一種新型下肢助行器的設計與初步試用

葉桂峰 馬 軍 黃鷺強 楊 鑌 王耀宗

廈門大學附屬中山醫院創傷骨科,福建廈門 361004

一種新型下肢助行器的設計與初步試用

葉桂峰 馬 軍 黃鷺強 楊 鑌 王耀宗

廈門大學附屬中山醫院創傷骨科,福建廈門 361004

目的設計一種新型下肢助行器,通過分散受力點,以減小腋部及手臂的承受力,減小壓力感,減少并發癥,同時易于使用,避免違反操作規程而致無效助行,提高助行器使用時的滿意度,減少不必要的并發癥.方法選擇合適的病例隨機分組進入試驗,采用交叉設計,第一組先用普通助行器,然后休息3h,再使用新型助行器,第二組先用新型助行器,然后休息3h,再使用普通助行器.使用后按對腋窩和手臂受力大小及患肢疲勞感等指標進行綜合評分.對評分結果應用SPSS進行統計運算.結果方差分析結果,Plt;0.001,說明模型有統計學意義.說明兩種助行器測試的評分差異有統計學意義.結論應用新型助行器,可通過分散受力點,減小腋部及手臂的承受力,減小壓力感,減少患側下肢疲勞感,同時易于使用,不易發生違反操作規程而致無效助行.

助行器;小腿支撐;穿戴式支具;交叉試驗

下肢骨折與損傷的康復治療期間,康復時間占治療過程過半以上,正確的康復治療能有效促進骨折的愈合及肢體功能恢復、減少病殘[1].助行器是一件重要的輔助工具.目前常用助行器雙拐使用方便、結構簡單、價格便宜等優點,應用廣泛.具體臨床應用過程中,可觀察到有相當部分使用者不能正確應用,如追求簡捷只使用一只拐杖的單側助行,患側肢體不能得到應有保護等;或存在腋下擠壓酸痛、不適感的缺點,甚至部分患者使用時出現腋部血管神經損傷,血栓形成等.正確的康復對病情的恢復起著至關重要的作用,而這恰恰正是患者及部分臨床醫師相對容易忽視的地方,當出現內固定物失敗,斷裂時,再采取相應的補救措施其實為時已晚,也將給患者帶來更漫長的治療與康復過程,帶來巨大經濟損失[2].我們在此基礎上進行改進,設計一種簡單、方便、易操作,經濟實用的新型助行器.初步應用并對其主要作用作一科學評估,結果如下,考慮適時推廣應用.

1 資料與方法

1.1 臨床資料

選擇2016年1月～ 2017年2月間,我科下肢小腿遠端損傷病例(包括住院與門診)共52例,其中脛腓骨下段骨折8例,踝關節扭傷15例,踝關節骨折13例,跟骨骨折4例,跟腱斷裂3例,足部骨折9例;年齡:17～50歲,平均(32±18.0)歲;男,29例,女23例;左21例,右31例.經倫理委員會討論通過,將研究對象隨機分組,使用前詳細指導助行器正確使用方法,使用普通拐杖與新型下肢穿戴式助行器后按一定標準進行評分,以及使用一段時間進行綜合評估.

1.2 新型助行器

主要部分包括拐杖部分與小腿穿戴部分.

1.2.1 拐杖部分 結構簡單,主體略呈長quot;Tquot;形,主要包括腋托、手把、小腿支撐,拐杖腳等部分.類似于普通拐杖.創新點在于增加了小腿支撐部分,同時小腿支撐部分為主體支撐中手把下方的一與主體垂直的結構,在主體中能夠依據不同個體進行調整,通過小腿穿戴支具(保護與分散小腿受力點),可以分擔拐杖工作時腋部與前臂的壓力,起到分散應力的作用.亦可以通過轉向調節結構,使其與身體前行方向一致,在非工作狀態下或快速前行時不影響下肢活動,回歸普通拐杖一樣的作用,滿足不同喜好,不同狀態要求.如圖1.

