魏晨婧,曹學(xué)軍,,宋佳佳,王林

小腿殘肢負重壓力取型系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

魏晨婧1,曹學(xué)軍1,2,宋佳佳2,王林2

目的設(shè)計小腿殘肢負重壓力取型系統(tǒng)實現(xiàn)全面承重的小腿假肢在取型中合理分配殘肢末端的承重量。方法設(shè)計制作小腿假肢接受腔負重壓力取型系統(tǒng)。6例患者均穿戴該方法制作的接受腔和傳統(tǒng)手法取型制作的髕韌帶承重接受腔,對比接受腔界面壓力,評價取型效果。結(jié)果與髕韌帶承重接受腔相比,使用本系統(tǒng)制作的接受腔承重更加均勻,在取型時就能完成對殘肢的壓縮和對殘端壓力的控制。結(jié)論負重壓力取型技術(shù)可以制作全面負重的小腿假肢,提高接受腔適配性。

小腿假肢;接受腔;全面承重;壓力取型

接受腔是患者殘肢和假肢的接觸界面,它能將殘肢收納其中,承擔(dān)體重,并將殘肢運動有效地傳遞給假肢,其設(shè)計的合理性直接影響假肢的舒適性和步行能力。在國內(nèi),廣泛使用的是以髕韌帶承重為主的傳統(tǒng)小腿接受腔。這種設(shè)計由于殘肢負重不均,容易導(dǎo)致殘肢紅腫、破潰等問題。國外在20世紀80年代末就開始使用全面負重的小腿假肢接受腔來解決傳統(tǒng)小腿假肢接受腔的適配問題[1]。全面負重的接受腔有許多優(yōu)點,接受腔與殘肢接觸緊密,殘肢受力均勻,減少了“活塞”現(xiàn)象[2]。然而在假肢制作技術(shù)上,僅依靠手法取型想得到全面均勻的負重很困難,需要技師豐富的經(jīng)驗。另一方面給殘端承重有利于殘肢的血運、防止脫鈣等作用[3],但是對于殘端承重的多少,仍需要反復(fù)的摸索。鑒于以上問題,本課題結(jié)合國內(nèi)外多種取型方法的優(yōu)點[4-7]設(shè)計并制作出小腿殘肢負重壓力取型系統(tǒng),利用該系統(tǒng)可以達到接受腔全面負重和殘端適度承重的調(diào)節(jié)要求。對此種接受腔的承重和容積變化做定量分析,增加取形過程的標準化和可重復(fù)性,為接受腔制作提供理論依據(jù),指導(dǎo)臨床實踐。

1 小腿假肢接受腔承重原理

與其他部位截肢相比,小腿截肢的解剖結(jié)構(gòu)比較特殊,由于脛骨與腓骨表面骨突起多而尖銳,殘肢末端面積較小,小腿殘肢負重顯得相對困難,所以承重問題一直是小腿假肢接受腔設(shè)計的核心。小腿的不同部位對于壓力的耐受性不同:髕韌帶、脛骨嵴兩側(cè)、腘窩等部位能承受較多的壓力;脛骨嵴、腓骨小頭、殘肢末端等部位則對于壓力比較敏感。由這個特點發(fā)展出以髕韌帶為主要承重部位的接受腔(Patellar Tendon Bearing,PTB),釋放壓力敏感部位,壓縮耐壓部位。全面負重小腿假肢(Total Surface Bearing,TSB)的理念與PTB接受腔不同,它把體重更加平均地分布于整個殘肢,減少由于局部壓力過大帶來的皮膚潰破等問題[8]。

2 負重壓力取型系統(tǒng)的原理及構(gòu)成

2.1 設(shè)計原理 對于小腿假肢接受腔,理想的承重是對殘肢容積進行科學(xué)合理的壓縮,達到殘肢全面負重。帕斯卡流體力學(xué)法則[9]表明,密閉容器中的靜止氣體壓力,將均勻地分布在容器表面。所以負重壓力取型系統(tǒng)設(shè)計6個氣囊用于均勻壓力;通過調(diào)節(jié)氣囊中壓力的大小,分別控制對殘肢容積的壓縮;為保證全面的接觸,利用細小的填充粒子包裹殘肢,傳遞壓力。同時,在殘肢末端處加入壓力傳感器,取型時可以直觀地控制殘肢末端的負重。在自然站立姿勢下進行系統(tǒng)取型,并通過患側(cè)單腿站立模式進行殘肢壓力值的主觀檢驗與微調(diào),以保證接受腔適配性的良好。

