显著改善(P0.05)。结论:应用弹力绷带进行膝踝关节联合捆扎可显著提高卒中后偏瘫患者的异常步态及日常生活活动能力。     

全膝关节置换前后的三维步态分析

目的:通过三维步态分析的生物力学方法对全膝关节置换患者进行步态分析.方法:选择2005-11-2006-11大连大学附属中山医院全膝关节置换患者53例,年龄42～82岁,平均59.2岁.男33例,平均身高(172±13)cm,体质量(64±11)kg;女20例,平均身高(155±11)cm, 体质量(45±11) kg.术前和术后1,6,12个月应用东方新锐DVMC-8801 三维运动分析系统进行步态分析, 每次测量要求至少有3个步长长度,步速恒定.将髋、膝、踝关节共设置16个点, 并连接成面,建成三维动态图像.结果: 置换后行走速度、步频、步长及患肢站立相均有明显改善(P<0.01),置换后1年步态分析各参数基本达到正常水平.置换前骨髋关节最大曲度为15.,后伸为8.,膝关节最大屈曲度70.,踝关节最大屈曲度15..置换后6个月髋关节最大屈曲度为27.,后伸17.,膝关节最大屈曲度50.,踝关节最大屈曲度14.;各指标与置换前相比差异有显著性(P<0.01). 结论:运用三维步态分析对行全膝置换的患者进行功能量化评价,可以更准确的了解膝关节的生物力学变化,进而探索最佳的治疗手段和置换后的康复方法.     

健康人群及关节疾病患者步态分析中时间-距离、力学及运动学和动态肌电参数的变化

背景: 步态分析可将矫形外科检查和康复治疗中沿用已久的定性分析和直观描述转换为客观、精确的定量评定。目的: 观测健康人群和患有脊柱及髋、膝、踝关节疾病患者步态分析中的时间- 距离参数、运动学参数、力学参数和动态肌电参数。设计: 对比观察, 对照实验。对象: 选择 2004- 12/2005- 07 上海交通大学附属第六人民医院康复医学科手术和康复治疗的 112 例患有脊柱及髋、膝、踝关节疾病手术或非手术治疗的患者。男性 42 例, 年龄(46±2) 岁; 女性 70 例, 年龄(41±4)岁。其中颈椎病患者 21 例, 腰椎间盘突出症及腰椎管狭窄症 26 例, 髋关节( 包括全髋关节置换术) 、膝关节( 包括前十字韧带重建术、全膝关节置换术) 、踝关节( 包括马蹄内翻足) 疾病分别 12, 34, 19 例。同期选择 40名健康志愿者( 均为上海交通大学附属第六人民医院员工) 为对照组, 年龄 20￣40 岁。纳入对象均对观测指标知情同意。方法: 应用三维步态分析系统( 英国 VICON 公司制, V- 612) 对 40 名健康志愿者和 112 例患有脊柱及髋、膝、踝关节疾病患者进行步态分析。主要观察指标: 受试者行走中的时间- 距离参数( 步长、步速、步频) 、下肢各关节运动学参数( 髋、膝、踝关节冠状轴角度) 、下肢各关节生物力学参数( 髋、膝、踝关节应力垂直轴分力) 及动态肌电参数( 股外侧肌表面肌电信号) 的变化。结果: 健康者 40 名和脊柱及下肢各关节疾病患者 112 例均进入结果分析。①时间- 距离参数: 脊柱疾病、髋关节疾病、膝关节疾病、踝关节疾病患者步频、步长、步速均明显低于 / 慢于对照组(P < 0.05￣0.01) 。②下肢各关节运动学参数及生物力学参数: 左侧前十字韧带重建术后 1 年患者支撑相初期左膝伸膝较右膝下降 9°, 支撑相初期左膝关节应力较右膝关节明显下降; 左侧全髋关节成形术术后 1 年患者支撑相初期左髋屈髋较右髋下降 8.5°, 支撑相末期伸髋下降 3°,支撑相左髋关节应力较右髋关节应力明显下降; 左足马蹄内翻患者支撑相初期左踝背屈较右踝下降12°, 支撑相末期跖屈下降 5°, 支撑相左踝关节应力较右踝关节明显下降。健康人群双侧膝关节活动度及膝关节应力垂直轴分力差异不明显。③动态肌电参数: 左侧全膝置换术后 1 年左侧股外侧肌表面肌电信号较右侧明显减弱。结论: 三维步态分析对矫形外科疾病手术方案制定及术后疗效评价、康复疗效评价及康复治疗方案制定提供切实可行的依据。     

