大腿假肢的工作原理与制作方法毕业论文.doc

大腿假肢的工作原理与制作方法大腿假肢的工作原理与制作方法毕业论文 目 录摘 要2ABSTRACT3目 录4第1章 绪论5第2章 大腿假肢的概述72.1 假肢的基本知识72.2 大腿假肢的分类72.3 假肢制造的主要材料8第3章 大腿假肢的工作原理113.1 假脚与踝关节部件113.2 大腿假肢的膝关节机构123.2.1 人在行走中及其他活动中膝关节运动性能的要求133.2.2 常用的大腿假肢膝关节机构133.2.3 膝关节机构的分类143.3 大腿假肢的接受腔153.3.1 传统的插入式接受腔153.3.2 四边形全接触式接受腔153.3.3 ISNY接受腔163.3.4 CAT-CAM接受腔163.4 悬吊装置17第4章 大腿假肢的生物力学和制作方法184.1 大腿假肢生物力学184.1.1 坐骨承重大腿假肢184.1.2 坐骨包容式大腿假肢234.2 大腿假肢的制作方法和步骤254.2.1 全接触式坐骨承重大腿假肢的制作254.2.2 坐骨包容式接受腔的制作29第5章 大腿假肢未来的发展趋势33第6章 结论34谢 辞35参考文献36附 录37F.1 英 文 翻 译37第1章 绪论有史以来，随着人类社会的进步，对失去的东西进行补充，对弱的东西进行增强，从这个意义上说，假肢作为截肢者的必需品，是一直被人们苦心钻研的。使用假肢的最早记载是希腊历史家Herodotlis所记录的以下的事实：公元前848年，比利时军人Hegistatu被俘虏，当听到宣判死刑时，他自己截断了自己的下肢，以后又装了木制假肢，作为一个寓言家又再次活跃起来。在欧洲一些历史博物馆内可以看到15世纪的假肢，当时的假肢是由制造铠甲的武器制造者制作，所以这些假肢都是由铁材料制成的。17世纪才开始用木材制作假肢的接受腔，用金属制作假肢的膝关节，完成了假肢的一次大飞跃。这种方法在1839年传入美国，自然成了美式木制假肢发展的母体。南北战争的伤员Harger根据自己的经验，采用橡胶制的缓冲垫放在踝关节处，这就是今天后缓冲器的雏形。第一次世界大战中，德国战伤者中约有6.9万人成为了截肢者，这些人的社会康复问题刺激的德国假肢行业的发展。第二次世界大战后，美国、苏联、日本的假肢行业得到了很大发展，相继成立了假肢研究所、假肢工厂、职业辅导所等机构。随着工业的发展，采用合金、塑料等新型材料成功研制了各式现代假肢。而且在材料学、工程学发展的同时，在人体生物力学的启示下，提出了假肢解剖学适合和动态、静态对线这两大假肢装配的基本理论，使假肢作为一门学科有了长足的进步。我国假肢基础薄弱。解放前在上海、北京等大城市有英国和美国开办的假肢装配室，东北有日本人开办的假肢作坊，另外少数城市有私人开办的小作坊，比如北京的“万顺”上海的“天工”，他们主要为上层人士服务，平民一般无权问津。此时的假肢以皮革、铝材为主，属于传统假肢，功能不佳。解放战争时期，人民政府为了适应革命残废军人的需要，先后在华北、东北、华东解放区建立了假肢厂，其中第一所公立假肢厂于1945年由晋察冀边区政府在张家口建立，解放后，特别是1958年以后，陆续在全国各省建立了假肢工厂，初步形成了假肢装配网。随着1959年赴苏联考察组归来举办培训班，传达了苏联假肢装配的理论，促进了假肢装配的生理认识。在此基础上1964年内务部组织了对假肢的统一设计，为标准生产做好了准备。在70年代我国假肢行业出现了新变化，很多新产品得以投入使用。如液压腿、尼龙骨架式大腿假肢、静踝假脚、骨骼式假肢等，都显示了假肢的新进展。1979年以后，随着对外开放，引进了许多具有国际先进水平的假肢结构和装配工艺，使我国的假肢业有了一次新的飞跃，具体表现在以下几个方面：（一）假肢的结构、种类的更新：1、膑韧带承重小腿假肢的推广应用； 2、全接触式小腿假肢的装配； 3、骨骼式大腿假肢的研制； 4、聚氨酯假脚的研制成功。 （二）假肢接受腔材料工艺的改进 传统假肢的接受腔是用皮革、铝板、木材等制造，很难与残肢吻合，外型也不美观。近年在工艺、材料上有较大突破。普遍采用了科学的取型方法，在修好的石膏阳型上采用抽真空成型工艺，材料则使用丙烯酸树脂或不饱和聚脂，以涤纶纤维和玻璃纤维增强，由于这种工艺和材料的应用，才能制造出先进的全接触式假肢。 （三）假肢装配工具的科学化 近年来引进了西德的承重取型架、动态对线仪、组装仪。国内还研制了“大腿选位器”、“下肢对线调节仪”等。在先进装配理论的指导下，使用专门的器械，对科学的装配假肢迈出了可喜的一步。 （四）向综合康复迈进： 装配假肢仅仅是截肢者康复的一部份，近年来不仅在理论上统一了认识，而且许多假肢制作单位多开设了康复门诊、理疗、体疗、功能训练等项目，配合假肢的装配。各个医院也相继设立了义肢矫形科，这就把截肢者的综合康复向前推进了一大步，从而使假肢的功能得到更好的发挥。把假肢纳入综合康复的范畴，应当说，这是假肢概念的一大改变。本文分三个部分叙述了大腿假肢，第一部分简单写了大腿假肢的一些相关的基本知识；第二部分描写了大腿假肢的工作原理；第三部分描写了大腿假肢的制作方法等，本文重点论述了大腿假肢的工作原理和制作步骤，让人们更好的了解大腿假肢的知识，并且掌握一些基本的制作方法。第2章 大腿假肢的概述2.1 假肢的基本知识用于大腿截肢的假肢，适用于从坐骨结节下10cm至膝关节间隙上8cm范围内的截肢者。由于丧失了正常膝关节，大腿截肢后功能丧失较多，但装配上合适的假肢后，经过系统的使用训练，完全能以较好的步态步行。如果装配高性能的假肢，不但能骑自行车，而且能跑步和参加适当的体育运动。大腿假肢由假脚、踝关节、小腿、膝关节、接受腔、悬吊装置等几部分组成。由于大腿假肢的结构比较复杂，可采用不同的接受腔和膝、踝等关节件，故假肢的品种较多。（如图2.1）图 2.1 大腿截肢与假肢2.2 大腿假肢的分类1.按整体结构类型分大体可分为传统式大腿假肢和现代组件式大腿假肢，又可分为外壳式大腿假肢和骨骼式大腿假肢。传统式大腿假肢：采用外壳式结构，接受腔为圆锥形插入式，需用腰带悬吊。根据接受腔用材，传统式大腿假肢主要有铝大腿假肢和皮大腿假肢。这类假肢虽然制作成本较低，但其装配技术较为陈旧，接受腔的适配不尽合理，而且比较笨重，因此现在已基本上被淘汰，只为少数特殊需求的患者制作。外壳式组件化大腿假肢：组件化大腿假肢在是80年代以后发展起来的，初期多为外壳式假肢，膝关节采用块状结构。这种假肢采用树脂复合材料抽真空成形接受腔，全面接触，重点部位承重；膝、踝、足及其连接件采用标准件，便于组装、调整和维修。接受腔的口型按生理解剖要求制作，承重合理；接受腔下端装有排气阀，利用接受腔与残肢间的负压悬吊假肢（又称为吸着式大腿假肢），不用腰带等悬吊装置，穿脱方便。对于残肢状况太差或患者穿不惯吸着式接受腔的情况，也可做成不完全接触（尤其是残肢末端）的接受腔，再加腰带进行悬吊。骨骼式组件化大腿假肢：近代，组件式假肢普遍采用骨骼式结构，即标准组件化的关节、连接件、支撑件呈内骨骼状，外加装饰软泡和针织袜套，外形更加逼真。随着膝关节等组件的不断向多功能、高强度和轻量化的改进，假肢的性能也大有提高。2.按接受腔的型式分随着现代假肢装配技术的进步，大腿假肢接受腔的形式也在不断发展，目前主要有以下几种，可根据患者的需要选择。四边形接受腔大腿假肢：这是一种较早较为常规的吸着式大腿假肢，采用全面接触的四边形接受腔，坐骨结节承重，坐骨承重点在接受腔后上缘平台处。接受腔装有排气阀，利用接受腔与残肢间的负压悬吊假肢。ISNY大腿假肢：采用ISNY接受腔的大腿假肢。ISNY接受腔又称硬框式软接受腔，是将残肢收纳与体重支撑分离成两部分，采用有弹性的透明聚乙烯制作内接受腔，再与外部用碳素纤维复合材料制作的承重框架组合而成。这种接受腔富有弹性，同时也符合支撑体重传递力的要求，患者穿着较舒适、轻便。ISNY接受腔开始是在四边形接受腔的基础上发展起来的，近年来随着CAT/CAM大腿接受腔的推广也开始采用CAT/CAM型ISNY接受腔。国际上将这种CAT/CAM口型与ISNY框架结构结合起来的接受腔，统称为IRC接受腔（Ischial Ramal Containment Socket，坐骨支包容接受腔）。CAT/CAM大腿假肢：采用CAT/CAM接受腔（或IRC接受腔）的大腿假肢。CAT/CAM接受腔直译为轮廓内收的大转子控制对线接受腔，又称为坐骨包容式接受腔、内外径（M-L）狭窄式接受腔。从口型特点来看，这是一种纵向椭圆形接受腔，与常规的四边形大腿接受腔、即横向扁方形接受腔在形状和取型方法上都有很大区别。它是通过股骨内收和适当压迫残肢软组织并将其包容在接受腔内，增加了软组织（臀肌）和股骨的承重份量。CAT/CAM接受腔目前普遍采用ISNY框架结构，即制成IRC接受腔，其制作工艺要求较高。CAT/CAM接受腔的特点：没有明显的坐骨支撑平面，接受腔从内侧和后侧包容和支撑坐骨；接受腔的内外径相当窄，而前后径相当宽，成纵向椭圆形，股三角处的血管、神经避免了受压；接受腔外侧缘高过大转子，使股骨保持内收位，增加了接受腔的横向稳定性；接受腔除利用坐骨包容处和外侧大转子下部支撑外，还主要利用软组织和股骨承重，使力分布于整个残肢表面；接受腔受到合力的作用点趋近于髋关节中心，使之更接近于自然生理状态。