假肢矯形器學(xué)--假肢矯形器生物力學(xué)基礎(chǔ)

1、第二章 假肢矯形器生物力學(xué)基礎(chǔ),www.378700000.com,補(bǔ)充知識(shí)：人體運(yùn)動(dòng)生物力學(xué),,---2009年全國(guó)假肢矯形器制作師執(zhí)業(yè)資格理論課,1、力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí) 2、骨杠桿 3、關(guān)節(jié),力的基本概念,定義：一個(gè)物體對(duì)另一個(gè)物體的作用， 物體間力的作用是相互的。力的單位：牛頓，N 人體運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)中的力主要是：人體與地面、器械、流體的相互作用。力的效應(yīng)：力使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和形狀發(fā)生改變的作用。內(nèi)效應(yīng)（形狀發(fā)生改變）和

2、外效應(yīng)（運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變）力的效應(yīng)的描述：牛頓第一定律、第二定律和胡克定律為基礎(chǔ)。,,力學(xué)基礎(chǔ)知識(shí),力的三要素：大小、方向、作用點(diǎn)內(nèi)力：在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)部相互作用的力。 人體內(nèi)部各部分相互作用的力，如肌肉力、組織粘滯力、韌帶張力、關(guān)節(jié)約束反作用力等稱為人體內(nèi)力。外力：外界作用于人體的力稱為人體外力。 人體所受主要外力：重力、彈力、摩擦力、支撐反作用力、介質(zhì)作用力等，矯形器的壓力、扭力等。內(nèi)力與外力的關(guān)系： 內(nèi)力與外力的概念是

3、相對(duì)的。確定某個(gè)力是外力或者是內(nèi)力，取決于選取的研究對(duì)象。研究對(duì)象不同，同一個(gè)力既看作是內(nèi)力也可看作是外力。,重力：物體本身受地球吸引而產(chǎn)生的力，方向指向地心。重力與質(zhì)量不同：質(zhì)量是物體所含物質(zhì)的多少，是物體慣性的量度，標(biāo)量，重力是物體產(chǎn)生重力加速度的原因，矢量。重心：重力的作用點(diǎn)是物體的重心。人體重心：人體各部分所受地球引力的矢量合成，使人體產(chǎn)生重力加速度的力。,幾種常見(jiàn)力,骨杠桿定義：在肌肉拉力作用下，骨骼能夠圍繞關(guān)節(jié)軸轉(zhuǎn)

4、動(dòng)，并克服阻力做功，其功能與杠桿相同，稱作骨杠桿。骨杠桿具有三個(gè)點(diǎn)：動(dòng)力作用點(diǎn)、阻力作用點(diǎn)和支點(diǎn)。支點(diǎn)：是關(guān)節(jié)的瞬時(shí)中心；動(dòng)力臂：是肌肉作用線到支點(diǎn)的垂直距離。阻力臂：是阻力作用線到支點(diǎn)的垂直距離。,骨杠桿原理杠桿原理：即杠桿平衡條件，作用在同一物體的兩個(gè)力矩，大小相等，方向相反。 動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂代數(shù)式： F1*L1= F2*L2杠桿平衡條件反映：動(dòng)力臂是阻力臂的幾倍，動(dòng)力

5、就是阻力的幾分之一。,關(guān)節(jié)定義關(guān)節(jié)：是骨與骨之間的可動(dòng)連接；基本功能：傳遞力和保證身體各部分間靈活運(yùn)動(dòng)；特點(diǎn)：靈活性和穩(wěn)定性；穩(wěn)定性和靈活性：是關(guān)節(jié)功能同時(shí)存在的兩個(gè)方面，關(guān)節(jié)靈活性以便人體運(yùn)動(dòng)時(shí)適應(yīng)各種運(yùn)動(dòng)，穩(wěn)定性保證人體運(yùn)動(dòng)中維持動(dòng)態(tài)平衡，處于合理的工作狀態(tài)，免于損傷。,關(guān)節(jié)的分類,下肢運(yùn)動(dòng)的關(guān)節(jié)主要包括：髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)；髖關(guān)節(jié)：是球關(guān)節(jié)，其股骨頭和髖臼具有朝各個(gè)方向活動(dòng)的能力；膝關(guān)節(jié)：屬于多軸關(guān)節(jié)；踝關(guān)節(jié)的