步态模式对人体髋膝踝关节运动协调关系的影响

摘要 目的：分析不同步态模式下髋膝踝关节的运动协调关系,为下肢智能假肢和助行外骨骼控制系统的运动规划提供依据。 方法：利用红外光点运动捕捉系统,采集10名20—35岁健康青年志愿者进行平地行走、上楼梯和下楼梯三种步态的运动轨迹,采用运动循环图对髋膝踝关节运动角度参数进行统计分析。 结果：不同步态模式的髋膝踝关节运动循环图存在显著的差异。 结论：步态模式对髋膝踝关节的运动协调关系有显著影响,下肢假肢和外骨骼可以借鉴相应的运动协调模式降低机械结构和控制系统的复杂性。     

主动型仿生踝关节假肢的设计

背景:与髋、膝关节假肢设计相对比较成熟的技术相比,踝关节作为人体下肢关节的重要组成部分,也是最为灵活的部分,一直以来研究都比较滞后,相关的假肢踝关节产品未能很好的满足假肢患者的需求.目的:从生物力学、解剖学和生理学角度出发,设计和研制出能在矢状面内做屈伸运动的主动型仿生踝关节假肢装置.方法:根据仿生学原理和人体踝关节在步态行走时的受力特点和生理功能,建立二自由度的主动型仿生踝关节的力学模型,设计假肢踝关节的机械结构与控制系统,其主要部件包括仿生踝关节系统、辅助装置、数据控制系统和数据采集系统.结果与结论:利用研制出的踝关节装置进行系统测试,使用正常人行走时的踝关节角度数据作为输入信号,以步进电机作为动力驱动实现模拟踝关节的运动,通过数据采集系统获得输出的角度数据.测试结果表明仿生踝关节能够跟随输入角度数据运动,实现了仿生踝关节跟随运动的预期目标.     

人体跖践关节弯曲对行走步态特征的影响

目的：研究人体跖趾关节弯曲对步态特征的影响,在该关节运动受约束后,其它关节的补偿方式。方法：5个健康男性志愿者参加了实验,分别就正常情况和跖趾关节运动受到约束时的自然步态特征从实验的角度进行了研究。结果：在跖趾关节运动受到约束后,人体其它关节角位移峰-峰值和角速度峰-峰值均有明显变化。结论：为实现由于跖趾关节受到约束后的协调行走,人体其它关节会有相应的补偿运动,而且是通过多关节的协调运动来进行的。但各关节对协调运动的贡献大小是不同的。通过实验可知,运动补偿主要发生在踝关节和膝关节,同时上躯干也加入到补偿之中。由于多关节协调运动补偿,人体在跖趾关节运动受到约束后,其自然行走步态的平均步速和步长可达到正常情况的94.8%和95.5%。     