所以这种接受腔穿戴更为舒适，比较容易控制假肢，尤其适合老年及有循环障碍的截肢者使用。2.3 假肢制造的主要材料假肢制造的主要材料包括金属材料、塑料、木材、皮革、植物等材料。为了便于各种假肢的特性，便于选择，需要治疗师具有一些主要的假肢材料知识。（一） 金属材料包括各种碳素钢、不锈钢、铝合金、钛合金等。金属材料的共性是都具有良好的机械强度、刚性和耐用性能，主要用于制造假肢的各种金属关节铰链。不锈钢的主要性能特点是其表面具有良好的防锈功能，而一般碳素钢制品表面都需要防锈处理。各种钢质假肢部件都具有体积小与良好的耐用性能，价格较低，但重量较大。铝合金假肢部件体积比例比钢质部件大一些，但重量轻，多用于体重较轻、活动水平不高的截肢者使用。钛合金是一种现代的高技术合金材料，重量既轻，机械强度、耐用性能又好，但是价格比较贵。1（二） 木材由于重量轻，容易雕刻，多应用椴木。椴木是传统假腿、假手制造的常用材料，特别是木腿，接受腔、膝、踝关节铰链、假脚芯等部件都是用木材制成的。为了防止木材部件变形，部件制作前，木材必须经过严格的干燥处理，制作后其表面必须做防湿处理。1（三） 皮革 分面皮、里皮、带子皮。传统假肢中的皮腿接受腔、大腿的皮上靿、腿的外形、假脚都用皮革制成。现代假肢皮革主要用于制造髌韧带小腿假肢的皮上靿，大腿假肢的腰吊带。1（四） 弹性橡胶1.天然橡胶 是一种天然植物分泌物中提炼的不定形物质，亦称为橡胶质。在这种物质中加入硫磺、过氧化物、催化剂、填料等材料进行模塑、硫化称为天然橡胶制品。天然橡胶在假肢制造中主要用于制造假脚和踝部活动的缓冲部件。这类制品便宜、耐用，但是都比较重。12.合成橡胶 近代合成橡胶已经得到广泛应用。合成橡胶种类繁多。目前假肢制造中应用最多的是聚氨酯合成橡胶弹性体，主要用于代替天然橡胶制造假肢的弹性部件、关节铰链的缓冲部件。合成橡胶是介于橡胶、塑料之间的一种材料。由于其泡沫体不但重量轻而且仍然具有相当良好的耐磨、耐拉伸性能，已经广泛应用于制造假肢。1（五） 织物假肢制造、装配、穿用中应用的织物种类很多。这里只简单介绍假肢制造中常用的织物。1.各种尼龙条带 多为白色，多用于制造各种上肢假肢的悬吊带。2.用于制造增强塑料用的各种增强袜套，包括：棉纤维袜套；腈纶袜套；涤纶袜套；玻璃纤维织物、袜套；碳纤维织物等等。3.弹性织物 多为聚氨酯弹性纤维织物，主要制造用于小腿假肢、大腿假肢的弹性悬吊套。4.装饰性外套织物 多用薄的皮肤颜色的尼龙丝袜套，用于假肢的外层，作为装饰性覆盖物如果在装饰性外套织物的外面再喷涂一层弹性的聚氨酯树脂，则假肢可以具有良好的防水性能。5.尼龙搭扣 主要用于悬吊装置的搭接。（六） 常用塑料材料1.热固性材料亦称层叠塑料。用于假肢制作的聚酯树脂可作为层压成型材料。聚氨酯泡沫是用途广泛的热固性材料，主要用于装饰性外表和衬垫。22.热塑性材料 品种很多，可塑性好，加工方便，可准确快速成形，已广泛用于假肢各个不同类型和部件上。（1）聚丙烯（PP）：热变形性能好，在135100h的蒸汽中消毒不被破坏，机械性能好，可用做热塑型聚丙烯承重接受腔，有更大的柔韧性，患者感觉非常舒适，已逐步取代传统的纤维加固的热固性材料。（2）聚乙烯(PE)：低密度聚乙烯主要在假肢中作柔性接受腔，半透明，耐低温，抗腐蚀，易加工，其硬度、加工性能均优于普通聚乙烯板材。（3）聚碳酸酯：Lexan是一种新型的透明热塑板材，由于其高刚性，高冲击强度，透明性好，可以对残肢直接观察，用于制作校验式模塑假肢等。（4）透明高温塑料：瑟林塑料具有独特的可弯性和透明性，它通常用于对疑难患者进行试穿检查的校验接受腔上，包括小腿截肢、大腿截肢和上肢截肢使用的校验接受腔，也可以当作临时性的和永久性的假肢接受腔。23.硅橡胶 硅橡胶属于特种橡胶，耐高温（300）及低温（100），绝缘性能优良，与皮肤有良好的生物相容性，在假肢中可做村套、美容性手指、功能性半足等。制作假手皮肤，手形、肤色和表面纹理都可按真手设计和制作。4.聚乙烯醇薄膜亦称PVA薄膜，无色、透明，易溶于水，可用其水溶液粘合边缘，再用热熨斗热合制造成聚乙烯醇薄膜套。这种套子放在湿手巾内20分钟后即可具有良好的延伸性能，主要适用于假肢层叠塑料接受腔真空成型制造中的分离层。5.记忆塑料 某些塑料有“记忆性能”，如在一定条件下拉伸，在拉伸形状下冷却，它们将保持这种拉伸形成的形状，直到被加热到一定温度。将阳型放进可热收缩的塑料半成品中，加热、软化、收缩、服帖于石膏型的轮廓，最后成型，在冷却、硬化时能保持不变。由记忆塑料收缩成型的假肢接受腔，比现有技术有更多的优越性。