6、運(yùn)動(dòng)：包括跖屈、背屈、外旋、內(nèi)旋； 肘關(guān)節(jié)：運(yùn)動(dòng)主要包括兩種是屈曲和伸展。,,概述,,正常步態(tài),,異常步態(tài),,矯形器的生物力學(xué),正常步態(tài)屬于假肢的生物力學(xué)內(nèi)容。1、對(duì)于下肢截肢者來(lái)說(shuō)，安裝假肢的目的，最主要的是代償其步行功能，盡可能的像健康人那樣，以正確的方式自由的行走和穩(wěn)定站立。2、對(duì)于下肢假肢技術(shù)的種種研究和新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)，也可以說(shuō)都是以提高假肢的步行功能為目的的。 因此，作為實(shí)現(xiàn)上述目的的基本點(diǎn)，必須首先了解人體正常

7、步態(tài)的特征及其與假肢異常步態(tài)之間的聯(lián)系。,為什么要學(xué)習(xí)正常步態(tài)分析？,,,,步態(tài)分析的目的,,1．使假肢盡可能的像健康人的肢體那樣，以正確的方式自由的行走和穩(wěn)定站立,,www,378700000.com,,,,自然步態(tài)的要點(diǎn),(1) 合理的步長(zhǎng)、步寬、步頻。,(2) 上身姿勢(shì)穩(wěn)定。,(3) 最佳能量消耗。,,概述,正常步態(tài)：人體在行走時(shí)的姿態(tài)，是步行運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的統(tǒng)稱。 行走時(shí)并不需要思考，然而步行的控制十分復(fù)雜，正常步態(tài)有賴于中樞神

8、經(jīng)系統(tǒng)、周圍神經(jīng)系統(tǒng)以及骨骼肌肉系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作：1、中樞命令：皮層、脊髓、步行中樞2、身體平衡和協(xié)調(diào)控制3、足、踝、膝、髖、軀干、頸、肩、臂的肌肉和關(guān)節(jié)協(xié)同運(yùn)動(dòng)。任何環(huán)節(jié)的失調(diào)都可能影響步態(tài)，而某些異常也有可能被代償或掩蓋。,,,www,378700000.com,,正常步態(tài)特征,穩(wěn)定性以最小的能量消耗來(lái)取得最大的身體重心穩(wěn)定周期性和節(jié)律性兩側(cè)下肢交替擺動(dòng)，重復(fù)相同過(guò)程。方向性使軀干沿著一定的方向移動(dòng)。協(xié)調(diào)性全身各

9、關(guān)節(jié)、肌肉的參與，大腦對(duì)這些組織的控制個(gè)體差異后天經(jīng)學(xué)習(xí)而獲得，并隨年齡、性別、職業(yè)的不同而有所差異,正常步態(tài)參數(shù),步寬（stride width）：兩側(cè)足中心線之間的距離，正常大約5～10cm步幅長(zhǎng)(step length)_：一側(cè)足跟邁步后到對(duì)側(cè)足跟之間的距離，正常大約50～80cm跨步長(zhǎng)(stride length)：一側(cè)足跟到同側(cè)足跟邁步后的距離，為步幅長(zhǎng)的兩倍，正常大約100～160cm步角/足角（foot ang

10、le）:足的長(zhǎng)軸和中心線之間的夾角,正常步態(tài)參數(shù),重心移動(dòng)行走時(shí)，身體重心隨著骨盆的向前移動(dòng)而上下移動(dòng)大約5cm，側(cè)方移動(dòng)約5cm,骨盆旋轉(zhuǎn)當(dāng)擺動(dòng)腿向前邁步時(shí)，骨盆向前及向?qū)?cè)發(fā)生一定的旋轉(zhuǎn)，正常約4°,正常步態(tài)參數(shù),步頻（cadence）每分?jǐn)?shù)邁出的步數(shù)步頻＝步數(shù)/60（步/分）正常：95～125步/min步速步行速度單位時(shí)間內(nèi)行走的距離（正常成年人1.5米/秒）讓測(cè)試對(duì)象以平常的速度步行10米的距離，測(cè)量