穿戴式下肢外骨骼助行机器人系统研究

目的提出一种新型轻量化穿戴式下肢外骨骼助行机器人系统,探究其辅助步态紊乱者和T4脊髓节段以下损伤的截瘫患者(排除双下肢肌痉挛和明显疼痛者)实现行走及姿态变换康复训练的可行性。方法设计髋关节双电机主动驱动,膝关节被动四连杆模拟人体运动瞬心变化的主被动混合式可穿戴下肢外骨骼助行机器人结构,基于模块化设计思想,提出以STM32F767IGT6及外围电路为主控制器,包含姿态采集、电源和拐杖模块的控制系统。以正常人穿戴该外骨骼机器人进行平地、斜坡及姿态变换实验,分析运动过程中髋、膝、踝关节角度,并对比正常人穿戴和未穿戴该机器人股外侧肌和股内侧肌的肌电信号。结果穿戴者可实现仅基于该外骨骼机器人系统辅助的坐下-站立姿态变换以及平地/斜坡行走,且髋、膝、踝关节角度与正常人行走变化趋势基本一致,穿戴该机器人相比未穿戴行走时,股外侧肌和股内侧肌肌电信号均降低。结论该主被动混合式可穿戴下肢外骨骼助行机器人在仅髋关节两个电机驱动下,依然可实现行走及姿态变换的康复训练,验证了髋关节双电机主动驱动、膝关节被动四连杆结构的下肢外骨骼助行机器人系统帮助截瘫患者和步态紊乱者行走康复的可行性。     

行走和跑步两种步态模式的实验分析

目的 :分析行走和跑步运动两种模式下人体步态的特征。方法及结果 :使用自行研制的三维运动检测分析系统对 5名健康男性在跑步机上进行了不同速率下行走和跑步 2种步态模式的比较实验。结论 :行走和跑步两种步态模式的参数具有明显差异 ,步速对步态参数的影响要小于步态模式的影响。     

矫形器在骨科康复中的应用

目的探讨矫形器在骨关节损伤与疾病康复中的应用。方法对1992～2006年本院骨科应用各类矫形器辅助治疗的420例患者的临床资料进行回顾性分析。结果所有应用矫形器辅助处理的患者均获得了预期效果，对疗效比较满意。结论矫形器是骨与关节功能康复治疗的重要方法之一。     

外固定支架能否成为治疗肱骨干骨折的理想选择？

背景：肱骨干骨折的治疗存在很多争议,桡神经损伤和骨折不愈合的发生率还很高,如何治疗复杂的肱骨干骨折是医生头痛的问题. 目的：综合分析外固定支架治疗肱骨干骨折的可靠性. 方法：利用外固定支架治疗肱骨干骨折患者10例.骨折均为外伤导致的闭合骨折,按AO分型：A型2例,B型骨折3例,C型骨折5例.采用麻醉下闭合复位或骨折端小切口复位,单纯外固定支架固定.治疗后1,4,8,12,20,24周和1年拍肱骨正侧位X射线片,观察骨折对位及骨折愈合情况,采用Constant评分及Mayo评分评估肩、肘关节功能. 结果与结论：随访12个月10例患者骨折均骨性愈合,愈合时间为外固定支架治疗后12-24周,平均16.1周愈合.1例出现桡神经损伤症状,于治疗后12周神经功能完全恢复.患者肩关节Constant评分平均为77.3分;肘关节功能恢复良好,Mayo评分平均为81.8分.结果证实,外固定支架治疗各型肱骨干骨折能取得较好的治疗效果.     

肘关节骨折的三维影像重建

背景:肘关节的结构和功能复杂,对调节上肢的活动具有重要的作用.目的:评价不同影像学方法评价肘关节骨折的诊断作用. 方法:分析肱骨内外髁骨折、肱骨髁上和髁间骨折、桡骨小头骨折和尺骨冠突骨折以及周围韧带、肌腱等软组织损伤的 X 射线影像评价、CT 影像评价以及 MRI 影像评价的诊断作用,重点分析肘关节创伤常见的“恐怖三联征”的影像学评价. 结果与结论:X 射线可以清晰显示肘关节骨折的骨折线以及骨折断端移位情况,还能够显示肘后三角的位置关系.CT 扫描对骨折的检测效果优于 X 射线,不仅能够显示无移位骨折、微小移位骨折以及关节腔内的微小骨折碎片,还能显示骨折的部位、范围、数目、大小、移位情况、粉碎情况等.MRI 主要用于评价肘关节骨折时周围软组织的损伤.     