2 第3章 大腿假肢的工作原理 大腿假肢由假脚、踝关节机构、小腿部、膝关节机构、大腿部、接受腔、悬吊装置构成。（如图3.1） 本章就主要对假脚与踝关节部件、膝关节机构、接受腔和悬吊装置进行一些简单的工作原理的描述。图3.1 大腿假肢3.1 假脚与踝关节部件 假脚、踝关节，亦称下肢假肢的踝足机构，是各种小腿假肢、大腿假肢所共有的基本部件，种类很多，有各自不同的特点和不同的适用性。目前使用最多的假脚是固定踝关节的SACH脚和单轴多踝脚。近来假脚结构的发展有两个主要的方向，一是多轴动踝脚，其代表是德国产的Greissinger；二是“储能”假脚，为假肢的应用开辟了崭新的领域。1.单轴脚（single foot；图3.2） 单轴脚是一种动踝脚，主要机械部件式一根垂直于矢状面的旋转轴。假肢的小腿部分和脚之间可以围绕这根旋转轴作相对转动，从而实现假脚趾屈和背屈。在旋转轴的前后各有一块用硬橡胶做的弹性缓冲块，以适应假脚踝关节所受的趾屈和背屈力。假脚的主体部分是用木材制成的。其底面及前部脚趾部分则是用橡胶或聚氨酯材料制作的，因此称为木胶脚或聚氨酯脚。单轴动踝后方的趾屈缓冲块刚度较低，使得脚跟落地时的冲击力大部分被吸收，因此有助于提高膝关节的稳定性。通过调节前后缓冲块的弹性，可以使假脚适应不同截肢者的需要。脚趾部分在受力时的弯曲变形，使得行走较为自然、舒适。单轴动踝脚的缺点是单轴脚只能有趾屈、背屈运动，无法实现内、外翻及水平面上的转动，所以在不平路面行走时不能补偿其他方面的受力。与固定踝类的假脚相比，单轴动踝脚较重，其外观也不如固定踝假脚好。3图3.2 单轴脚2.万向脚（multi-axis foot） 通常是用一块可以允许任何方向运动的弹性块作为假脚小腿部分和脚之间的联接件，如图3.3所示的是最流行的万向脚Greissinger脚的基本构造，这种假脚能够减少假肢其他部件在侧向和水平面上的受力，实现内、外翻及水平转动，适合于截肢者在水平路面上的行走。其缺点是结构复杂，维修需求高，价格较贵，重量也大。3图3.3 万向脚3.定踝软跟脚(solid ankle cushion heel) 简称SACH脚。（图3.4）SACH脚与单轴脚不同，SACH脚没有一个活动的踝关节，假肢的小腿和脚是用螺栓固定在一起的。假脚整体用橡胶或聚氨酯材料制成，脚后跟处有一个楔形的弹性好的软垫。行走时，这一软垫起的作用与单轴动踝脚的趾屈缓冲块的作用相似，而类似于单轴轴背屈缓冲块的作用则是靠胶质假脚前掌部分的整体变形来实现的。假脚的整体都具有一定的弹性，SACH脚能允许一定的内、外翻和水平转动。由于结构简单，基本上不需要维修，它的重量很轻，因此降低了运动时的能量消耗；SACH脚的外观可以做得与真实的脚一样，在脚和小腿之间没有像动踝脚那样的缝隙。SACH脚的缺点是她不能像单轴脚一样很方便地调整脚的趾屈和背屈角度，如果后跟硬，对不平路面上的行走，穿SACH脚的稳定性不如万向脚好。随着橡胶等材料的老化，SACH脚会逐渐失去弹性，脚前部趾跖关节处也会因反复折曲而断裂。1图3.4 SACH脚4.“储能”脚（图3.5） “储能”脚为SACH脚的变种，属于固定踝类的假脚，其样式很多。图3.5A表示了Seattle“储能”脚的内部结构。其最主要特征是有一个用特殊弹性材料做得脚芯，称为“龙骨”，其外面用橡胶或聚氨酯铸成脚的形状。“储能”脚是为了适应截肢者运动的需要而发展起来的。使用弹性“龙骨”是为了让假脚具有良好的回弹性或称“储能”性。这样假脚就能在运动时对人有一个助力，部分地代偿截肢者所失去的腿部肌肉的功能。世界上著名的“储能”脚有美国的FLEX脚（图3.5F），由碳纤材料制作，质轻、回弹性好，适合于下肢运动员跑、跳运动。1图3.5 “储能”脚A.Seattle脚; B.Sten脚; C.Dynamic脚; D.Rax脚; E.Quantum脚; F.Flex脚3.2 大腿假肢的膝关节机构 人体膝关节由股骨下端、胫骨上端和髌骨构成。股骨的内、外侧踝分别与胫骨的内、外侧踝相对。由于股骨下端和胫骨上端相接触表面形状不规则，在膝关节屈曲或伸展过程中，两表面间既有滚动又有滑动。因而，在人体步行过程中，大、小腿的长度是变化的，膝关节的速度瞬心也是时变的。假肢在后跟着地时以及站立期时，会出现不自主地打弯，对此，我们可以通过很多方法来控制假肢关节的安全性：行走时锁住膝关节；将膝旋转点后移；通过承重自锁；采用多旋转点的多中心技术；采用液压式屈曲控制。5 3.2.1 人在行走中及其他活动中膝关节运动性能的要求1.稳定性要求即膝关节在受力条件下要稳定，不能打弯造成截肢者跌倒。