11、所需的時(shí)間計(jì)算：步速（米／秒）＝距離／所需時(shí)間,,正常步態(tài),,一、步行周期（gait cycle）,步行周期指行走過(guò)程中一側(cè)足跟著地至該側(cè)足跟再次著地時(shí)所經(jīng)過(guò)的時(shí)間。 分為：,1、支撐相（stance phase 60％）：又稱站立相，為足底與地面接觸的時(shí)期。 2、擺動(dòng)相（swing phase 40％）：又稱邁步相，指腳趾離地到腳后跟著地的時(shí)期。即：支持腿離開(kāi)地面想起擺動(dòng)的階段。,www,3

12、78700000.com,踵，即：腳后跟,,,一個(gè)步行周期,步態(tài)周期,3項(xiàng)功能（task）承受體重單腿站立向前邁步,站立相分期,首次著地足放平（負(fù)荷反應(yīng)期，預(yù)負(fù)荷）站立中期足跟離地（站立相末期）足趾離地（邁步相前期）,首次著地（0%）,步行周期和站立相的起始點(diǎn)，指足跟或足底的其它部位第一次接觸地面的瞬間。,足放平（0～10%GC）,,整個(gè)足底著地的瞬間。即首次著地至支撐腿于站立相過(guò)程中膝關(guān)節(jié)達(dá)到最大屈曲角度的時(shí)期。,站立

13、中期 （10～40%GC）,從對(duì)側(cè)下肢離地到軀干位于支撐腿正上方。,足跟離地（40～50%GC）,站立相中期過(guò)后，支撐腿足跟離地的瞬間。,足趾離地（50～60%GC）,支撐腿足趾離地的瞬間，標(biāo)志著站立相結(jié)束和邁步相開(kāi)始。,邁步相分期,初期中期末期,邁步相初期（60～70%GC）,從支撐腿離地到該腿膝關(guān)節(jié)達(dá)到最大屈曲時(shí)。,邁步相中期（70～85%GC）,,指下肢向前擺動(dòng)的動(dòng)作過(guò)程中，從膝關(guān)節(jié)最大屈曲擺動(dòng)到小腿與地面

14、垂直的時(shí)期。,邁步相末期（85～100%GC）,從與地面垂直的小腿向前擺動(dòng)到該側(cè)足跟再次著地之前。此時(shí)小腿減速向前擺動(dòng)。,我們?yōu)槭裁催@樣走路,站立時(shí)的生物力學(xué),地面反應(yīng)力從腳中間的地面開(kāi)始延伸，穿過(guò)踝和膝關(guān)節(jié)的前面及髖關(guān)節(jié)的后面髖關(guān)節(jié)的后伸力矩被髂股韌帶抵抗膝關(guān)節(jié)的前伸力矩被膝后的關(guān)節(jié)囊和韌帶相抵抗,站立時(shí)的生物力學(xué),踝關(guān)節(jié)的背屈力矩被踝跖屈肌力矩相對(duì)抗安靜時(shí)需不?；顒?dòng)的下肢肌肉是踝跖屈肌,,雙腳站立時(shí)，足底力的分布,,,,

15、,步行是平滑、毫不費(fèi)力的移動(dòng),正常人群，步行速度80米/分的正常舒適步行，能量消耗為基礎(chǔ)代謝的4倍通過(guò)最大程度地減少行走過(guò)程中身體重心(COM)的位移而達(dá)到步行中，中心沿一條正弦曲線上下、左右移動(dòng)，在單腿支撐期達(dá)到最高點(diǎn)、雙腿支撐期達(dá)到最低點(diǎn)。,一、 正常步行周期的基本組成,,（一） 雙支撐期和單支撐期,www,378700000.com,,雙支撐期：一側(cè)足跟著地至對(duì)側(cè)足趾離地前雙腿與地面接觸的時(shí)期。 每一個(gè)步行周期中，有兩個(gè)雙支