牵引夹板治疗骨折时橡皮筋拉伸和应力松弛测试*

背景:单纯石膏外固定治疗桡骨远端粉碎性骨折难以实现良好复位和固定,近年来以牵引式夹板治疗的效果较好. 目的:运用生物力学的研究方法,对比分析牵引式夹板治疗桡骨远端粉碎性骨折时橡皮筋拉伸及应力松弛与效果的关系. 方法:236例桡骨远端粉碎性骨折患者按治疗方法分为治疗组和对照组,治疗组实行牵引式夹板治疗,对照组实行单纯手法整复夹板外固定.治疗后定期拍摄 X 射线片观察骨折愈合情况,腕关节功能采用Dienst 评估标准进行评定.采用 Instron 电子万能材料试验机3367对牵引的橡皮筋进行橡皮筋拉伸和应力松弛实验,测试橡皮筋的最大应力. 结果与结论:按意向性处理分析,全部进入结果分析.患者随访均超过5个月,最长随访13个月.Dienst功能评估:治疗组优68例,良42例,优良率93.2%,对照组优良率52.6%,治疗组优良率显著高于对照组.证实采用牵引式夹板治疗桡骨远端粉骨折,操作简单方便,临床疗效可靠.橡皮筋拉伸和应力松弛实验结果显示,橡皮筋的最大应力为46.97 N,最终应力保持在20.60 N,能够达到桡骨远端粉骨折复位治疗的牵引作用.     

甲型血友病合并骨关节损伤的手术治疗

目的：探讨甲型血友病合并骨关节损伤的治疗方法。方法：回顾分析我院1980．1～2003．1收治的5例合并骨关节损伤的甲型血友病患者的术前及术中、术后的治疗，并随访平均11个月。结果：本组5例甲型血友病患者，轻型2例，中型2例，重型1例，均获骨性愈合。术中、术后无血肿、感染、内固定松动及断裂等并发症发生：结论：经术前、术中和术后的充分准备治疗，合并血友病的骨关节损伤患者，可以通过手术治疗，获得良好骨愈合。     

陶瓷对陶瓷全髋关节置换后的异响问题

背景：陶瓷对陶瓷界面的人工髋关节假体置换手术目前在临床上广泛开展,但是越来越多的报道显示全陶关节置换术后有些患者会出现髋关节异响,影响患者的手术满意度,严重者甚至患者的生活质量. 目的：综述目前国内外对髋关节异响问题的研究现状,阐明髋关节置换后异响的发生率和危险因素,探究髋关节异响产生的机制和临床防治路径. 方法：由第一作者检索1972年1月至2012年12月PubMed数据库,在标题和摘要中以“total hip arthroplasy,hip squeaking,hip noise”为主题词进行检索有关髋关节异响危险因素及形成原因和机制等方面的相关文献. 结果与结论：异响声在陶瓷对陶瓷界面中和金属对金属界面中都会发生,发生率报道不一.引起全髋关节置换后异响声的原因包括患者因素、手术因素和假体因素,它们间互为因果,相互影响.目前的研究认为异响产生的机制包括边缘负荷,斑纹磨损,假体撞击,第三体颗粒和润滑缺失等.髋关节置换后异响是多因素作用下产生的界面异常摩擦,从而造成假体振动产生异响.大多数患者只需临床随访,少部分患者需要手术干预.     

髋臼几何参数的CT测量

背景：近年来尽管对髋臼形态特征的研究已经取得了一些成果,但由于髋臼结构和位置的特殊性,有关髋臼表面形态的定量描述至今尚未统一,这势必会影响髋关节病变诊断和治疗的准确性。目的：探讨髋臼几何参数的CT测量方法。方法：选取70例髋关节CT受检者,其中正常成人50例（两侧共100个髋关节）,单侧先天性髋关节脱位患儿20例。对所有受检者髋关节CT图像进行冠状面重建和三维重建,比较正常成人髋臼上外倾角冠状位和三维测值,比较先天性髋关节脱位组患侧与正常侧髋臼上外倾角。选择配伍组设计方差分析,分别比较扫描床面为参照面和以身体冠状面为参照面测量左右侧髋臼后外展角、前髋臼指数及后髋臼指数。结果与结论：髋臼上外倾角在冠状位测值为（39．99±6．1）°,在三维图像上测值为（40．13±5．80）°,2者比较,差异无显著性意义（P〉0．05）°先天性髋关节脱位患儿双侧上外倾角在冠状面的测量值,正常侧为（48．95±3．80）°,脱位侧为（63．56±6．35）°,二者之间差异有非常显著性意义（P〈0．01）。以扫描床面为参照面测量正常髋臼后倾角、前髋臼指数、后髋臼指数左右侧比较,差异有非常显著性意义（P〈0．01）;以身体冠状面为参照面测量髋臼后倾角、前髋臼指数、后髋臼指数左右侧比较,差异无显著性意义（P〉0．05）。提示以冠状面为参照平面测量双侧后外展角和前、后髋臼指数准确可靠,可客观反映髋臼情况,为髋关节区病变的诊断和治疗提供确切的量化指标。     