2.2 系統(tǒng)的構(gòu)成 該取型系統(tǒng)由乳膠彈性氣囊,一個連接有假腳和連接管的樹脂硬腔及填充粒子(直徑0.5～1 mm的粒子)構(gòu)成。其中,2個環(huán)形氣囊固定在硬腔的髕韌帶位置及小腿肚的位置;3個氣囊相通,分別固定在脛骨嵴兩側(cè)及腘窩的位置。1個圓形氣囊置于硬腔底部,殘肢末端的位置。每個氣囊都有2個氣口,一個連接氣泵控制氣囊的壓力大小,一個連接壓力表。在氣囊和殘肢間填充粒子保證全面接觸,一個氣口與粒子部分相連,接入真空泵可抽出粒子間的空氣,使粒子固化。取型時還需要壓力傳感器(Tekscan壓力傳感測試系統(tǒng)),手工氣泵,真空泵,壓力表(0～100 kPa)、乳膠殘肢套及2個體重秤。

圖1 負重壓力取型系統(tǒng)的構(gòu)造

2.3 取型方法 預(yù)取型試驗步驟:①在患者殘肢末端放入壓力傳感片,測試殘端負重能力;②患者穿上乳膠殘肢套,將殘肢插入粒子中,翻轉(zhuǎn)乳膠套密閉系統(tǒng);③調(diào)整接受腔與連接管及假腳的力線,使患者可以正常站立;④真空泵開至-5 kPa抽走粒子中部分空氣,用氣泵對氣囊充氣,調(diào)節(jié)對殘肢壓力達到設(shè)定要求;真空泵開至-80 kPa,將粒子中剩余氣體抽走,使粒子固化;⑤對氣囊中的壓力進行微調(diào),直到患者滿意。記錄氣囊中壓力值。

對于殘端承重的設(shè)定需要結(jié)合患者自身的負重能力以及Rogers-Wilson's曲線。Rogers-Wilson's曲線顯示出壓力與時間的關(guān)系,表明60 kPa的持續(xù)壓力會帶來皮膚的破損[10]。所以具體設(shè)定如下:①殘端負重能力＞60 kPa:預(yù)取型時殘端壓力(正常站立時)需不大于60 kPa;②殘端負重能力＜60 kPa:預(yù)取型時殘端壓力(正常站立時)需不大于殘端負重能力;③體重可完全偏于患側(cè),且患側(cè)全負重時,殘端不疼痛;④殘肢無其他不適情況。

取型步驟:①測量殘肢尺寸,做標記;②殘肢末端敷上石膏繃帶至固化,纏繞其余石膏繃帶及保鮮膜;③將殘肢放入取型系統(tǒng)中,倒入粒子,調(diào)整氣囊壓力至預(yù)取型時的記錄值;④讓殘肢負重站立,至石膏固化,灌型。

3 負重壓力取型系統(tǒng)的評價

3.1 對象及方法 選擇2010年1月～2011年1月在本中心裝配假肢的6例單側(cè)小腿截肢患者進行試驗。其中男性5例,女性1例;年齡23～51歲,平均(39±11.1)歲;殘肢長度12～22.5 cm,平均(17.37±3.85)cm;短殘肢1例,長殘肢 1例,中等殘肢4例。6例患者殘肢皮膚均無大面積瘢痕及破潰,殘端能承受的壓力不小于體重的15%。

3.2 接受腔制作 對每例患者同時制作2種接受腔:傳統(tǒng)手法取型制作的髕韌帶承重式接受腔以及負重壓力系統(tǒng)取型的全面負重的接受腔。兩種假肢均使用泡沫內(nèi)襯套,軟跟靜踝腳,其余裝配參數(shù)保持一致。對兩種接受腔的界面壓力、容積差及殘端壓力進行對比。

3.3 接受腔-殘肢界面壓力測試 該實驗對2種接受腔靜態(tài)和動態(tài)時的接受腔-殘肢界面受力情況進行對比,評價該套系統(tǒng)制作的接受腔是否能做到全面承重。所用設(shè)備為美國Tekscan壓力傳感系統(tǒng),壓力傳感片放置位置為2種接受腔的髕韌帶、殘端后側(cè)、脛骨末端、腘窩、腓骨小頭、脛骨面6個位置,測試靜態(tài)和動態(tài)2組數(shù)據(jù)。

3.4 統(tǒng)計學(xué)方法 采用SPSS for Windows 13.0統(tǒng)計學(xué)軟件包分析數(shù)據(jù),采用配對資料t檢驗。

