张鑫 刘波

四川省骨科医院康复科（成都 610041）

关节本体感觉测试训练仪的研制与初步应用

张鑫 刘波

四川省骨科医院康复科（成都 610041）

目的：以踝关节为例，研制关节本体感觉训练测试仪。方法：设备制作分为软件和硬件两部分，硬件包括计算机、拉绳、测试装置和锁扣等，软件包括相应的游戏界面，并集中体现动作记忆、位置重现、定量测算等特点。通过对特定位置动作的重复来实现对本体感觉的量化测试，并对23名健康大学生进行了预实验观察。结果：23名健康大学生左右踝关节弧度位移：左12.49±11.73 mm，右11.40±9.08 mm，差异无统计学意义（t=0.36，P=0.722）；角度位移：左3.14°±2.93°，右2.77°±2.19°，双侧比较差异无统计学意义（t=0.489，P=0.63）。结论：该关节本体感觉测试训练仪符合科学原理，可初步应用于临床康复训练及测试。

踝关节；本体感觉；测试；训练；仪器

本体感觉包括人体的位置觉、运动觉和速度觉等，是人完成精细动作和高水平运动的重要能力之一。踝关节退变、外伤等发生后，因关节囊、肌腱及韧带等结构损伤，导致本体感觉丧失[1]。骨科手术仅完成解剖结构的重建，而本体感觉的恢复有赖于系统的康复训练。我们以踝关节为例，研制简易本体感觉测试训练仪，用于骨科临床康复，该仪器已申请国家实用新型专利（专利号：ZL 2014 2 0088272.7），目前已初步应用于临床。现报道如下：

1 仪器制作

1.1 设计原理

本体感觉训练测量方式之一为通过对特定动作进行多次重复，观察其偏差大小来进行描述。根据文献报道[2-4]，我们采用主动定位复位（active reproduction of active positioning，ARAP）的方法，即让患者踝关节从水平位主动背伸至一定角度（具体角度可规定，如30°、45°等）再返回起始位置，反复数次，熟悉该角度的感觉，并取其平均值。然后屏蔽患者的视觉效果，重复上述动作，比较两种运动情况下角度的绝对差值，其差值越小，说明本体感觉越好。考虑角度测量的误差问题，在设计上，除了选择角度指标外，将足尖运动所产生的弧度指标也纳入观察，其依据为c=nπr/180。其中，n为运动产生或需要的角度，r为足长（即运动半径），c为弧长（即足尖运动所产生的位移），如图1所示。

图1 设计思路示意图

1.2 设备制作

分软件和硬件两部分。通过计算机软件实现动态测试。硬件结构如图2所示，采用拉绳（无阻力滑线）、圆扣和锁扣结合的方式，可以方便地固定于踝、膝、肘、肩及腕、手指等部位，用绑带固定，可做各方向无阻力运动。其锁扣可通过外部延长拉绳进行延长，根据使用时的不同需要，更换不同的外部延长拉绳。拉绳因运动产生的位移量，通过内置的光栅编码器转换成脉冲信号，传入到计算机内的光栅计数卡进行实时计数。

系统软件采用游戏模式设计，以对动作的重复来实现。将滑线固定于肢体肢端，通过肢体运动，带动滑线，其运动范围实时在电脑画面反映，可随时停止，从而实现对运动的实时控制。测试者可先在可视化的状态下，在固定的范围内进行肢体运动，寻找达到该运动范围的感觉，然后屏蔽画面，重复进行上述运动。系统自动记录两次运动的角度位移和弧度位移，分别进行比较，两次差值越小，说明本体感觉越好。

图2 踝关节本体感觉测试训练仪结构图

2 测试与训练

测试与训练采用游戏模式进行，电脑界面显示以潜水员为例，测试时踝关节从0°开始背伸运动（图3），潜水员上浮，当关节运动到规定角度时，会有红线提示，患者停止运动，让患者在红线范围内往复运动，体会该范围内的运动感觉。然后屏蔽上述界面，患者根据感觉进行同样角度的运动，后台记录患者活动的范围，包括弧度位移和角度位移。前后两次的位移差值（弧度位移和角度位移）越小，说明患者的本体感觉越好。

