周大伟，方新

安装假肢是截肢患者恢复活动能力和外观的主要康复手段，假肢性能直接影响患者的康复水平。在下肢假肢制作及装配过程中，需要通过工作台对线、静态对线和动态对线确定接受腔与功能部件之间的空间相对位置关系。对线不仅影响假肢舒适性和安全性，而且和患者的站立姿势、步态、能耗等都有着直接的关系[1-5]。目前的对线方法主要依靠技师的反复调整和患者自我感觉反馈，不仅耗时、耗力，而且过于依赖技师的经验[6]。站立是人的一种主要活动状态，踝关节、膝关节和髋关节是下肢的重要活动关节，因此研究站立状态下肢假肢对线对下肢的受力影响，是从生物力学角度寻找最优对线的重要基础[7]。

1 现有假肢对线工具概况

现有的假肢对线工具主要有测量长度和高度的游标卡尺、钢板尺和直尺；判定患者骨盆水平、等高的水平尺；用来确定相互垂直的两个空间面位置关系的三维对线架；利用重锤确定人体躯干重力线的吊线锤；利用激光亮度高、定向发光的特性制作而成激光对线仪；将承重传感器与激光结合起来的承重激光对线仪[8]。这些设备均为被动地测量患者穿戴假肢的状态，可视化比较差，无法形象地显示人体重心相对于假肢的位置，需要假肢技师依据自己的临床经验，综合这些工具给出的测量结果，并根据相应的生物力学原理来评估患者穿戴假肢的感觉，判断假肢组件应向哪个方向调整，评估患者穿戴假肢的平衡性。如果对线没有优化，患者的残肢皮肤最终将产生不适、擦伤、破裂、疼痛，可能会造成感染，残肢活动水平下降[9]。

2 下肢假肢智能对线系统

下一代的假肢技术将包括信息收集、通讯和基于患者数据分析的评估。它们将用于衡量患者效果和临床服务。因此越来越多的假肢产品在生物力学领域整合了微电子技术，使用软件和通讯建立了各种假肢临床装配智能评估技术平台[10]。

2009 年，美国研制出一种新的下肢假肢智能对线调节系统。该系统主要由内置力传感器的智能四棱锥、蓝牙激光接收器、计算机和专用软件组成。使用时，装有传感器的四棱锥固定在接受腔底部，蓝牙激光接收器安装在四棱台上。患者穿着假肢行走时，四棱锥中的传感器测量四棱锥凸台上螺丝受到的压力；接收器将数据储存起来，供计算机后续分析使用。它也可将数据通过无线传输即时传递给计算机。

计算机调用事先录入的接受腔与地面距离数据，对传感器实测的受力按照一定的算法进行计算，实时计算假脚在各个方向上的力矩，即背屈力矩、跖屈力矩、内翻力矩和外翻力矩。通过假脚的力矩分析，绘制该假肢在步态周期中的假脚所受力矩数值，并给出相应的参考力矩曲线带。通过比较患者实际假脚力矩曲线和参考力矩曲线的差异，假肢技师可以直接判断假脚或者接受腔的倾斜角度和平移方位。该软件还能自动分析，直接给出四棱锥调节系统螺丝的调节建议，假肢装配人员可依据该建议直接进行调整，使患者穿着假肢达到最佳对线状态。

这种新的诊断技术直观性强，直接针对接受腔与假脚的受力进行调整，并给出具体的调整建议。该假肢对线量化技术使假肢异常步态的调节与评估更加快捷有效，不依赖于假肢技师的经验。其特点有：①精确的对线，能够测量每个假肢的实时步态数据，优化假肢对线；②智能化，步态分析软件能够自动扩展和整合步态参数，提供假肢步态分析的动力学测量；③使用简单，系统的智能四棱锥和假肢四孔阴连接盘或阳连接盘大小相同，可直接安装在接受腔底端；④量化评估，系统能够精确地显示假肢的生物力学改变，避免假肢技师消耗大量的时间分析各种假设上的对线改变；⑤标准化对线，系统自动提供体重、假肢承受的体重、矢状面和额状面力矩、站立时间、摆动时间、步频、压力中心前进方向等主要假肢对线量化指标。

3 下肢假肢智能对线系统的应用

3.1 帮助患者平衡体重

下肢假肢智能对线调节系统的体重分散图主要提供三个主要功能：①动态显示假肢和健侧腿的重量对比；②利用即时的图示反馈，使假肢技师更好地与患者就肢体承重问题进行沟通；③通过可视化体重比例显示使患者更快地提高肢体均匀承重能力。

对于很多截肢患者，尤其是最近截肢、残肢有疼痛或神经疾患的截肢者，因患者的感觉和接受腔体重分散受力的认识有限，假肢技师很难了解残肢是否均匀承重[11]。站立图在站立画面中显示两个体重分布柱状图，一个柱状图为“假肢侧”动态受力状态，另一个柱状图代表着健侧腿。通过这一信息，智能四棱台自动诊断假肢接受腔受力状态；患者通过原始柱状图作为视觉反馈，调整转换站立期双腿负重，能帮助他们快速掌握如何使用假肢均匀承受体重。

