一种新型下肢助行器的设计与初步试用

叶桂峰 马 军 黄鹭强 杨 镔 王耀宗

厦门大学附属中山医院创伤骨科,福建厦门 361004

一种新型下肢助行器的设计与初步试用

叶桂峰 马 军 黄鹭强 杨 镔 王耀宗

厦门大学附属中山医院创伤骨科,福建厦门 361004

目的设计一种新型下肢助行器,通过分散受力点,以减小腋部及手臂的承受力,减小压力感,减少并发症,同时易于使用,避免违反操作规程而致无效助行,提高助行器使用时的满意度,减少不必要的并发症.方法选择合适的病例随机分组进入试验,采用交叉设计,第一组先用普通助行器,然后休息3h,再使用新型助行器,第二组先用新型助行器,然后休息3h,再使用普通助行器.使用后按对腋窝和手臂受力大小及患肢疲劳感等指标进行综合评分.对评分结果应用SPSS进行统计运算.结果方差分析结果,Plt;0.001,说明模型有统计学意义.说明两种助行器测试的评分差异有统计学意义.结论应用新型助行器,可通过分散受力点,减小腋部及手臂的承受力,减小压力感,减少患侧下肢疲劳感,同时易于使用,不易发生违反操作规程而致无效助行.

助行器;小腿支撑;穿戴式支具;交叉试验

下肢骨折与损伤的康复治疗期间,康复时间占治疗过程过半以上,正确的康复治疗能有效促进骨折的愈合及肢体功能恢复、减少病残[1].助行器是一件重要的辅助工具.目前常用助行器双拐使用方便、结构简单、价格便宜等优点,应用广泛.具体临床应用过程中,可观察到有相当部分使用者不能正确应用,如追求简捷只使用一只拐杖的单侧助行,患侧肢体不能得到应有保护等;或存在腋下挤压酸痛、不适感的缺点,甚至部分患者使用时出现腋部血管神经损伤,血栓形成等.正确的康复对病情的恢复起着至关重要的作用,而这恰恰正是患者及部分临床医师相对容易忽视的地方,当出现内固定物失败,断裂时,再采取相应的补救措施其实为时已晚,也将给患者带来更漫长的治疗与康复过程,带来巨大经济损失[2].我们在此基础上进行改进,设计一种简单、方便、易操作,经济实用的新型助行器.初步应用并对其主要作用作一科学评估,结果如下,考虑适时推广应用.

1 资料与方法

1.1 临床资料

选择2016年1月～ 2017年2月间,我科下肢小腿远端损伤病例(包括住院与门诊)共52例,其中胫腓骨下段骨折8例,踝关节扭伤15例,踝关节骨折13例,跟骨骨折4例,跟腱断裂3例,足部骨折9例;年龄:17～50岁,平均(32±18.0)岁;男,29例,女23例;左21例,右31例.经伦理委员会讨论通过,将研究对象随机分组,使用前详细指导助行器正确使用方法,使用普通拐杖与新型下肢穿戴式助行器后按一定标准进行评分,以及使用一段时间进行综合评估.

1.2 新型助行器

主要部分包括拐杖部分与小腿穿戴部分.

1.2.1 拐杖部分 结构简单,主体略呈长quot;Tquot;形,主要包括腋托、手把、小腿支撑,拐杖脚等部分.类似于普通拐杖.创新点在于增加了小腿支撑部分,同时小腿支撑部分为主体支撑中手把下方的一与主体垂直的结构,在主体中能够依据不同个体进行调整,通过小腿穿戴支具(保护与分散小腿受力点),可以分担拐杖工作时腋部与前臂的压力,起到分散应力的作用.亦可以通过转向调节结构,使其与身体前行方向一致,在非工作状态下或快速前行时不影响下肢活动,回归普通拐杖一样的作用,满足不同喜好,不同状态要求.如图1.

图1 助行器主体部分

1.2.2 小腿穿戴式部分 主要负责与柱杖小腿支撑的接触,分散应力,避免小腿直接受力后疼痛,表主要由软材料组成,穿戴于患侧肢体小腿,在助行器工作期间有保护与分散应力作用;在非工作期间,作为包绕于小腿的支具,同时也对小腿有保护作用,可与助行器主体随时接触与分离,软硬材料制作,轻便,不予使用者负重感,医用魔术贴固定,穿脱方便.如图2.