2.助伸要求在向前迈步时要能够代偿股四头肌的功能，带动小腿向前摆动，不能使小腿落后于大腿。3.摆动控制要求在摆动中期要能使小腿加速，摆动结束时要能使小腿减速。不让腿伸直时有过大的冲击，引起膝关节的碰撞声。另外还有体积小、重量轻、强度大、寿命长等要求。3.2.2 常用的大腿假肢膝关节机构为了满足上述要求，人们设计出了各式各样的膝关节机构。最简单的膝关节机构为一个自由摆动的单轴关节。复杂一点的膝关节有可调定摩擦摆动控制膝关节；有模拟真实膝关节转动轴心瞬间变化的四连杆机构关节；有承重自锁关节；更复杂的还有液压或气动控制的关节；最先进的是微机控制的膝关节机构。1. 假肢膝关节的支撑期稳定控制机构（1）手控的带锁膝关节：是最简单的控制膝关节站立稳定性机构。一旦锁上，膝关节就保持在伸直的位置上，不能屈曲，绝对地保证了膝关节的稳定。当需要坐下时，必须用手把膝锁打开。（图3 .6） 图3.6 带手控制的膝关节A 前方按压式带锁膝关节；B 外侧插销式带锁膝关节（2）力线封锁：是传统上最常用的保证膝关节支撑稳定性的方法，即在假肢装配对线时使膝关节轴线位于假肢承重力线的后方，靠重力的作用使膝关节在支撑期的前段和中段保持稳定。根据截肢者活动程度和控制能力不同，对力线偏移调整的要求也各不相同。（3）承重自锁机构：一般有两个可以相对运动的摩擦面，在平常状态下不接触；当假肢支撑重力时，靠重力使摩擦面压紧，摩擦力就阻止了进一步的相对运动（图3.7）。设计得好的承重自锁机构能使膝关节在有一定屈曲角度时仍保持稳定。如果假肢承重不足，则稳定性不能保证。图3.7 各种承重自锁机构原理（4）液压或气动传动的支撑期稳定机构2.假肢膝关节摆动期控制机构传统的膝关节摆动期控制方法是利用滑动摩擦阻尼，即让膝关节相对运动的表面具有一定得摩擦力。在摆动初期，大腿前摆，小腿落后，膝关节有屈曲运动趋势，摩擦力对抗这一运动趋势，帮助带动小腿前摆；而在摆动末期，大腿停止前摆，小腿由于惯性继续摆动，膝关节呈伸展运动趋势，摩擦力则对抗此趋势，使小腿的摆动减速。这种摩擦阻尼是不随运动速度大小而改变的，因此对于一定的行走速度，有一个最佳的阻尼状态；如果希望很快地或很慢地行走，则有必要调整阻尼的大小。目前假肢膝关节也关节也采用气压、液压阻尼的方法来实现膝关节摆动期控制。图3.8 是一个较典型的液压摆动期控制机构，它由一个液压缸来提供控制膝关节摆动所需要的阻尼，与机械摩擦阻尼不同，液压阻尼的特点是与运动速度成正比，因此它可以较好地适应步行速度的变化，大大改善摆动控制的性能。1图3.8 两种典型膝关节液压摆动期控制机构3.膝关节助伸装置助伸装置的主要作用是帮助小腿向前摆动，部分地代偿四头肌的功能，减少行走能量损耗。助伸装置有内、外两种形式。外助伸装置一般是简单的弹性带，装在膝关节前方。内助伸装置通常是弹簧。内助伸弹簧的起止位置经特定设计，使得弹簧在屈膝超过一定角度时不再助伸而助屈，保证坐下时膝关节保持稳定。3.2.3 膝关节机构的分类 如表3.1 所示表3.1 按功能、结构膝关节机构的分类3.3 大腿假肢的接受腔 接受腔是能将残肢舒适地收纳在其中，并能将作用力有效地传递到假肢远端部位的人体-机械系统的界面部件。2大腿假肢的接受腔主要有传统的插入式接受腔、四边形全接触式接受腔、ISNY接受腔、CATCAM接受腔等等。3.3.1 传统的插入式接受腔传统的插入式接受腔：末端是开发的，传统假肢中的铝大腿，上皮下铝大腿仍用此种接受腔，往往不能确保坐骨承重；常用加橡胶圈的方法减轻耻骨联合部位的压迫，但仍然常引起该处皮肤损伤。3.3.2 四边形全接触式接受腔 四边形全接触式接受腔（total contact quadrilateral socket），常称为吸着式接受腔（suction socket；图3.8）。这是一种内外径大，前后径（ML径大于AP径）的接受腔。由于前后径小，在其前壁相当于股三角部位适当压力可以保证坐骨结节落在后壁上缘的坐托上。接受腔有四个凹陷，不会引起内收长肌起点、股直肌、臀大肌、腘绳肌过分压迫和限制肌肉的收缩。这种接受腔与残肢全面接触，既分担了坐骨承重又起到了良好的悬吊作用，是目前广泛使用的接受腔。1A B图3.8 大腿残肢、四边形接受腔的横截面A.坐骨结节下方残肢横截面（右腿）；B.坐骨结节下方接受腔的设计（四边形接受腔）3.3.3 ISNY接受腔ISNY接受腔（icelandic swedish-new york socket），形状上采用四边形全接触接受腔，只是接受腔结构分内、外两层。内接受腔为透明柔软聚乙烯制成，外层接受腔为碳纤维复合材料制成的承重框架。