小腿残肢负重压力取型系统的设计及应用

魏晨婧,曹学军,,宋佳佳,王林

小腿残肢负重压力取型系统的设计及应用

魏晨婧1,曹学军1,2,宋佳佳2,王林2

目的设计小腿残肢负重压力取型系统实现全面承重的小腿假肢在取型中合理分配残肢末端的承重量。方法设计制作小腿假肢接受腔负重压力取型系统。6例患者均穿戴该方法制作的接受腔和传统手法取型制作的髌韧带承重接受腔,对比接受腔界面压力,评价取型效果。结果与髌韧带承重接受腔相比,使用本系统制作的接受腔承重更加均匀,在取型时就能完成对残肢的压缩和对残端压力的控制。结论负重压力取型技术可以制作全面负重的小腿假肢,提高接受腔适配性。

小腿假肢;接受腔;全面承重;压力取型

接受腔是患者残肢和假肢的接触界面,它能将残肢收纳其中,承担体重,并将残肢运动有效地传递给假肢,其设计的合理性直接影响假肢的舒适性和步行能力。在国内,广泛使用的是以髌韧带承重为主的传统小腿接受腔。这种设计由于残肢负重不均,容易导致残肢红肿、破溃等问题。国外在20世纪80年代末就开始使用全面负重的小腿假肢接受腔来解决传统小腿假肢接受腔的适配问题[1]。全面负重的接受腔有许多优点,接受腔与残肢接触紧密,残肢受力均匀,减少了“活塞”现象[2]。然而在假肢制作技术上,仅依靠手法取型想得到全面均匀的负重很困难,需要技师丰富的经验。另一方面给残端承重有利于残肢的血运、防止脱钙等作用[3],但是对于残端承重的多少,仍需要反复的摸索。鉴于以上问题,本课题结合国内外多种取型方法的优点[4-7]设计并制作出小腿残肢负重压力取型系统,利用该系统可以达到接受腔全面负重和残端适度承重的调节要求。对此种接受腔的承重和容积变化做定量分析,增加取形过程的标准化和可重复性,为接受腔制作提供理论依据,指导临床实践。

1 小腿假肢接受腔承重原理

与其他部位截肢相比,小腿截肢的解剖结构比较特殊,由于胫骨与腓骨表面骨突起多而尖锐,残肢末端面积较小,小腿残肢负重显得相对困难,所以承重问题一直是小腿假肢接受腔设计的核心。小腿的不同部位对于压力的耐受性不同:髌韧带、胫骨嵴两侧、腘窝等部位能承受较多的压力;胫骨嵴、腓骨小头、残肢末端等部位则对于压力比较敏感。由这个特点发展出以髌韧带为主要承重部位的接受腔(Patellar Tendon Bearing,PTB),释放压力敏感部位,压缩耐压部位。全面负重小腿假肢(Total Surface Bearing,TSB)的理念与PTB接受腔不同,它把体重更加平均地分布于整个残肢,减少由于局部压力过大带来的皮肤溃破等问题[8]。

2 负重压力取型系统的原理及构成

2.1 设计原理 对于小腿假肢接受腔,理想的承重是对残肢容积进行科学合理的压缩,达到残肢全面负重。帕斯卡流体力学法则[9]表明,密闭容器中的静止气体压力,将均匀地分布在容器表面。所以负重压力取型系统设计6个气囊用于均匀压力;通过调节气囊中压力的大小,分别控制对残肢容积的压缩;为保证全面的接触,利用细小的填充粒子包裹残肢,传递压力。同时,在残肢末端处加入压力传感器,取型时可以直观地控制残肢末端的负重。在自然站立姿势下进行系统取型,并通过患侧单腿站立模式进行残肢压力值的主观检验与微调,以保证接受腔适配性的良好。

2.2 系统的构成 该取型系统由乳胶弹性气囊,一个连接有假脚和连接管的树脂硬腔及填充粒子(直径0.5～1 mm的粒子)构成。其中,2个环形气囊固定在硬腔的髌韧带位置及小腿肚的位置;3个气囊相通,分别固定在胫骨嵴两侧及腘窝的位置。1个圆形气囊置于硬腔底部,残肢末端的位置。每个气囊都有2个气口,一个连接气泵控制气囊的压力大小,一个连接压力表。在气囊和残肢间填充粒子保证全面接触,一个气口与粒子部分相连,接入真空泵可抽出粒子间的空气,使粒子固化。取型时还需要压力传感器(Tekscan压力传感测试系统),手工气泵,真空泵,压力表(0～100 kPa)、乳胶残肢套及2个体重秤。