弹性髓内钉治疗儿童股骨干骨折钢板固定失效病例

背景：弹性髓内钉固定通过三点支撑使骨折实现弹力固定,适用于儿童横形和短斜形四肢长管状骨折。文章针对儿童股骨干骨折钢板失效病例,探讨采用弹性钉技术治疗的优势所在。目的：观察儿童股骨干骨折钢板固定失效后进行弹性髓内钉技术治疗的临床效果及预后分析。方法：回顾性分析甘肃省中医院小儿骨科自2008年3月至2012年8月收治的21例儿童股骨干骨折行钢板固定后出现断裂及失效患者,术中均在原切口处取出断裂钢板,断端清理后,自股骨远端髌上1．0—2．ocm处内外侧逆行经皮穿入弹性钉固定骨折。术后3—6个月根据影像学资料评估愈合情况取出弹性钉,按照2001年Flynn骨折愈合评判标准进行疗效分析。结果与结论：21例均获得随访,平均随访10个月。优19例,良2例,差0例,骨折愈合优良率100％。随访10个月,2例患侧肢体过度生长,不等长〈1．0cm,1年内下肢不等长消失,3例为膝关节活动受限30°—50°,经功能练习1年后,2例膝关节活动受限〈15°,1例膝关节活动受限〉30°,无弹性钉断裂和骨不连现象发生。与切开复位治疗相比,弹性髓内针固定后骨折临床愈合恢复快,并发症少,是儿童股骨骨折内固定治疗的有效方法。     

可吸收材料在骨折内固定中的临床应用

背景：骨折治疗时选择合适的内固定物相当重要,否则极易导致治疗失败。临床上治疗骨折的内固定物以金属材料为主,在人体内易出现腐蚀和应力遮挡引起皮质骨疏松;另外骨折愈合后需二次手术拆除,可致再次骨折。目的：分析可吸收材料的生物特性及治疗骨折的适应症,并比较可吸收材料在骨折内固定中的特点。方法：收集不同可吸收材料治疗骨折的相关文献,找出治疗对象相似、疗效评价标准相同的病例进行分析。结果与结论：采用可吸收材料治疗骨折具有显著优越性,可吸收材料不需要二次手术取出,对关节周围组织及关节本身损伤小,组织相容性好,并发症少,是骨折内固定治疗的发展方向之一。     

酶联免疫斑点试验在骨关节结核诊断中的价值

目的研究酶联免疫斑点试验（ELISPOT）在骨关节结核临床诊断中的应用价值。方法对54例骨关节病患者进行ELISPOT试验,并进行斑点阅读与统计,判定骨关节结核阳性结果。结果54例患者中20例经手术病理诊断明确为骨关节结核,ELISPOT A抗原试验灵敏度80.00%,特异度91.18%,正确率87.04%,Kappa值0.72。 ELISPOT B抗原试验灵敏度80.00%,特异度97.06%,正确率90.74%,Kappa值0.80。A抗原ROC曲线下面积0.99,B抗原曲线下面积0.87,最佳临界值均为4.5。结论 ELISPOT是一种具有较高敏感性和特异性的检测结核感染的技术,可用于骨结核的辅助诊断。