3.2 假脚过度跖屈的调整

当假脚过度跖屈时，软件常过早显示从足跟到足趾的受力。图1为软件采集截肢患者步行参数，较宽的曲线带为下肢截肢患者正常步态假脚力矩，较细的多条曲线为患者实际行走力矩曲线，圆圈提示出患者实际曲线与参考曲线差异较大的区间。图中上面的曲线显示的是假脚跖屈和背屈力矩，下面的曲线显示的是假脚内侧和外侧的力矩。足跟承重和足趾承重之间过渡期应该处于站立期的35%左右[12]。早期过度的前足力矩，使身体的重心向前移动缓慢，使步态缺乏效率。

在步态周期的站立期有三个滚动环节：足跟滚动、踝关节滚动、前足滚动[13]。在假肢对线中，足跟滚动对足的前后位置影响最大，踝关节滚动对足的跖屈和背屈影响最大，前足滚动对假脚龙骨的状态有很大的影响[14]。根据系统提示对智能四棱台近端进行对线调节，改变图1中足跟受力到足趾受力的过渡时间和量级。如果调整足部踝关节处的四邻台，在站立中期从足跟受力到足趾受力的斜坡力线将会受到更大的影响。

3.3 假脚过度外翻的调整

如图2圆圈所示，假脚的内外侧力矩出现问题，假脚位置偏外，导致足部外翻(X型腿)。一般这种细微的错误对线，肉眼无法观察，只能通过系统测试数据识别。按照系统建议改变假肢对线后，患者立即感觉到稳定的步态和较强的步行信心。

膝关节肌肉控制膝关节前后力矩比内外力矩要大很多，因此错误的内外力矩将会在系统内外力矩图上产生巨大的效应[12]。内外对线非常小的改变都能很快改变假脚内翻和外翻力矩。

图1

图2

4 小结

现在针对假肢接受腔的适配，已经广泛采用压力分布测量系统测试假肢接受腔与残肢之间的压力[15]，但是针对假肢对线的诊断依然停留在原始的肉眼观察、经验判断阶段。当肉眼调整人体动态对线时，走动过程中难以观察到各个平面的力矩。尽管一些患者穿戴假肢后走得很好，但仍然需要对他们存在假肢对线差异进行能量补偿。新的下肢假肢智能对线调节系统巧妙地将力矩传感器内置于假肢通用对线四棱台内，通过四棱台的螺丝测量接受腔各个方向的力矩，通过力矩量化假肢对线的质量，对假肢的装配具有重要的指导和评估意义。

[1]Solomonidise SE.Gait analysis of the lower amputee the effect of alignment[M]//Gangbild Analyse.Mecke Drunk and Verlag,1991:290-297.

[2]Fridam A,Ona I,I sakov E.The influence of prosthetic foot alignment on trans-tibial amputee gait[J].Prosthet Orthotics Int,2003,27:17-22.

[3]Seelen HAM,Anemaat S,Janssen HMH,et al.Effects of prosthesis alignment on pressure distribution at the stump/socket interface in transtibail amputees during unsupported stance and gait[J].Clin Rehabil,2003,17:787-796.

[4]泽村诚志.张国凤,译.假肢学[M].北京:中国社会出版社,1992.

[5]Blumentritt S,Schmaltz T,Jarasch R,et al.Effects of sagital plane prosthetical alignment on standing trans-tibial amputee knee loads[J].Prosthet Orthotics Int,1999,23:231-238.

[6]李小兵.小腿假肢对线对静态站立时下肢受力的影响[J].中国康复医学杂志,2005,20(7):487-489.

[7]Blumentritt S.A new biomechanical method for determination of static prosthetic alignment[J].J Rehabil Res Dev,1995,32:373-378.

[8]方新.下肢假肢对线与截肢者平衡[J].中国矫形外科杂志,2003,11(11):775-776.

[9]李小兵,贾晓红,王人成,等.对线对小腿截肢患者残侧下肢生物力学特性的影响[J].清华大学学报(自然科学版),2007,(5):644-646.

[10]Boone D.The next challenge in prosthetics[J].Rehabil Management,2009,22(6):16-17.

[11]Kobayashi T,Orendurff MS,Zhang M,et al.Effect of transtibial prosthesis alignment changes on out-of-plane socket reaction moments during walking in amputees[J].J Biomech,2012,45(15):2603-2609.

[12]郑淑贤,赵万华,卢秉恒.残肢与接受腔的三维建模及力学分析[J].中国康复,2006,(1):52-54.

[13]励建安.临床运动疗法学[M].北京:华夏出版社,2005.

[14]Orendurff MS,Schoen JA,Bernatz GC,et al.How humans walk:bout duration,steps per bout,and rest duration[J].J Rehabil Res Dev,2008,45(7):1077-1089.

[15]宋雪玲,杨鹏,郭欣,等.假肢接受腔应力测试及受力分析[J].河北工业大学学报,2001,(6):40-44.