由于内接受腔柔软，穿着舒适，不妨碍某些肌肉运动。（图3.9）图3.9 ISNY接受腔3.3.4 CAT-CAM接受腔 CAT-CAM 接受腔（contoured abducted trochanter-controlled alignment method socket；图3.10）。20世纪70年代已发现四边形接受腔的缺点：（1）当承重时由于残肢外展的力量使坐托位置外移（图3.11）。（2）当屈髋位，足跟着地时坐骨不能承重。为此美国J.Sabolich 提出ML径小而AP径大，坐骨内侧面与大粗隆下部同时承重的接受腔。他命名CAT-CAM接受腔，许多国家在试用中，已不断有了新的发展，如：坐骨包容式接受腔，亦称IRC接受腔（ischial ram containment socket）。1图3.10 CAT-CAM接受腔图3.11 四边形接受腔与CAT-CAM接受腔的受力比较3.4 悬吊装置 1.腰带、挡带、大头带的悬吊 适用于传统的皮腿、铝腿假肢悬吊。2.希莱森腰带（Silesian belt）是用布或皮革制成，可与吸着式悬吊合用。腰带简便，使用舒适，有一定得控制假肢旋转的功能。缺点是不吸着式悬吊省事。（图3.12）图3.12 希莱森腰带的三种形式A. 单带型 B. Y型带型 C. 腰带型3.吸着式悬吊 接受腔底部安装气体阀门，当接受腔承重时残肢向下挤压，排出底部空气。当提起假肢时，底部出现负压，使假肢吸着在残肢上。这种假肢不需另外悬吊装置，使用方便，但当残肢周长减小时会使假肢漏气、脱落。第4章 大腿假肢的生物力学和制作方法4.1 大腿假肢生物力学 4.1.1 坐骨承重大腿假肢一.大腿假肢的力学原理（1）静力的传递正常人在双腿站立时，体重通过两侧的髋关节传递到双下肢骨骼上。如图4.1所示。截肢后，边种静态被打破（图4.2）。为重新维持人体平衡，必须在截肢侧用假肢进行支撑。穿上假肢后，假肢侧受力如图4.3示。 图4.1 正常人平衡状态力传递原理 图4.2 单侧大腿截肢后平衡被打破图4.3 穿上假肢后的受力坐骨承重大腿假肢主要以坐骨支撑来承受重力。这与正常人的体重经由髋关节来传递的模式不同。作为主要的传递力的区域，坐骨结节位于髋关节的内侧与后方。作用在接受腔上的合力矢也因此偏内偏后。这对接受腔的静态对线具有重要的意义。4（2）步行时假肢受力分析跟着地如果不考虑步行时因重心移动产生的惯性，那么，在假肢侧跟着地时，在重力和地面反作用力的作用下，产生了使髋关节屈曲的力矩。另外，由于负荷线经过假肢膝关节的后方，由此产生使膝屈曲的转矩，导致打软退（图4.4）。图4.4 合外力线位于膝轴后方，产生屈膝力矩图很明显，由于这两个转矩的共同作用，极大地加强了髋关节和膝关节产生屈曲的可能。为了对抗作用在两个关节上的屈曲力矩，截肢者利用髋关节伸肌收缩产生的伸髋力矩来防止关节的屈曲，保证膝关节的稳定。另外，经临床经验表明，重心移动的惯性也对防止膝屈曲有帮助。在伸髋肌作用下，接受腔与残肢之间会产生如图4.5所示的位移现象，从而使残肢前方近端和后方远端受压。为了防止接受腔上缘顶住残肢产生疼痛，应该将接受腔上缘做成缓和的喇叭口状。再有，为了使残肢的动作准确地传递到假肢上，应对接收腔前方外侧股四头肌部位和前方内侧股三角部位加以适当的压迫。图4.5 伸髋肌收缩时，残肢对接受腔的力的作用支撑前期至支撑中期在这一时期，身体重心从腱侧移向假肢侧。易造成假肢向外侧偏移。骨盆有向腱侧倾斜的趋势。髋关节外展肌群的作用可以防止这种运动。但是，髋外展肌作用会造成接受腔和残肢间的位移，使残肢内侧近端和外侧远端产生压迫。（图4.6）图4.6 外侧肌收缩时残肢作用在接受腔上的力支撑中期到支撑后期支撑中期以后，重心开始向腱侧移动。减少了外侧的不稳定性。此时，身体重心逐步向前移动，位于膝关节前方。地面反作用力如图4.7所示。它的作用使膝关节过伸，起稳定膝关节的作用。图4.7 支撑中期后，外力作用线位于膝关节前蹬离期至摆动前期在这一时期，外力的作用使膝关节处于稳定状态。为了将假肢向前迈出，需要髋关节施加屈曲力。此时残肢与接受腔之间产生如图4.8所示的力。残肢的后方近端和前方远端受到压迫。图4.8 屈髋时残肢作用在接受腔上的力摆动后期摆动后期是跟着地时期的准备阶段。在这个时期，没有特别的肌肉活动和重心移动的作用。（3）大腿假肢的稳定性侧向稳定性假肢站立期，重力作用产生使骨盆向健侧倾倒的力矩。与之相对抗的，只有髋外展肌收缩产生的对抗力矩。两者大小相等时，便可以保持骨盆的侧内稳定。除了稳定骨盆的作用外，外展肌收缩时，股骨有以髋关节为轴向外展的趋势，并产生对接受腔外侧壁的压力。