三维动态标记下膝关节权重系数的定量研究

张 敏，夏 晴，高 东，冉 聃

（1.华东政法大学，上海200042；2.司法鉴定科学研究院 上海市法医学重点实验室 上海市司法鉴定专业技术服务平台，上海 200063）

膝关节是人体最大的屈曲关节，由股骨内、外侧髁和胫骨内、外侧髁以及髌骨构成，周围有髌骨韧带、腘斜韧带、胫侧副韧带、腓侧副韧带等韧带支持保护。膝关节位于人体最长的杠杆臂之间，它与上端的髋关节和下端的踝关节协调完成下肢的下蹲、步行、跳跃等基本人体运动，其主要运动方式为屈曲、伸直运动。我国传统的法医学下肢残损功能评价思路中的一大特征在于认为下肢各关节的功能都是分别独立的，如膝关节的损伤并不会对髋关节功能和踝关节功能造成任何影响，也可以理解为无论膝关节处于何种强直状态，整个下肢功能丧失程度都是一样的。

有研究指出，肢体残疾整体功能的评价对残疾个体的日常生活活动障碍程度分级十分重要[1]，但实践中尚缺乏系统研究结果的支持。权重系数是反映某种因素重要程度的参数，关节权重系数可以从一定程度上反映该关节在整个肢体功能中的重要程度，本研究通过LUKOtronic三维运动捕捉系统动态标记记录健康受试者下肢三大关节在正常状态下的运动情况以及膝关节在功能位、屈曲位和伸直位强直时下肢运动情况，并经过Fugl-Meyer下肢运动功能评价表计算得出膝关节在上述三个不同强直位时下肢功能丧失百分比，最后通过统计学方法推算膝关节合理的权重系数范围，旨在为将来相关标准的修订工作提供基础数据。

1 对象与方法

1.1 对象

2016年11 月—2017年11月，选取100名志愿者展开研究，其中男性51例，女性49例，年龄21～54岁，平均年龄27.63岁，身高150～190 cm，平均身高 168.95 cm，体重 45～90 kg，平均体重 64.11 kg。 所有受试者都未从事过肌肉力量训练及柔韧性特殊训练，无下肢三大关节损伤病史，无下肢肌肉及神经损伤病史，下肢各关节肌力正常，下肢肌张力正常，下肢三大关节功能运动良好，所有受试者均以右下肢为优势侧。所有受试者均自愿签署受试者知情同意书。

1.2 测试仪器及测试环境

本研究利用LUKOtronic三维运动捕捉系统记录上述各检测指标。LUKOtronic运动捕捉系统由奥地利LUKOtronic公司研制开发，主要用于人体运动功能的捕捉与分析，该系统包括基于三维实时捕捉的红外摄像系统、采集软件、分析软件。捕捉运动通过红外摄像系统采集，该采集系统自带的marker点固定在受试者受试部位以捕捉marker点的运动轨迹数据。每次测试前均进行marker点及仪器的功能状态检测，测试环境为室温25℃左右，受试者对环境温度感觉良好。

1.3 测试方法及指标

通过LUKOtronic三维运动捕捉系统对受试者进行仰卧位下髋、膝、踝三大关节的屈肌及伸肌运动检测；坐位条件下膝、踝关节的屈肌运动检测；站立位条件下膝、踝关节的分离运动等检测；对受试者分别在膝关节功能位、屈曲位、伸直位固定下进行仰卧位时髋、踝两大关节的屈肌及伸肌运动检测，坐位时踝关节的屈肌运动，站立位时踝关节的分离运动检测。

将上述测试结果结合Fugl-Meyer下肢运动功能评价表计算得出膝关节分别在功能位强直、屈曲位强直、伸直位强直时下肢功能丧失程度。

1.4 统计学处理

采用SPSS 22.0统计软件对膝关节功能位固定、屈曲位固定、伸直位固定状态下下肢功能丧失程度进行单因素方差分析（One-way ANOA），并根据单因素方差分析结果选择性使用Tamhane’s方法进行多重比较检验，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 膝关节功能位、屈曲位、伸直位固定时下肢功能丧失程度百分比的总体比较（表1）

在膝关节功能位、屈曲位、伸直位固定下，下肢功能丧失程度分别为54.78%±5.49%、64.93%±4.36%、60.76%±5.73%。组间整体比较，差异具有统计学意义（P＜0.05）。

表1 膝关节功能位、屈曲位、伸直位固定时下肢功能丧失程度（n，±s，%）

2.2 膝关节功能位、屈曲位、伸直位固定时下肢功能丧失程度多重比较（表2）

根据组间比较具有统计学差异，再进行两两多重比较。膝关节功能位与屈曲位固定下肢功能丧失百分比、膝关节功能位与伸直位固定下肢功能丧失百分比、屈曲位固定与伸直位固定下肢功能丧失百分比的差异均具有统计学意义。