16、撐相，即負(fù)荷反應(yīng)期和站立末期。,步態(tài)分析（Gait Analysis）,步態(tài)分析,定義利用力學(xué)概念和已掌握的人體解剖、生理學(xué)知識(shí)對(duì)人體行走功能狀態(tài)進(jìn)行客觀的定性或定量分析內(nèi)容描述步態(tài)模式和步態(tài)參數(shù)認(rèn)識(shí)和描述步態(tài)的差異分析出現(xiàn)差異的原因，研究產(chǎn)生異常步態(tài)的機(jī)理確定步態(tài)異常者需要何種治療或助行器,步態(tài)分析目的,總的目的分析肢體功能制定治療方案評(píng)價(jià)步態(tài)訓(xùn)練效果評(píng)定假肢或支具的可行性對(duì)穿戴假肢或支具前后的步態(tài)進(jìn)行評(píng)定，評(píng)

17、定其作用程度作出必要的調(diào)整,步態(tài)分析對(duì)象,有步行障礙的病人神經(jīng)系統(tǒng)中樞性和周圍性神經(jīng)損傷中風(fēng)、頭部外傷、腦性癱瘓、腦腫瘤、脊髓損傷、脊髓炎、尺、橈、脛、腓神經(jīng)損傷等運(yùn)動(dòng)器官骨骼、關(guān)節(jié)、韌帶、肌肉、肌腱等障礙各種脊椎疾病、關(guān)節(jié)疾病、肌營(yíng)養(yǎng)不良、截肢等神經(jīng)系統(tǒng)和運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)接合部障礙重癥肌無(wú)力等,步態(tài)分析目的,步態(tài)分析系統(tǒng)評(píng)定肢體傷殘的程度根據(jù)步態(tài)分析系統(tǒng)提供的信息對(duì)行走功能和致殘的機(jī)制進(jìn)行深入研究從生物力學(xué)的角度提供針

18、對(duì)性的治療方案,步態(tài)分析方法,臨床分析觀察法（observational gait analysis）測(cè)量法（measurement）步態(tài)分析實(shí)驗(yàn)室（gait laboratory）步態(tài)分析儀（dynamic analysis）,超聲波步態(tài)分析系統(tǒng),足底傳感器步態(tài)分析系統(tǒng),紅外發(fā)射標(biāo)志點(diǎn)步態(tài)分析系統(tǒng),觀察步態(tài)：定性,注意身體的某一節(jié)段或某一關(guān)節(jié)通過(guò)檢查表或簡(jiǎn)要描述的方式記錄步態(tài)周期中存在的問(wèn)題按習(xí)慣的行走方式來(lái)回步行

19、從不同方向(正、背、側(cè)面)觀察全身姿勢(shì)下肢各關(guān)節(jié)的活動(dòng)各步態(tài)參數(shù)上肢擺動(dòng),觀察步態(tài)：定性,讓病人作變速行走慢速、快速、隨意放松步行，分別觀察有無(wú)異常在步行中，可以讓病人停下，轉(zhuǎn)身行走上下樓梯或斜坡、繞過(guò)障礙物坐下和站起，原地踏步或原地站立，閉眼站立用助行器行走的病人只要有可能，分別使用或不使用助行器行走,觀察步態(tài)：定量,測(cè)定時(shí)間參數(shù)病人在規(guī)定距離的道路上行走，用秒表計(jì)時(shí)，實(shí)測(cè)行走距離不少于10米，兩端應(yīng)至少再加2—

20、3米以便受試者起步加速和減速停下測(cè)定距離參數(shù)（足印法）用滑石粉或墨水使病人行走時(shí)能在規(guī)定走道上或地面鋪的白紙上留下足印測(cè)試距離至少6米，每側(cè)足不少于3個(gè)連續(xù)足印，以便分析左右兩側(cè)各項(xiàng)數(shù)值,,實(shí)驗(yàn)室步態(tài)分析,應(yīng)用計(jì)算機(jī)技術(shù)獲得病人在行走時(shí)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的精確信息，同時(shí)可以獲得行走時(shí)激發(fā)的肌肉活動(dòng)和肌力參數(shù)。,,,足受力分析,,左足,右足,1 2 3