相对地，接受腔外侧壁对残肢产生反作用力。该力具有支撑重力的作用。然而，由于股骨外侧被软组织覆盖，接受腔外侧壁对股骨施加的压力，在某种程度上被吸收。因而对外侧的稳定作用会降低。截肢后，外展肌力减弱，股骨长度变短造成作用的杠杆臂减小，这些都对假肢的侧向稳定带来不利影响。因此必须通过改变接受腔形状以及设定接受腔对线的方法来获得髋关节外展肌力，即获得侧向稳定性。 图4.9 假肢侧向稳定性的受力分析图4.9为受力分析图。为保持假肢侧向稳定，必须满足平衡方程：WBC=12（FDE） F=2WBCDE （4-1）从中可以得出，接受腔外侧壁的反作用力F的大小，与股骨长度成反比。股骨越短，F值增大，压力也越集中。大腿假肢的前后方向的稳定性大腿假肢的前后方向的稳定性，主要表现为膝关节的稳定性。膝关节稳定性可按照图4.10进行分析。图4.10 假肢跟着地时期受力分析大腿假肢最容易发生膝不稳定的时期是假肢跟着地时期。此时人体重力从健侧腿向假肢侧转移。来自假肢的地面反作用力位置偏后，易产生使膝屈曲的屈膝力矩。因此我们以此时刻来分析假肢的稳定性。跟着地后，在伸髋肌作用下产生的伸髋力矩，维持假肢的稳定。根据平衡方程，伸髋肌的伸以假肢为研究对象得到髋力矩MH为：MH=HL (4-2)以膝关节为研究对象，得到：MK=PdHh （4-3）由方程（a）和（b）得到： MH=LH（Pd MK） （4-4）该方程即为Radclitte膝方程。其中，MH为肌肉作用的伸髋力矩，MK为假肢膝关节对抗屈曲的机械摩擦力矩，L为髋关节的高度，h为膝关节高度，d为髋关节和脚跟后端连线到膝旋转中心的距离，P为与人体重量有关的作用力。从膝关节稳定方程可以看出，膝关节的稳定性可以通过髋关节伸肌来控制。若髋伸肌力量不足时，则需要通过假肢的对线改变方程中的其它参数来弥补。如对线时将膝关节后置，也即减小d值，那么病人就可以以较小的肌力来控制假肢的稳定。采用摩擦止动膝关节，也即增大MK值，病人也可以容易地控制假肢的稳定。也就是说，假肢膝稳定性提高了。4二.大腿假肢静态对线（1）接受腔的静态对线接受腔静态对线的目的，是为了在假肢装配时确定接受腔的空间位置。接受腔静态对线参考线是以假肢静态平衡为条件，根据接受腔所受合力的力矢来确定的。进行对线采用的方法是，先在坐骨圈平面上找出对线参考线，再根据残肢情况确定接受腔的屈曲与内收角度。这样，接受腔在空间中的位置便被确定了。横向椭圆接受腔中，坐骨支撑区域承受主要的负荷。同时，整个坐骨圈部分也都起着承重面的作用，承受着部分负荷。由于这种负荷分配关系，在静力状态下，作用在接受腔上的合力力矢的位置向位于内侧和后侧的坐骨支撑区。对线的参考线也偏向内侧和后侧，靠近坐骨支撑的方向。图4.11示为为横向椭圆接受腔的坐骨圈截面图。取坐骨圈内侧缘与外侧缘中点的连线作为坐骨圈的横轴。将与横轴垂直且将横轴划分为内40、外60的垂线作为接受腔的前后对线参考线（A-P线）。将横轴根据接受腔的体积、屈曲角度、髋伸肌的力量及患者个人的稳定需要向后平移0.5-2cm，便得到内外侧的对线参考线（M-L线）。内外侧对线参考线向后平移越多，假肢的稳定性越高。4图4.11坐骨圈平面内横向椭圆接受对线参考线接受腔的屈曲和内收对假肢装配有着很大的影响。接受腔的内收对线既符合股骨内收的生理状态。同时给外展肌能更有效地发挥作用，维持假肢侧向稳定。同样的道理，接受腔的屈曲对线，给接受腔一定得初始屈曲角度，有利于发挥髋伸肌的功能，维持假肢膝关节的稳定。接受腔的屈曲和内收角度的大小应视残肢条件而定。对于中等长度残肢，对线时接受腔屈曲5，内收5。残肢越长，病人用于控制假肢的杠杆越长，拥有的肌肉越多，肌力越强，控制和稳定假肢的能力越强。在接受腔与假肢的对线时应考虑到充分发挥病人长残肢的优势，适当增加假肢的灵活性。对于短残肢，宜适当增加接受腔的初始屈曲角度。4（2）大腿假肢的静态对线假肢静态对线，是指在三维空间内确定接受腔、膝关节、踝关节与假脚的相对位置关系。它们之间的相对位置关系可以用对线参考线来描述。大腿假肢的对线参考线是一个假想的矢量。它与假肢在静力状态下受到的合力力矢是一致的。这个假想的矢量可以通过额状面和矢状面的交线来表示。在对线仪上，借助双铅垂线来确定这两个平面。位于前侧的铅垂线被称为前垂线（或a线），位于后侧的铅垂线称为后垂线（或P线）。相应地，还有内侧垂线（或m线）和外侧垂线（或L线）。前垂线和后垂线确定矢状面，内侧垂线和外侧垂线确定额状面。由于对线参考线本事并不存在，它只有通过在假肢上的投影才能表示出来。我们可以借助对线仪上的双铅垂线来确定它在假肢表面上的投影。