截瘫是由脊髓损伤所造成的双下肢严重残疾,近年来的发病率呈显著上升趋势。相关研究表明,功能性电刺激(FES)技术在截瘫移动能力的恢复方面有良好的效果,有望得到广泛的临床应用。本质上 FES 都是利用短暂电脉冲来刺激腿部肌肉产生行走,但具体的行走效果却可能因 FES 模式或辅助条件的不同而千差万别,如何准确全面地分析评估这些行走效果已经成为指导有效 FES 使用的急待解决的临床课题。尤其是在行走效果的稳定性分析方面,目前的研究水平非常有限,方法上也很不成熟,急需深入开展。 本研究尝试利用基于危势轨迹图(RTG)的新方法来分析截瘫 FES 行走的稳定性。新方法的基本思路是借助可以衡量出行走稳定性需求的步行器倾翻指数(WRI)作为评估因子,结合相应的时空定位,形成稳定性的形态学曲线 RTG来直观显示截瘫行走过程中的稳定性状况,其主要构件为一套专门设计的步行器测力系统,该系统可以通过安装在步行器框架上的 12 导联应变片电桥网络及后续电路,实时获得患者施加在步行器上的柄反作用矢量(HRV)数据,然后经后续相应计算转化为 RTG 来显示。其中,为避免对患者行走效果产生其它附加影响,系统的测量采用间接方式,并通过对有关步行器结构的有限元分析、力学理论推导、冗余-优化算法、应变片位置选择等几方面进行的研究和设计,最大程度地保证了结果的真实性。 相关的系统校准和临床测试实例显示新方法具有准确实用的特点,其中测力系统非线性误差、交互干扰和力学精度误差分别小于 2.901%、3.188%和1.01%,在香港大学玛丽医院截瘫康复中心和根德公爵夫人儿童医院步态实验室进行的多例受试者 FES 行走测试结果则验证了新方法在临床应用层面上的可行性。初步研究表明新方法在截瘫 FES 行走稳定性分析方面有很好的临床应用前景,并有望为下一步制定针对 FES 有效使用的相应国家级康复标准奠定基础。 本研究中的创新性主要体现在: ①首次提出了 RTG 的概念和基于 RTG 的截瘫 FES 行走稳定性分析新方法,弥补了传统截瘫 FES 行走效果评估研究在这方面的不足; ②首次提出了以 WRI 作为衡量截瘫 FES 行走稳定性的指标,并根据对步行器使用的相关力学分析,给出了具体的定义计算公式; I<WP=4>③首次提出了自体相对坐标系的概念,并根据临床实际建立了适宜研究的截瘫体干简化力学模型,用以指导 RTG 在自体相对坐标系中的空间定位;④首次运用有限元分析方法从理论上对标准步行器结构进行了相关受载测试,计算结果为步行器测力系统应变片的定位提供了良好的理论依据,并有望为今后步行器结构再设计提供新思路;⑤首次设计出了 HRV 的间接测量方法,并从理论上系统论证了其可行性。间接法有效地解决了直接测量对截瘫患者 FES 行走的影响问题,保证了 HRV 测得值的真实有效性;⑥首次建立了基于 HRV 间接测量的步行器测力系统,系统以安装在步行器框架上的 12 导应变片电桥网络为核心,并通过冗余-优化算法原理进行了静态标定,相关的系统硬件和软件部分均初步具备了在临床实际操作层面的方便实用性。本研究是由香港陈廷骅基金会、余兆麒医疗基金(202206)、香港大学种子基金(2003/2003)以及天津市重点学科建设基金(2000-31)共同资助项目,相关研究成果已经开始在临床上配合截瘫 FES 训练计划得到初步应用。