4 結(jié)果

4.1 接受腔壓力比較 靜態(tài)測試時,患者腳下放置體重秤,保證測試時患側(cè)與健側(cè)平均負重,測試時間為30 s。靜止站立時,在髕韌帶、腘窩、脛骨側(cè)面3個位置,手法取型接受腔的壓力明顯大于負重壓力取型接受腔;腓骨小頭處的壓力,手法取型接受腔明顯小于負重壓力取型接受腔。見表1。這是由于手法取型制作髕韌帶承重式接受腔在修型時需要對主要承重部位(髕韌帶、腘窩、脛骨側(cè)面等)加壓、對壓力敏感部位(腓骨小頭,脛骨末端,脛骨脊等)免荷造成的。而使用負重壓力取型系統(tǒng)制作的全面承重式接受腔,在修型時對承重部位不做修改,維持取型時均勻的受力狀態(tài),使接受腔受力比較均勻,在壓力敏感的部位也有一定的壓力。6例患者殘肢末端壓力的2種方法的數(shù)據(jù)沒有明顯統(tǒng)計學(xué)差異,使用手法取型的接受腔殘端壓力的控制取決于技師對于患者殘肢狀況的主觀判斷,需要豐富的制作經(jīng)驗。

動態(tài)測試時,患者在跑臺上行走,設(shè)定步行速率為1.5 km/h,行走流暢后開始測試,時間為30 s。行走時,使用手法取型的接受腔在髕韌帶等負重部位壓力較大,免荷部位壓力較小。而使用負重壓力取型的接受腔,各個部位壓力比較平均。見圖2。

表1 靜止站立時接受腔各部位壓力大小(kPa)

圖2 兩種接受腔動態(tài)界面壓力對比

4.2 容積差對比 該實驗通過測量殘肢的圍長、兩種取型方法取型后石膏陰型、陽型的圍長,對比兩種方法取型后石膏陽型的容積變化,保證每次測量為同一人,方法相同,取測量3次的平均值。使用負重壓力取型,陰型容積與殘肢容積相差不大(P＞0.05),壓縮趨勢也符合修型近端壓縮多、遠端壓縮少的要求,取型更加精確。見圖3。

圖3 兩種方法取型容積差對比

另外,對兩種方法修型前后的圍長及需要去除的石膏量進行對比。結(jié)果顯示,手法取型的接受腔,在修型階段,平均需減少(2.27±0.77)cm的石膏量;而使用負重壓力取型,平均需減少(0.77±0.18)cm的石膏量,兩者有顯著性差異(P＜0.01)。負重壓力取型修型時,只需對陽型尺寸作少量修整,不需要增補石膏,減少對技師技術(shù)水平的要求及工作量。

4.3 殘肢末端壓力控制 觀察在預(yù)取型時氣囊壓力與殘端壓力、殘肢可負體重變化的情況。結(jié)果見圖4,站立時,若氣囊壓力較小,殘肢上的承重大多集中于殘端,患者為了避免殘端疼痛,殘肢整體可負擔(dān)體重很小。隨著氣囊壓力的提高,增加了殘肢側(cè)面負重,殘端壓力逐步減少,殘肢可負荷體重增加,最終承擔(dān)全部體重。所以此套系統(tǒng)可以完成取型時的調(diào)整要求:利用氣囊壓力給予殘肢各部分合理的壓縮,控制殘端承重。

圖4 預(yù)取型時壓力調(diào)整示意圖

對比6例患者預(yù)取型時殘端壓力測試數(shù)據(jù)與接受腔-殘肢界面壓力測試殘端的壓力數(shù)據(jù)。結(jié)果顯示,殘肢末端受力情況與取型前測試基本一致(P＞0.05),均小于殘端最大負重。所以在取型時,負重壓力取型系統(tǒng)可以輔助控制殘端壓力的大小,使取型更加精確。

5 討論

全面承重的接受腔雖然有很多的優(yōu)點,但并非適合所有的患者,需要根據(jù)患者的活動強度、身體狀況、殘肢情況等來決定[11]。我們在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),殘肢皮膚條件很差,殘端特別敏感,殘肢肌肉特別松弛的患者不太適用此種接受腔。對于一些殘肢骨突特別明顯的患者,行走時在脛骨脊、腓骨小頭處可能出現(xiàn)壓痛,可以在接受腔成型時在相應(yīng)部位加入硅膠軟墊,保持接受腔容積不變,通過軟墊的彈性做到動態(tài)壓力釋放。還可以做成框架式雙層接受腔,內(nèi)層使用柔軟的板材使患者佩戴舒適,外層用碳纖框架,保證強度。由于殘肢的容積在一天中會有所變化,可通過增加和減少殘肢襪套來達到最佳的適配性。