图2 助行器的穿戴部分

图3 使用时正侧位图

1.3 助行器操作方法或使用前指导

使用前详细讲解助行器原理与正确使用方法至使用者理解,能通过问答为止,防止错误操作与使用.将助行器调节至合适长度及范围,并进行实际操作示范,确定受试者能正确规范使用.

普通拐杖使用方法:依据个体身高,喜好进行长度调节,使用时进行指导,按一侧肢体受伤,健侧肢体与双拐配合,形成三点式行走,患肢屈曲回缩,不着地,不负重.

新型拐使用方法:依据个体身高,喜好进行总长度,下肢小腿长度,上肢长度的调节,保护肢体侧小腿穿戴保护支具,使用时进行指导,使用单边助行.见图3.

1.4 实验设计与方法

采用交叉设计,随机分组,先由SPSS19.0软件产生100个随机数,制做成表,病例进入试验时,按表依次获得的一个随机数,按照取得的随机数为单数与双数分别进入组(顺序1组及顺序2组);52例病例分成两组,每组各26例受试者.顺序1组先用普通助行器,然后休息3h,再使用新型助行器;顺序2组先用新型助行器,然后休息3h,再使用普通助行器.使用后按下列指标及评分标准进行评分记录.

1.4.1 评价参考指标 腋下压力感:使用时使用者感觉腋下压力,主观感觉受力严重与否,可承受与否.

手臂力量:手臂在使用两种助行器时都扮演作辅助分散力量重要部位之一,需要使用的力量去发挥助行器的作用同,自觉需要付出力量多少,是否容易出现疲劳.

下肢疲劳感:使用普通拐杖时患肢悬空后疲劳感及使用新型助行器时支撑受力后的疲劳感.

1.4.2 评价方法 对三个评价参考指标进行量化,参考VAS评分方法[3],依据不同程度,给予一定分值,最后综合获得评价得分,以进行客观与量化的评价.

腋下压力:无:0,轻:1,中:2,重:3.手臂力量:无:0,轻:1,中:2,重:3.下肢疲劳感:无:0,轻:1,中:2,重:3.评价得分(总分)=腋下压力+手臂力量+下肢疲劳感;最高分:9,最低分:0.

2 结果

采用Microsoft Excel 2010对数据进行归纳整理,52名受试者使用两种助行器对腋下压力,手臂力量及下肢疲劳感三个指标综合评分结果如表1:应用SPSS19.0软件进行统计分析结果见表2.

方差分析结果为 F=152.770,Plt;0.001, 说明模型有统计学意义. 受试者所对应的 F=3.828,Plt;0.001,说明不同受试者评分之间的差异有统计学意义.阶段所对应的 F=0.021,P=0.886,说明不同试验阶段之间的差异无统计学意义. 助行器所对应的F=257.331, Plt;0.001,说明两种助行器之间的评分的差异有统计学意义.

表1 52名测试者使用两种助行器评价得分表

表2 52名测试者使用两种助行器的方差分析结果

通过测试评分及统计结果结合实际模型,认为新型助行器,可通过分散受力点,减小腋部及手臂的承受力,减小压力感,减少患侧下肢疲劳感.穿戴式助行器通过下肢小腿支撑处接受与分散了身体的力量,使得腋下及手臂应力明显减小,明显减缓了此二处承受应力;同时患肢因禁止负重,呈屈曲短缩状态,下肢肌肉保持收缩状态,使用者感觉疲劳不适,而穿戴式助行器通过穿戴支具保护,下肢小腿受力,有支撑点,在明显缓解腋部及手臂力量同时,并未出现患肢屈曲收缩所致的疲劳;而下肢本身的功能就是受力,支撑,在应用新型助行器过程中,接受较大力量并无明显压力感,疲劳感.

3 讨论

常用助行器分为有动力和无动力两种类型.无动力是指不借助外力或他人帮助,靠使用者自身动力辅助行走的助行工具.有动力型需要借助其他动力如电能来协助行走的辅具.有动力型需要电力和其他辅助控制的智能电路设备,如目前美国、日本等发达国家已有军事应用的人体外骨骼系统[4],但该类助行器结构复杂,价格昂贵.我国对有动力型助行器(人体外骨骼系统)研究主要在清华大学、中国科技大学等少数研究机构,尚无临床应用.受研发水平和经济因素影响,我国目前临床上常用的下肢骨折康复治疗绝大部分为无动力型助行器.无动力型助行器又可分为助行杖与助行架,依据杖的结构与使用方法又可分为手杖、前臂杖、腋杖、平台杖等.助行架[5]又称步行器,与地面接触的支撑面大,故稳定性好,因简单,便宜,故而应用广泛.上述助行器多数应用范围是下肢能负重行走,只因下肢力量较弱,或是老年人动作不协调,起对使用者增加接触点,协助行走与减少摔倒机率[6].