图3 踝关节运动

3 预实验观察

仪器研制成功后，参照朱燕、裘敏蕾等的研究[5]，我们选取了23名健康大学生进行预实验观察，选择踝关节活动30°为测试范围，进行左右对照，观察双踝关节的测试差异，统计学方法采用配对t检验，P＜0.05为差异有统计学意义。结果显示，双踝角度位移和弧度位移差值比较差异均无统计学意义（表1）。

表1 健康大学生双侧对比观察结果

4 讨论

本体感觉包含位置觉、运动觉和速度觉，是人体完成肌肉控制、维持运动准确性和关节稳定性的重要因素，是神经肌肉控制的重要组成部分[6]。本体感受器包括肌梭、腱梭、Gogli体、Pacniina小体、Ruffihi小体等[7]。本体感受器的作用是收集关节的位置觉、运动觉、力觉和震动觉信息，经传入神经传至脊髓、大脑等感觉运动中枢。信息经分析整合后由传出神经传出，关节做出相应反应来调整运动和稳定性[8]。

踝关节损伤包括韧带损伤、足踝部骨折等，后期康复中，其本体感觉训练一直是骨科康复的重点。本体感觉测定包括阈值测量、角度重建和视觉模拟三个方面[9]，在去除视觉及听觉等的影响下，利用踝关节的重复运动来描述本体感觉是较为公认的方法[10]，其测量主要包含关节位置觉、肌肉力觉、运动的速度感觉阈、关节运动觉和平衡测试等。本设备研制集中体现了动作记忆、位置重现、定量测算的特点，其中，位置重现是踝关节本体感觉能力的重要体现，通过对某一动作的不断重复，通过可视化条件来刺激关节对该动作的记忆，然后再屏蔽画面，利用关节本身的感觉，对动作进行重复，以此来表达该动作的本体感觉。

该关节本体感觉测试训练仪符合科学原理，制作简单，结果可靠，可初步应用于临床康复训练观察。

[1]李坤，王予彬.踝关节不稳与本体感觉研究现状[J].中国微创外科杂志，2010，10（9）：851-853.

[2]Spanos S，Brunswic M，Billis E.The effect of taping on the proprioception of the ankle in a non-weight bearing position amongst injured athletes.The Foot，2008，18：25-33.

[3]Sandrey MA，Kent TE.The Effects of Eversion Fatigueon Frontal Plane Joint Position Sense in the Ankle.J Sport Rehabil，2008，17（3）：257-268.

[4]Sterner RL，Pincivero DM，Lephart SM.The effects of muscular fatigue on shoulder proprioception.Clin J Sport Med，1998，8（2）：96-101.

[5]朱燕，裘敏蕾，陈永强，等.使用Biodex等速测试仪进行踝关节内外翻本体感觉测试的信度研究[J].中国康复，2011，26（5）：347-348.

[6]Delahunt E.Neuromuscular contributions to functional instability of the ankle joint[J]．J Bodyw Mov Ther，2007，11（3）：203-213．

[7]Rusan NM，Fagerstrom CJ，Yvon AM，et al.Cell cycle-dependent changes in microtubule dynamics in living cells expressing green fluorescent protein-alphatubulin[J].Mol Biol Cell，2011，12（4）：971-980.

[8]李作为，徐向阳.踝关节稳定性与本体感受器[J].国际骨科杂志，2009，30（1）：21-22.

[9]刘波.中西医结合骨伤康复学[M].第1版.四川大学出版社，2011：190-191.

[10]张秋霞，花秀琴，施永健.踝关节本体感觉的测量方法研究与应用[J].中国组织工程与临床康复杂志，2011，27（35）：6619-6622.

2015.07.20

国家临床重点专科建设项目；四川省卫生厅青年基金项目（编号：130256）；四川省中医药管理局青年基金（编号：12-E—057）共同资助

张鑫，Email：erwal@163.com