21、 4 5 6 Color Dark Gray Light Gray Cyan Yellow Magenta Red 黑色淺灰色 藍(lán)綠色 黃色 品紅色 紅色,Pressure Level 1= lowest 6= highest,臨床應(yīng)用：足托,,步態(tài)分析系統(tǒng),體表肌

22、電圖,攝像機(jī),測(cè)力板（臺(tái)）,標(biāo)記物（球）,,,,,,,,,步態(tài)實(shí)驗(yàn)室,58,步態(tài)分析系統(tǒng),臨床常見(jiàn)異常步態(tài),肌痙攣步態(tài)肌無(wú)力步態(tài)關(guān)節(jié)強(qiáng)直步態(tài)蹣跚步態(tài)慌張步態(tài),肌痙攣步態(tài):偏癱步態(tài),原因患足下垂內(nèi)翻下肢外旋或內(nèi)旋膝不能屈曲表現(xiàn)擺動(dòng)腿向前邁步時(shí)患腿常經(jīng)外側(cè)回旋向前，故又稱回旋步或劃圈步上肢常出現(xiàn)屈曲內(nèi)收，停止擺動(dòng),肌痙攣步態(tài)：截癱步態(tài),又稱交叉步或剪刀步原因下肢內(nèi)收肌痙攣表現(xiàn)步行時(shí)雙側(cè)髖內(nèi)收雙膝互相摩擦步

23、態(tài)不穩(wěn)也可見(jiàn)于腦癱病人,肌無(wú)力步態(tài)：臀大肌無(wú)力,原因伸髖肌群無(wú)力表現(xiàn)行走時(shí)軀干用力后仰重力線通過(guò)髖關(guān)節(jié)后方以維持被動(dòng)伸髖，并控制軀干的慣性向前形成仰胸凸肚的姿態(tài),蹣跚步態(tài)小腦共濟(jì)失調(diào)，步行搖晃不穩(wěn)，不能走直線，狀如醉漢，又稱酩酊步慌張步態(tài)帕金森病或基底節(jié)病變時(shí)，步態(tài)短而快，并出現(xiàn)陣發(fā)性加速，不能隨意停止或轉(zhuǎn)向，上肢擺動(dòng)縮小或停止，稱慌張步態(tài)或前沖步態(tài),帕金森病,矯形器生物力學(xué)原理：三點(diǎn)力系統(tǒng),任何一個(gè)矯形器都由一個(gè)或者

24、幾個(gè)三點(diǎn)力系統(tǒng)共同參與作用三點(diǎn)力系統(tǒng)提供一個(gè)額外的矯形力矩，以改善功能為目的舉例：AFO矯形的三點(diǎn)力分別位于足底的前部，足背部位，小腿肚的后面．,矯形器的生物力學(xué)原理,三點(diǎn)矯正原理：通過(guò)三點(diǎn)受力原理對(duì)畸形進(jìn)行矯正固定原理：通過(guò)對(duì)軀干或肢體的包容限制其活動(dòng)免荷原理：減輕肢體某節(jié)段骨骼或者關(guān)節(jié)的軸向負(fù)重補(bǔ)償原理： 通過(guò)矯形器或外部裝置對(duì)縮短的下肢進(jìn)行高度補(bǔ)償，達(dá)到雙下肢等長(zhǎng)。在一件矯形器中，往往有一個(gè)或幾個(gè)原理同時(shí)作

25、用,,課程小結(jié),1、步態(tài)人體在行走時(shí)的姿態(tài)；是通過(guò)髖、膝、踝、足趾的一系列連續(xù)活動(dòng)，使身體沿著一定方向移動(dòng)的過(guò)程2、步態(tài)周期從足跟著地到同側(cè)足跟再次著地所經(jīng)歷的時(shí)間，分為站立相和擺動(dòng)相；功能為承受體重、單肢站立及向前邁步3、正常步態(tài)特征穩(wěn)定性、周期性和節(jié)律性、方向性、協(xié)調(diào)性、個(gè)體差異,課程小結(jié),4、步態(tài)分析目的 使假肢盡可能的像健康人的肢體那樣，以正確的方式自由的行走和穩(wěn)定站立；提高假肢的步行功能；比較不同種類的輔助具