助行器在下肢损伤康复治疗中至关重要[7-9],然而目前骨科常用的下肢助行器最常见的是拐杖[10-11].拐杖历史悠久,结构简单,经济实惠应用广泛,是最常见的无动力型助行器.拐杖通过腋部及手臂支撑,与健侧肢体形成三点式支撑,保持身体稳定,同时通过前臂控制,通过三点式行走,为使用者提供行动上的自由.实际操作中,可发现正确规范使用[10]时,腋部将承受较大压力,故而可见部分使用者出现腋部血管[12]神经[13]受压损伤的病例;当然,也可以通过手臂分散应力,减小腋部受力,而上肢主要功能为精细动作,在承受较大力量后,亦有部分使用者出现腕部及前臂神经损害[14-15]等.通过临床观察,可见仍有相当数量使用者,仅使用单拐,形成非正常三点式形走,或患侧肢体疲劳后,四点式支撑与行走,造成无效助行,患肢不能得到有效保护,仍然不断接受各种应力,易发生骨不连[16],金属固定物松动、断裂等不良后果[17-19],并因此增骨创伤患者的治疗费用、延长治疗和康复时间给家庭和社会带来沉重经济负担.

新型穿戴式助行器设计方面与普通拐杖对比多增加了下肢受力支撑点,但力学传导过程完全不一样.考虑人体生理结构的因素,下肢主要功能是负重与行走,对于力的传导和使用界面进行详细的考究和设计,取代了普通拐杖通过腋窝处受力支撑为主的结构,恢复下肢支撑受力功能,有效降低上肢受力强度,可明显降低二次伤害发生的机率;实现对患肢良好保护的同时给予日常生活与工作最大程度方便与行动自由,同时能明显降低腋窝及手臂受力,减少不必要的并发症出现;同时因正常使用时患肢需放于支撑杆,不易形成四点式行走,不易发生骨内固物松动、断裂、骨不连等并发症.可单侧使用,也可以再辅助一侧普通拐杖,值得推广.

当然拐杖作为一种流行广泛的辅助工具,有其不可藐视的优点,通过对临床的观察与设想,研究更优异的助行器,通过适当增加结构,方便使用与提高舒适性.当然穿戴式助行器仍有进一步改进的地方,在以后的研究与设计中,考虑通过小腿或下肢受力,设计更加细化的,合理的,多样化助行器.

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Design and preliminary trial of a new type of lower limbs walker

YE Guifeng MA Jun HUANG Luqiang YANG Bin WANG Yaozong
Traumatic Orthopedics, Zhongshan Hospital Affiliated to Xiamen University, Xiamen 361004, China

ObjectiveBy dispersing force, to reduce the axilla and arm strength, to reduce stress, to reduce complications, to use easily, to avoid the violation of the rules, to improve the satisfaction of the use of the walker, to reduce unnecessary complications in designing of a new type of lower limb walkers.MethodsThe appropriate cases were selected and randomly divide into the trial, in the crossover experiment designed study, in the first group, the ordinary walker were used firstly, then rested for 3 hours, and then new type of lower limbs walker were used. The new type of lower limbs walker were used in the second group firstly, then rested for 3 hours, and then the ordinary walker were used. The strength of the armpit and arm and the fatigue sense of the affected limbs were evaluated synthetically after use. The results were calculated with SPSS.ResultsThe results of variance analysis showed that the model was statistically significant (Plt;0.001). It showed that there was a significant difference between the scores of the two kinds of Walker tests.ConclusionThe application of the new walker can disperse force, reduce the axilla and arm endurance, reduce stress, reduce the lower limb fatigue, and be easy to use, and It is not easy to violate operating regulations and cause invalid assistance.

Walker; Wear braces; Leg support; Crossover design

R608 [文献标识码] A [文章编号] 2095-0616(2017)22-214-04

福建省厦门市科技局科技惠民计划(3502Z20154017).

2017-07-24)