圖1 助行器主體部分

1.2.2 小腿穿戴式部分 主要負責與柱杖小腿支撐的接觸,分散應力,避免小腿直接受力后疼痛,表主要由軟材料組成,穿戴于患側肢體小腿,在助行器工作期間有保護與分散應力作用;在非工作期間,作為包繞于小腿的支具,同時也對小腿有保護作用,可與助行器主體隨時接觸與分離,軟硬材料制作,輕便,不予使用者負重感,醫用魔術貼固定,穿脫方便.如圖2.

圖2 助行器的穿戴部分

圖3 使用時正側位圖

1.3 助行器操作方法或使用前指導

使用前詳細講解助行器原理與正確使用方法至使用者理解,能通過問答為止,防止錯誤操作與使用.將助行器調節至合適長度及范圍,并進行實際操作示范,確定受試者能正確規范使用.

普通拐杖使用方法:依據個體身高,喜好進行長度調節,使用時進行指導,按一側肢體受傷,健側肢體與雙拐配合,形成三點式行走,患肢屈曲回縮,不著地,不負重.

新型拐使用方法:依據個體身高,喜好進行總長度,下肢小腿長度,上肢長度的調節,保護肢體側小腿穿戴保護支具,使用時進行指導,使用單邊助行.見圖3.

1.4 實驗設計與方法

采用交叉設計,隨機分組,先由SPSS19.0軟件產生100個隨機數,制做成表,病例進入試驗時,按表依次獲得的一個隨機數,按照取得的隨機數為單數與雙數分別進入組(順序1組及順序2組);52例病例分成兩組,每組各26例受試者.順序1組先用普通助行器,然后休息3h,再使用新型助行器;順序2組先用新型助行器,然后休息3h,再使用普通助行器.使用后按下列指標及評分標準進行評分記錄.

1.4.1 評價參考指標 腋下壓力感:使用時使用者感覺腋下壓力,主觀感覺受力嚴重與否,可承受與否.

手臂力量:手臂在使用兩種助行器時都扮演作輔助分散力量重要部位之一,需要使用的力量去發揮助行器的作用同,自覺需要付出力量多少,是否容易出現疲勞.

下肢疲勞感:使用普通拐杖時患肢懸空后疲勞感及使用新型助行器時支撐受力后的疲勞感.

1.4.2 評價方法 對三個評價參考指標進行量化,參考VAS評分方法[3],依據不同程度,給予一定分值,最后綜合獲得評價得分,以進行客觀與量化的評價.

腋下壓力:無:0,輕:1,中:2,重:3.手臂力量:無:0,輕:1,中:2,重:3.下肢疲勞感:無:0,輕:1,中:2,重:3.評價得分(總分)=腋下壓力+手臂力量+下肢疲勞感;最高分:9,最低分:0.

2 結果

采用Microsoft Excel 2010對數據進行歸納整理,52名受試者使用兩種助行器對腋下壓力,手臂力量及下肢疲勞感三個指標綜合評分結果如表1:應用SPSS19.0軟件進行統計分析結果見表2.

方差分析結果為 F=152.770,Plt;0.001, 說明模型有統計學意義. 受試者所對應的 F=3.828,Plt;0.001,說明不同受試者評分之間的差異有統計學意義.階段所對應的 F=0.021,P=0.886,說明不同試驗階段之間的差異無統計學意義. 助行器所對應的F=257.331, Plt;0.001,說明兩種助行器之間的評分的差異有統計學意義.

表1 52名測試者使用兩種助行器評價得分表

表2 52名測試者使用兩種助行器的方差分析結果

通過測試評分及統計結果結合實際模型,認為新型助行器,可通過分散受力點,減小腋部及手臂的承受力,減小壓力感,減少患側下肢疲勞感.穿戴式助行器通過下肢小腿支撐處接受與分散了身體的力量,使得腋下及手臂應力明顯減小,明顯減緩了此二處承受應力;同時患肢因禁止負重,呈屈曲短縮狀態,下肢肌肉保持收縮狀態,使用者感覺疲勞不適,而穿戴式助行器通過穿戴支具保護,下肢小腿受力,有支撐點,在明顯緩解腋部及手臂力量同時,并未出現患肢屈曲收縮所致的疲勞;而下肢本身的功能就是受力,支撐,在應用新型助行器過程中,接受較大力量并無明顯壓力感,疲勞感.

