大腿假肢(Above -Knee Prosthesis)

六、大腿假肢(Above -Knee Prosthesis)

近年来国际上称为经股假肢(Transfemoral Prosthesis)。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。(图1-4-16)

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图1-4-15 现代膝关节离断假肢

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图1-4-16 大腿假肢

(一)大腿假肢的膝关节机构

1.人在行走及其他活动中对膝关节运动性能的要求

(1)稳定性要求: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:在向前迈步时能够代偿股四头肌的功能,带动小腿向前摆动。

(3)摆动控制要求:在摆动初期,大腿前摆,小腿落后,脚后跟不能抬得过高;在摆动中期能使小腿加速;摆动结束时能使小腿减速,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。

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的摆动控制膝关节,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的机构。一旦锁上,膝关节就保持在伸直的位置上,不能屈曲,确保了膝关节在站立和行走时的稳定。当需要坐下时,用手把膝锁打开,膝关节可以弯曲。(图1-4-17)

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图1-4-17 带手控锁的膝关节
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,即在假肢装配对力线时使膝关节轴心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。根据截肢者的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;当假肢支承重力时,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1-4-18)。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。

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图1-4-18 各种承重自锁机构原理图

④液压或气压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的摩擦力。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,则有必要手动调整阻尼的大小。目前假肢膝关节也采用气压、液压阻尼的方式来实现膝关节摆动期控制。图1-4-19所示,是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,液压装置提供液压阻尼是通过控制在连接上下缸体中间油路上的节流阀的流量来控制活塞上下移动的速度实现的,达到控制膝关节的转动速度。液压阻尼与运动速度成正比,因此它在一定的速度范围内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。

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图1-4-19 两种典型膝关节液压摆动期控制机构原理图(https://www.daowen.com)

(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,部分地代偿股四头肌的功能,减少行走能量的损耗。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,外挂在膝关节前方;内助伸装置通常是使用弹簧,装在膝下的管子内。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,保证坐下时膝关节的稳定。

3.按功能、结构膝关节机构的分类:如表1-4-1所示。

表1-4-1 按功能、结构膝关节机构的分类表

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(二)大腿假肢的接受腔

1.传统的插入式接受腔:末端是开放的,传统假肢中的铝大腿、上皮下铝大腿使用此种接受腔,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。

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图1-4-20 大腿残肢、四边形接受腔的横截面

2.四边形接受腔(Total Contact Quadrilateral Socket):常称为吸着式接受腔(Suction Socket)(图1-4-20)。这是一种内外径大,前后径小(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,合理的制作不引起内收肌起点、股直肌、臀大肌、腘绳肌过分压迫和限制肌肉的收缩。这种接受腔的承重部位是坐骨结节和大腿上部周围的肌肉组织。接受腔底部可根据残肢的实际情况设计成与残肢末端全面接触,通过负压作用起到良好的悬吊作用。四边形接受腔是目前广泛使用的接受腔。

3.ISNY接受腔(Icelandic Swedish—New York Socket):形状上采用四边形或坐骨包容式全接触接受腔,接受腔结构上分内、外二层。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,不妨碍残肢肌肉运动。(图1-4-21)

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图1-4-21 ISNY接受腔

4.CAT-CAM接受腔(Contoured Abducted Trochanter-Controlled Alignment Method Socket):(图1-4-22)

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图1-4-22 CAT-CAM接受腔

早在上世纪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1-4-23);(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(ML径小于AP径)的接受腔,使坐骨内侧面与大粗隆下部同时承重,同时后壁上沿包住坐骨结节。他命名为CAT-CAM接受腔,目前许多国家在使用中不断摸索,又有了新的改进和变化。由于该类接受腔的特点是包容坐骨,故现在统一命名为坐骨包容式接受腔,亦称IRC接受腔(Ischial Ram Containment Socket)。

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图1-4-23 四边形接受腔与CAT-CAM接受腔的受力比较

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图1-4-24 希莱森腰带的三种形式
A.单带型 B.Y形带型 C.腰带型

(三)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,有一定的控制假肢旋转的功能。缺点是不如吸着式悬吊省事。(图1-4-24)

3.吸着式悬吊 接受腔底部安装单向气体阀门,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。这种假肢不需另外的悬吊装置,使用方便,但当残肢萎缩时,周长会减小,使假肢漏气、脱落。