图1 负重压力取型系统的构造

2.3 取型方法 预取型试验步骤:①在患者残肢末端放入压力传感片,测试残端负重能力;②患者穿上乳胶残肢套,将残肢插入粒子中,翻转乳胶套密闭系统;③调整接受腔与连接管及假脚的力线,使患者可以正常站立;④真空泵开至-5 kPa抽走粒子中部分空气,用气泵对气囊充气,调节对残肢压力达到设定要求;真空泵开至-80 kPa,将粒子中剩余气体抽走,使粒子固化;⑤对气囊中的压力进行微调,直到患者满意。记录气囊中压力值。

对于残端承重的设定需要结合患者自身的负重能力以及Rogers-Wilson's曲线。Rogers-Wilson's曲线显示出压力与时间的关系,表明60 kPa的持续压力会带来皮肤的破损[10]。所以具体设定如下:①残端负重能力＞60 kPa:预取型时残端压力(正常站立时)需不大于60 kPa;②残端负重能力＜60 kPa:预取型时残端压力(正常站立时)需不大于残端负重能力;③体重可完全偏于患侧,且患侧全负重时,残端不疼痛;④残肢无其他不适情况。

取型步骤:①测量残肢尺寸,做标记;②残肢末端敷上石膏绷带至固化,缠绕其余石膏绷带及保鲜膜;③将残肢放入取型系统中,倒入粒子,调整气囊压力至预取型时的记录值;④让残肢负重站立,至石膏固化,灌型。

3 负重压力取型系统的评价

3.1 对象及方法 选择2010年1月～2011年1月在本中心装配假肢的6例单侧小腿截肢患者进行试验。其中男性5例,女性1例;年龄23～51岁,平均(39±11.1)岁;残肢长度12～22.5 cm,平均(17.37±3.85)cm;短残肢1例,长残肢 1例,中等残肢4例。6例患者残肢皮肤均无大面积瘢痕及破溃,残端能承受的压力不小于体重的15%。

3.2 接受腔制作 对每例患者同时制作2种接受腔:传统手法取型制作的髌韧带承重式接受腔以及负重压力系统取型的全面负重的接受腔。两种假肢均使用泡沫内衬套,软跟静踝脚,其余装配参数保持一致。对两种接受腔的界面压力、容积差及残端压力进行对比。

3.3 接受腔-残肢界面压力测试 该实验对2种接受腔静态和动态时的接受腔-残肢界面受力情况进行对比,评价该套系统制作的接受腔是否能做到全面承重。所用设备为美国Tekscan压力传感系统,压力传感片放置位置为2种接受腔的髌韧带、残端后侧、胫骨末端、腘窝、腓骨小头、胫骨面6个位置,测试静态和动态2组数据。

3.4 统计学方法 采用SPSS for Windows 13.0统计学软件包分析数据,采用配对资料t检验。

4 结果

4.1 接受腔压力比较 静态测试时,患者脚下放置体重秤,保证测试时患侧与健侧平均负重,测试时间为30 s。静止站立时,在髌韧带、腘窝、胫骨侧面3个位置,手法取型接受腔的压力明显大于负重压力取型接受腔;腓骨小头处的压力,手法取型接受腔明显小于负重压力取型接受腔。见表1。这是由于手法取型制作髌韧带承重式接受腔在修型时需要对主要承重部位(髌韧带、腘窝、胫骨侧面等)加压、对压力敏感部位(腓骨小头,胫骨末端,胫骨脊等)免荷造成的。而使用负重压力取型系统制作的全面承重式接受腔,在修型时对承重部位不做修改,维持取型时均匀的受力状态,使接受腔受力比较均匀,在压力敏感的部位也有一定的压力。6例患者残肢末端压力的2种方法的数据没有明显统计学差异,使用手法取型的接受腔残端压力的控制取决于技师对于患者残肢状况的主观判断,需要丰富的制作经验。

动态测试时,患者在跑台上行走,设定步行速率为1.5 km/h,行走流畅后开始测试,时间为30 s。行走时,使用手法取型的接受腔在髌韧带等负重部位压力较大,免荷部位压力较小。而使用负重压力取型的接受腔,各个部位压力比较平均。见图2。

表1 静止站立时接受腔各部位压力大小(kPa)

图2 两种接受腔动态界面压力对比

4.2 容积差对比 该实验通过测量残肢的围长、两种取型方法取型后石膏阴型、阳型的围长,对比两种方法取型后石膏阳型的容积变化,保证每次测量为同一人,方法相同,取测量3次的平均值。使用负重压力取型,阴型容积与残肢容积相差不大(P＞0.05),压缩趋势也符合修型近端压缩多、远端压缩少的要求,取型更加精确。见图3。