3 討論

常用助行器分為有動力和無動力兩種類型.無動力是指不借助外力或他人幫助,靠使用者自身動力輔助行走的助行工具.有動力型需要借助其他動力如電能來協助行走的輔具.有動力型需要電力和其他輔助控制的智能電路設備,如目前美國、日本等發達國家已有軍事應用的人體外骨骼系統[4],但該類助行器結構復雜,價格昂貴.我國對有動力型助行器(人體外骨骼系統)研究主要在清華大學、中國科技大學等少數研究機構,尚無臨床應用.受研發水平和經濟因素影響,我國目前臨床上常用的下肢骨折康復治療絕大部分為無動力型助行器.無動力型助行器又可分為助行杖與助行架,依據杖的結構與使用方法又可分為手杖、前臂杖、腋杖、平臺杖等.助行架[5]又稱步行器,與地面接觸的支撐面大,故穩定性好,因簡單,便宜,故而應用廣泛.上述助行器多數應用范圍是下肢能負重行走,只因下肢力量較弱,或是老年人動作不協調,起對使用者增加接觸點,協助行走與減少摔倒機率[6].

助行器在下肢損傷康復治療中至關重要[7-9],然而目前骨科常用的下肢助行器最常見的是拐杖[10-11].拐杖歷史悠久,結構簡單,經濟實惠應用廣泛,是最常見的無動力型助行器.拐杖通過腋部及手臂支撐,與健側肢體形成三點式支撐,保持身體穩定,同時通過前臂控制,通過三點式行走,為使用者提供行動上的自由.實際操作中,可發現正確規范使用[10]時,腋部將承受較大壓力,故而可見部分使用者出現腋部血管[12]神經[13]受壓損傷的病例;當然,也可以通過手臂分散應力,減小腋部受力,而上肢主要功能為精細動作,在承受較大力量后,亦有部分使用者出現腕部及前臂神經損害[14-15]等.通過臨床觀察,可見仍有相當數量使用者,僅使用單拐,形成非正常三點式形走,或患側肢體疲勞后,四點式支撐與行走,造成無效助行,患肢不能得到有效保護,仍然不斷接受各種應力,易發生骨不連[16],金屬固定物松動、斷裂等不良后果[17-19],并因此增骨創傷患者的治療費用、延長治療和康復時間給家庭和社會帶來沉重經濟負擔.

新型穿戴式助行器設計方面與普通拐杖對比多增加了下肢受力支撐點,但力學傳導過程完全不一樣.考慮人體生理結構的因素,下肢主要功能是負重與行走,對于力的傳導和使用界面進行詳細的考究和設計,取代了普通拐杖通過腋窩處受力支撐為主的結構,恢復下肢支撐受力功能,有效降低上肢受力強度,可明顯降低二次傷害發生的機率;實現對患肢良好保護的同時給予日常生活與工作最大程度方便與行動自由,同時能明顯降低腋窩及手臂受力,減少不必要的并發癥出現;同時因正常使用時患肢需放于支撐桿,不易形成四點式行走,不易發生骨內固物松動、斷裂、骨不連等并發癥.可單側使用,也可以再輔助一側普通拐杖,值得推廣.

當然拐杖作為一種流行廣泛的輔助工具,有其不可藐視的優點,通過對臨床的觀察與設想,研究更優異的助行器,通過適當增加結構,方便使用與提高舒適性.當然穿戴式助行器仍有進一步改進的地方,在以后的研究與設計中,考慮通過小腿或下肢受力,設計更加細化的,合理的,多樣化助行器.

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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 [文獻標識碼] A [文章編號] 2095-0616(2017)22-214-04

福建省廈門市科技局科技惠民計劃(3502Z20154017).

2017-07-24)