观察额状面对线的时候，前垂线与后垂线重叠时，它们在假肢上的投影即为我们所称的额状面对线。观察矢状面对线的时侯，内侧垂线和外侧垂线重叠时它们在假肢上的投影即我们所称的矢状面对线。只有这样观察，才能真实地反映出假肢对线的参考线。这样，我们可以在对线仪上确定接受腔、膝关节、假肢之间的相对位置。在考虑鞋跟高的前提下，将踝关节与膝关节保持水平。然后从前后内外观察假肢对线。额状面内前侧对线：经过大拇趾中间、踝关节中点、膝关节中点、接受腔的前后对线参考线。额状面内后侧对线：经过假脚后踝中点、踝中点、膝关节中点、接受腔的前后对线参考线。矢状面内内外侧对线：经过假脚与膝关节的对线参考点、接受腔内外对线参考线。由于假脚与膝关节种类繁多，对线规制也各不相同。各生产厂家均给出了特定的对线参考点。假肢装配对线时，应根据厂家的推荐值及病人实际情况进行对线或作适当调整。以单轴定摩擦膝关节为例，说明假肢静态对线。其中，膝关节与假脚的前后位置（矢状面内）还可根据稳定性要求作适当调整。假脚的前移或膝关节的后置均可提高膝关节站立状态的稳定性。反之，假肢稳定性降低，但易于进入摆动。三.大腿假肢静态对线的调整让截肢者穿上假肢、双脚分开5-10cm自然站立，双腿平均承受身体的重量。然后对假肢进行检查及静态对线调整。检查时，首先判断接受腔的适配情况。由于接受腔适配不良引起的问题，只有通过修改接受腔来解决。企图用对线调整来解决这类问题是徒劳的。在确定接受腔适配之间，再进行静态对线的检查及调整。4.1.2 坐骨包容式大腿假肢一接受腔坐骨包容式接受腔I.R.C.Socket由NSNA，CAT-CAM等接受腔发展而来。因其口型形状成纵向椭圆，故又称作为纵向椭圆接受腔。人们通过对坐骨承重式大腿假肢的研究，提出了对横向椭圆接受腔进行改进的两种基本思考。一是怎样保证股骨在接受腔内的内收；一是怎样避免接受腔在残肢上的内外移动。人们在研究中发现，绝大多数患者在穿着坐骨承重式大腿假肢双腿站立时，其残肢股骨总是向外偏转。生物力学的理论以及假肢装配的实验都表明，股骨在接受腔内的内收对截肢者达到减少步行能耗具有非常重要的意义。因此，设计一种新的接受腔，股骨的内收应充分可靠地得到保证。人们还发现，在坐骨承重式大腿假肢中，由于坐骨支撑转动点与髋关节转动点不重合，且残肢在接受腔内沿内外方向尺寸大、肌肉软组织多，因此接受腔在横向力作用下会发生内外方向的移动。新的接受腔也应该避免这种现象发生。基于这两种基本思考，人们设计了前后方向相当宽而在内外方向相当窄的纵向椭圆接受腔。它不再是仅有坐骨底面的平面支撑，而是从背侧和内侧来包容和支撑坐骨。接受腔外侧缘升高，超过大转子，支撑在臀肌上，产生向内的作用力。它与坐骨包容处产生向外的作用力及作用于股骨使其收力构成三点力的系统（图4.12示），使股骨保持内收，并阻止骨盆内外移动。图4.12 使髋关节内收三点力系作用原理接受腔前后方向变宽，避免了对股三角的压迫。因此也不会因对神经血管施加压力而造成对线肢的伤害。所以这种接受腔尤其适合老年截肢者及循环障碍病人。对坐骨结节及坐骨支的包容是这种接受腔的特点。为了理解接受腔包容坐骨的结构形式，了解骨盆的解剖结构及形状是十分必要的。从内侧观（图4.13a），可以清楚地看到坐骨支从坐骨结节到耻骨支、耻骨结节的走向。接受腔在从内侧包容坐骨支的时候，一定要避免耻骨受压。由于男女生理的差异，男性骨盆与女性骨盆的形状不同（图4.13b）。从正面看，女性骨盆宽且平，耻骨角度较大。男性骨盆较窄，耻骨角度较小。在垂直方向上，女性的耻骨与坐骨结节的高度差则小于男性，坐骨支从坐骨结节到耻骨联合呈比较平缓的上升趋势。从尾侧向颅侧看，女性骨盆的坐骨支的夹角也比男性大；骨盆结构形状，决定了接受腔包容坐骨的形状。 图4.13a 髋骨内侧观 图4.13b 男女骨盆比较在设计纵向椭圆接受腔的时候，考虑到了内后侧的坐骨包容及外侧的大转子下支撑。它们几乎是在相同的高度作用着一对水平的力。由此可以防止接受腔在残肢上的内外移动，保持接受腔在残肢上的稳定。这两处骨性标志，界定了接受腔口型的内外宽度。因此它们又被用来作为确定接受腔内外宽度的骨性尺寸。坐骨结节下5cm左右，在额状面内测量从内收肌群到外侧股骨的宽度为内外软组织尺寸。（图4.14）。借助这个尺寸，用来确定接受腔的适配。骨性尺寸与软组织尺寸的差别，则说明了病人软组织的状态。软组织尺寸小于骨性尺寸表明患者肌肉软组织较弱。图4.14 骨性宽度与软组织宽度接受腔的结构和形状的变化，使力的传递也发生了重大的变化（图4.15）。接受腔受到的合力，更加趋于指向髋关节中心。这种静力关系更接近