图3 两种方法取型容积差对比

另外,对两种方法修型前后的围长及需要去除的石膏量进行对比。结果显示,手法取型的接受腔,在修型阶段,平均需减少(2.27±0.77)cm的石膏量;而使用负重压力取型,平均需减少(0.77±0.18)cm的石膏量,两者有显著性差异(P＜0.01)。负重压力取型修型时,只需对阳型尺寸作少量修整,不需要增补石膏,减少对技师技术水平的要求及工作量。

4.3 残肢末端压力控制 观察在预取型时气囊压力与残端压力、残肢可负体重变化的情况。结果见图4,站立时,若气囊压力较小,残肢上的承重大多集中于残端,患者为了避免残端疼痛,残肢整体可负担体重很小。随着气囊压力的提高,增加了残肢侧面负重,残端压力逐步减少,残肢可负荷体重增加,最终承担全部体重。所以此套系统可以完成取型时的调整要求:利用气囊压力给予残肢各部分合理的压缩,控制残端承重。

图4 预取型时压力调整示意图

对比6例患者预取型时残端压力测试数据与接受腔-残肢界面压力测试残端的压力数据。结果显示,残肢末端受力情况与取型前测试基本一致(P＞0.05),均小于残端最大负重。所以在取型时,负重压力取型系统可以辅助控制残端压力的大小,使取型更加精确。

5 讨论

全面承重的接受腔虽然有很多的优点,但并非适合所有的患者,需要根据患者的活动强度、身体状况、残肢情况等来决定[11]。我们在实际应用中发现,残肢皮肤条件很差,残端特别敏感,残肢肌肉特别松弛的患者不太适用此种接受腔。对于一些残肢骨突特别明显的患者,行走时在胫骨脊、腓骨小头处可能出现压痛,可以在接受腔成型时在相应部位加入硅胶软垫,保持接受腔容积不变,通过软垫的弹性做到动态压力释放。还可以做成框架式双层接受腔,内层使用柔软的板材使患者佩戴舒适,外层用碳纤框架,保证强度。由于残肢的容积在一天中会有所变化,可通过增加和减少残肢袜套来达到最佳的适配性。

全面承重式接受腔配合硅胶套使用可以更加均匀残肢受力,简化技术要求,同时硅胶套独特的悬吊方式,使悬吊更加有效、更加美观[12],可以充分发挥TSB接受腔的优点。所以已经成为国际上常用的小腿假肢配置方式。然而在我国,受价格和保险政策的影响,硅胶套的普及仍需要很长时间。在此之前,使用负重压力取型方法配合普通的泡沫内衬套,也可以尽量减少患者由于接受腔负重导致的皮肤问题。

负重压力取型系统在取型前,需进行预取型的过程,目的是确定各个气囊中压力的大小。气囊(除残端气囊)压力越大,对残肢的压缩越大,残端的压力就越小。调整时,气囊的压力要使患侧在全负重的情况下不感觉残端疼痛或残肢侧面压缩过紧,并通过残端气囊调整使残端适量负重。在调整压力时,也可辅助患者做原地踏步,部分模拟行走状态,再进行气囊的微调。在负重状态下取型,可以更好地模拟残肢形状,但是对于残肢末端软组织丰富的患者,在负重取型时,则可能将残端软组织压扁变形,所以我们在取型时,先用石膏绷带敷贴残端,固化后再进行其余操作,可以很好地固定残端的形状不变形。

我们实验设计的负重压力取型系统不同于传统只用石膏绷带的取型方法,设备和操作较为复杂,但是相信通过进一步优化设备,简化操作后可以真正投入到小腿假肢装配制作中去。下一步,我们工作的重点在于:气囊结构及材料的优化,粒子及系统的轻量化,整体粒子袋的设计,电动气泵的改造,更多传感器的应用等。同时扩大临床应用,总结大量经验,简化甚至免除预取型的过程,使取型过程真正做到定量化、个体化。

综上所述,负重下压力取型方法制作小腿假肢接受腔,可以控制接受腔压力分配,使之做到与残肢全面接触、适量的残端负重和合理的容积控制,达到更好地接受腔适配。同时可以减少修型、调试检验腔的时间及对操作人员技能的要求。通过一定量的临床实践和定量研究,可以为小腿假肢接受腔的制作提供理论基础。

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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

[本文著录格式]魏晨婧,曹学军,宋佳佳,等.小腿残肢负重压力取型系统的设计及应用[J].中国康复理论与实践,2011,17(4):386—389.

1.首都医科大学康复医学院,北京市 100068;2.中国康复研究中心康复工程研究所,北京市 100068。作者简介:魏晨婧(1985-),女,江苏南京市人,硕士研究生,主要研究方向:康复工程。通讯作者:曹学军(1961-),男,上海市人,硕士,副教授,主要研究方向:康复工程。

R687,R496

A

1006-9771(2011)04-0386-04

2011-03-16)

·康复教育·