表2 膝关节功能位、屈曲位、伸直位固定时下肢功能丧失程度多重比较

3 讨论

3.1 Fugl-Meyer下肢功能评定量表的应用

Fugl-Meyer下肢功能评定量表在目前康复医学中使用较为广泛且可信度较高[2]，主要用于评价各种反射活动、屈伸肌共同运动、联合运动、分离运动及协调运动等运动模式。该量表最高分值为34分，且分数越高表明肢体功能越好。但Fugl-Meyer量表中的反射亢进、协调速度等评定指标相对于法医学肢体功能评价更加适用于康复疗效评价，因此本研究以Fugl-Meyer下肢功能评定量表为基础运动方案，主要涵括屈伸肌协共同运动、联合运动及分离运动，以设计完成日常基本活动动作。首先对下肢三大关节在正常状态下的运动进行LUKOtronic三维运动捕捉系统捕捉并记录Fugl-Meyer评分以作为基础对照；再采用控制变量法，分别固定膝关节于屈曲位、功能位、伸直位，同时利用LUKOtronic三维运动捕捉系统捕捉并记录在这三个位置固定下下肢各关节屈伸运动以及分离运动的Fugl-Meyer评分，结合基础对照评分计算出下肢功能实际的丧失程度。法医学领域下肢残损功能的评价一般集中于下肢的日常活动功能，并不以具体的运动形态为评价指标，目前仍以关节功能为基础评价下肢整体功能为行业内的主流观念，本研究的运动方案尽管没有能够全面涉及人体下肢“下蹲、步行、跳跃”等具体运动形态，但该运动方案是上述具体运动形态的单位基础动作，可以适用于当前下肢功能残损评定的主流思想且便于精确定量捕捉。因此，以Fugl-Meyer量表为基础联合运用LUKOtronic三维运动捕捉进行下肢功能评价，一方面能体现下肢日常活动能力，另一方面又便于定量分析下肢功能情况。

3.2 膝关节在不同强直位时对下肢运动功能的影响

关节功能强直在不同位置对肢体功能影响并不相同这一观点早就已有报道[3]。如表1所示，膝关节在功能位、屈曲位、伸直位固定下，下肢功能丧失百分比均不相同，且组间差异具有统计学意义。本研究发现，在功能位固定时下肢功能丧失百分比在三组中最小，均值为54.78%，而在屈曲位固定时下肢功能丧失百分比最大，均值为64.93%，组间均值比较的差异反映了膝关节不同位置的强直对整个肢体功能的影响也并不相同。有研究报道认为，下肢关节强直评定时需注意，关节强直于功能位时功能丧失比例最小[4]，本研究结果与他人研究结果一致，且突破了以往研究局限于理论推测的禁锢，用实验方法对他人的观点进行了数据论证。

如表2所示，根据单因素方差分析结果，进一步进行两两多重比较，结果显示膝关节在功能位固定时与屈曲位固定时下肢功能丧失百分比、功能位固定时与伸直位固定时下肢功能丧失百分比、屈曲位固定时与伸直位固定时下肢功能丧失百分比的差异均具有统计学意义，并且再次提示膝关节处于功能位的强直与处于非功能位的强直相比较，肢体功能丧失较小。国内也有学者通过研究提出在膝关节功能评残时要充分考虑关节强直功能位与非功能位的影响[5]，但其并没有指出膝关节强直于功能位与非功能位之间实质性的差异；除此以外，本组研究发现膝关节处于屈曲位的强直致下肢功能丧失比例最大，再结合表1中95%的置信区间结果，膝关节功能位固定时下肢功能丧失程度均值为54.78%，屈曲位固定时下肢功能丧失程度均值为64.93%，因此，我们可以将膝关节功能丧失对下肢功能丧失程度的影响范围定义在54.78%～64.93%。

3.3 膝关节功能与下肢残损功能评定

在《道路交通事故受伤人员伤残评定》（GB18667-2002）没有废止前，其将膝关节的权重系数设定为0.28，即膝关节功能在整个下肢功能中占28%，有学者做出该权重系数明显有误，但仍然承认它基于下肢三大关节相互依赖共同完成下肢运动的理念是正确的[6]，还有学者提出膝关节权重系数不应该是28%，而应该是50%[7]，虽然与本研究结果相接近，但却缺乏客观依据支持。目前法医临床鉴定中正在使用的两院三部《人体损伤程度鉴定标准》和《人体损伤致残程度分级》中单独考虑膝关节功能障碍的丧失程度，并没有具体涉及膝关节功能在整个下肢中的功能，而事实上，下肢各大关节的功能作用应当具有协调性与互补性，下肢整体的功能作用可能同时依赖于各大关节的功能作用，因此仅单独考虑膝关节功能障碍的丧失程度也缺乏一定的科学性；美国医学会制定的永久残损评定指南（American Medical Association Guides to the Evaluation of Permanent Impairment，AMA Guides）设计了一系列的下肢各大关节功能评价方法，从当前诊断、并发症、体格检查、影像表现到既往病史、治疗等方面通过问卷形式进行综合评价认为下肢大关节即使完全不能活动，也会因为所处的位置不同而使下肢实际丧失的功能也不同，同时认为膝关节功能障碍最多可致下肢功能丧失100%[8]。然而，该指南并没有细致规定下肢各大关节的功能作用，这或许与国外具有较为完善的康复医学评价体系、比较完善的医疗保障体系及民众对医生的信赖程度很高有关，显然并不适合我国国情。本研究表明，膝关节活动不同程度的受限导致下肢功能的丧失程度并不相同，但无论膝关节在何种情况下的强直，下肢功能的丧失程度都落在一个相对可靠的区间内。

下肢各大关节在日常活动中的运动是具有协调性的，单单评价某个关节功能是不能反映日常活动的实际受影响程度，只有整体评价下肢功能才能客观反映日常活动能力。而关节活动度（Range of motion）又称关节活动范围，其广泛应用于康复医学领域对康复运动系统的功能评定和司法鉴定领域对肢体伤残程度的鉴定[9]。人体关节功能活动分为功能位和非功能位，正如上文提及，有学者提出关节功能评残时必须注意功能位和非功能位的影响，因此，除了确定合理的权重系数以外，在膝关节功能评残中我们需要更多地考虑膝关节功能在不同障碍情况下对下肢功能的影响，而不是过分强调单个膝关节功能的丧失。同时，本研究正在开展三维动态标记下髋关节和踝关节权重系数的定量分析，旨在结合三大关节的研究数据对下肢整体功能进行更为客观的评价。