全面承重式接受腔配合硅膠套使用可以更加均勻殘肢受力,簡化技術(shù)要求,同時硅膠套獨特的懸吊方式,使懸吊更加有效、更加美觀[12],可以充分發(fā)揮TSB接受腔的優(yōu)點。所以已經(jīng)成為國際上常用的小腿假肢配置方式。然而在我國,受價格和保險政策的影響,硅膠套的普及仍需要很長時間。在此之前,使用負重壓力取型方法配合普通的泡沫內(nèi)襯套,也可以盡量減少患者由于接受腔負重導(dǎo)致的皮膚問題。

負重壓力取型系統(tǒng)在取型前,需進行預(yù)取型的過程,目的是確定各個氣囊中壓力的大小。氣囊(除殘端氣囊)壓力越大,對殘肢的壓縮越大,殘端的壓力就越小。調(diào)整時,氣囊的壓力要使患側(cè)在全負重的情況下不感覺殘端疼痛或殘肢側(cè)面壓縮過緊,并通過殘端氣囊調(diào)整使殘端適量負重。在調(diào)整壓力時,也可輔助患者做原地踏步,部分模擬行走狀態(tài),再進行氣囊的微調(diào)。在負重狀態(tài)下取型,可以更好地模擬殘肢形狀,但是對于殘肢末端軟組織豐富的患者,在負重取型時,則可能將殘端軟組織壓扁變形,所以我們在取型時,先用石膏繃帶敷貼殘端,固化后再進行其余操作,可以很好地固定殘端的形狀不變形。

我們實驗設(shè)計的負重壓力取型系統(tǒng)不同于傳統(tǒng)只用石膏繃帶的取型方法,設(shè)備和操作較為復(fù)雜,但是相信通過進一步優(yōu)化設(shè)備,簡化操作后可以真正投入到小腿假肢裝配制作中去。下一步,我們工作的重點在于:氣囊結(jié)構(gòu)及材料的優(yōu)化,粒子及系統(tǒng)的輕量化,整體粒子袋的設(shè)計,電動氣泵的改造,更多傳感器的應(yīng)用等。同時擴大臨床應(yīng)用,總結(jié)大量經(jīng)驗,簡化甚至免除預(yù)取型的過程,使取型過程真正做到定量化、個體化。

綜上所述,負重下壓力取型方法制作小腿假肢接受腔,可以控制接受腔壓力分配,使之做到與殘肢全面接觸、適量的殘端負重和合理的容積控制,達到更好地接受腔適配。同時可以減少修型、調(diào)試檢驗腔的時間及對操作人員技能的要求。通過一定量的臨床實踐和定量研究,可以為小腿假肢接受腔的制作提供理論基礎(chǔ)。

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Design and Application of Weight-bearing Pressure CastingSystem for TranstibialStump

WEI Chen-jing,CAOXue-jun,SONGJiajia,et al.Institute of Rehabilitation Engineering,Capital Medical University School of Rehabilitation Medicine,BeijingCharity Hospital,China Rehabilitation Research Center,Beijing 100068,China

ObjectiveTo design a weight-bearing pressure casting system for transtibial prostheses to make the total surface bearing socket and to control the stump and bearing during the casting process.MethodsThe weight-bearing pressure casting system was designed.6 cases weared the socket by this method and traditional patellar tendon bearing socket by hand casting.Socket interface pressure was compared,and the effect of casting was assessed.ResultsCompared with patellar tendon bearing socket,the socket pressure in the socked by this method was distributed more equally throughout the transtibial residual limb during the casting process,and completed the stumps compression and stump-end pressure control.ConclusionWeight-bearing pressure casting system can make the total surface bearing socket,and improve the fit of the socket.

transtibial prostheses;socket;total surface bearing;pressure casting

[本文著錄格式]魏晨婧,曹學(xué)軍,宋佳佳,等.小腿殘肢負重壓力取型系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用[J].中國康復(fù)理論與實踐,2011,17(4):386—389.

1.首都醫(yī)科大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)院,北京市 100068;2.中國康復(fù)研究中心康復(fù)工程研究所,北京市 100068。作者簡介:魏晨婧(1985-),女,江蘇南京市人,碩士研究生,主要研究方向:康復(fù)工程。通訊作者:曹學(xué)軍(1961-),男,上海市人,碩士,副教授,主要研究方向:康復(fù)工程。

R687,R496

A

1006-9771(2011)04-0386-04

2011-03-16)

·康復(fù)教育·