高低节段脊髓损伤截瘫患者轮椅推进的生物力学特征

本研究探究损伤节段在轮椅推进过程中对肩关节负荷的影响,为揭示脊髓损伤患者慢性肩痛的生物力学机制提供理论依据。招募16名截瘫受试者(高节段截瘫组8名,低节段截瘫组8名)和8名健康人模拟轮椅推进活动,同步采集关节运动学、手推圈反作用力和上肢肌电数据,定量评价高、低损伤节段患者手推轮椅时上肢肌肉活动与手推圈反作用力差别,分析诱发慢性肩痛主要的生物力学因素。研究结果表明:各组受试者的推进相占比约为完整周期的前60%;各组间的肩、肘关节运动角度无显著差异;高节段截瘫组手推圈反作用力峰值显著低于低节段截瘫组(P<0.05);高节段截瘫组上肢肌肉表面肌电的平均幅值与积分值显著高于低节段截瘫组(P<0.05)。在轮椅推进过程中,两组患者的上肢运动习惯没有区别,高节段截瘫组的手推圈反作用力仅为低节段截瘫组的70%左右,但高节段截瘫组的肌肉激活程度约为低节段截瘫组的1.4~1.7倍,高节段截瘫组的肌肉做功效率更低。因此,手推圈反作用力的大小或许并非脊髓损伤患者肩痛的主要诱因,肌肉疲劳导致的慢性损伤可能才是高节段脊髓损伤患者肩痛高发的主要原因,也造成了发病率的差异。

建立脊髓损伤病人手动轮椅推进力的生物力学模型可行性分析

推进轮椅所带来的机械应力可能对手动轮椅使用者造成更加严重的伤害,因为过度使用关节的前端而不是后端肌肉会导致肌肉失衡。轮椅的驱动技术并不是很重要,也没有技术可以测量。我们所做的工作是用一个轮椅测力计和有17级转动自由度的生物力学模型,在推进过程中将动力参数分配给实验主体,这些自由度涉及到传感器连接的肩膀,胳膊肘,手腕关节,传感器都与确定的解剖部位相连。Visual C++做出的实时可视化3D骨骼模型可以反馈每一个解剖部位的动作,包括反映角度,速度和每个关节运动加速情况并制成数据图表。