非微处理器控制膝关节机制的临床与生物力学证据系统评价，以及膝关节选择的实际建议

《JPO: Journal of Prosthetics and Orthotics》：Systematic Review of the Clinical and Biomechanical Evidence for Nonmicroprocessor-Controlled Knee Mechanisms and Practical Recommendations for Knee Selection

本研究通过系统综述非微处理器控制膝关节（NMPK）的临床和生物力学证据，旨在为临床选择提供建议。纳入28项研究（1048名参与者），发现现有证据有限且方法学质量普遍较低。建议根据患者残肢功能和移动能力（K-level）选择NMPK机制，并考虑技术因素弥补知识空白。 locked knees稳定性最佳但功能受限，适用于K1-K2患者；多轴膝关节（≥5轴）在非平坦地形表现更优，但跌倒风险增加；液压 stance控制可提升复杂地形通过性，需结合患者残肢控制能力评估。

　　非微处理器控制假肢膝关节（NMPKs）是截肢者恢复行走功能的重要组件，其在临床应用中的证据基础相较于微处理器控制假肢膝关节（MPKs）而言仍显不足。尽管MPKs在减少跌倒和提升步行速度、步态对称性、患者自我报告的移动能力和生活质量等方面表现优异，但NMPKs在某些特定人群和经济条件中仍具有重要地位。由于商业保险的覆盖范围、患者的经济状况以及个人偏好，NMPKs仍然是许多低收入和中等收入国家中截肢者的唯一可选方案。因此，有必要对NMPKs的临床和生物力学证据进行系统性回顾，以提供更具指导意义的临床建议。

本研究通过系统性文献综述，评估了28项涉及NMPKs的临床和生物力学研究，涵盖了1048名参与者。研究结果表明，大多数研究的方法学质量处于中等或较低水平，这使得无法进行荟萃分析。尽管如此，研究仍能够归纳出29项证据陈述（ES），涵盖七种NMPK的站立控制机制和四种NMPK的摆动控制机制。这些证据陈述为根据患者的移动能力和安全需求选择合适的NMPK提供了实用的指导建议。同时，研究还填补了临床证据中的知识空白，结合了合理的生物力学和技术考量，以支持更精准的推荐。

### 非微处理器控制假肢膝关节的临床证据

#### 1. **锁定假肢膝关节（Locked Knees）**
锁定假肢膝关节仅在平地行走方面有相关研究。在两项中等方法学质量的前瞻性临床试验中，共涉及28名参与者，结果显示锁定膝关节在行走速度、步行距离和心率增加方面优于摩擦刹车膝关节。此外，一项高质量的回顾性分析研究显示，锁定膝关节的跌倒率最低，与MPKs相当。然而，由于缺乏对非平地行走的评估，锁定膝关节的临床证据仍有限。对于K1和低K2的患者，锁定膝关节可能是更安全的选择，尤其是在康复初期，患者需要建立对假肢的信心时。但年轻且活动能力较强的K2患者可能更倾向于使用摩擦刹车膝关节，尽管他们在平地行走时速度和距离仍可能优于锁定膝关节。

#### 2. **自由后偏单轴膝关节（Free Posterior-Offset Single-Axis Knee Hinges）**
自由后偏单轴膝关节的临床证据也较为有限，主要集中于平地行走。研究发现，这些膝关节在平地行走时具有较低的足部抬高能力，且在非平地行走时表现较差。在一项德国研究中，自由后偏单轴膝关节与非微处理器控制的液压站立和摆动控制膝关节进行比较，发现前者在1000米步行测试中耗时更长。此外，一些生物力学研究指出，自由后偏单轴膝关节在足部抬高方面表现不如多轴膝关节或单轴MPKs。因此，这类膝关节可能更适合对功能性要求较低的患者，但不适合在复杂地形或需要高稳定性的情况下使用。

#### 3. **摩擦刹车膝关节（Friction-Brake Knees）**
摩擦刹车膝关节的研究主要集中在平地行走，部分研究涉及非平地行走。在一项中等方法学质量的前瞻性研究中，结果显示摩擦刹车膝关节在某些情况下表现不如锁定膝关节，尤其是在K3患者中。然而，对于K2患者，摩擦刹车膝关节可能被部分患者偏好，尽管他们的行走性能仍优于锁定膝关节。一项高质量的回顾性分析研究发现，摩擦刹车膝关节与多轴膝关节相比，跌倒风险增加了52%。因此，摩擦刹车膝关节可能更适合那些对膝关节功能需求不高，但希望在某些地形上获得更好稳定性的人群。

#### 4. **站立相锁定膝关节（Stance Phase Lock Knees）**
站立相锁定膝关节的临床证据同样局限于平地行走。两项中等方法学质量的研究发现，站立相锁定膝关节在行走速度和代谢能量消耗方面优于摩擦刹车膝关节。然而，对于K3患者，这些膝关节在非平地行走时表现不佳，且跌倒风险未被明确评估。此外，研究发现，站立相锁定膝关节在长期使用后可能被患者视为更安全和稳定的选择，但其在复杂地形上的表现仍需进一步验证。

#### 5. **四连杆膝关节（Four-Bar Linkage Knees）**
四连杆膝关节的临床证据主要集中在平地行走。一项中等方法学质量的研究发现，四连杆膝关节在行走速度、步态对称性和稳定性方面优于摩擦刹车膝关节。另一项低方法学质量的研究显示，K3患者在使用四连杆膝关节后，其行走速度显著提高。然而，这些膝关节在非平地行走时表现不佳，且多数四连杆膝关节未设计用于提高足部抬高。因此，四连杆膝关节可能更适合需要提高平地行走性能的患者，但不适合在复杂地形中使用。

#### 6. **五轴或更多轴的多轴膝关节（Multiaxial Knees with ≥5 Bars/Axes）**
五轴或更多轴的多轴膝关节的临床证据涉及平地、非平地、斜坡和台阶行走。研究表明，这些膝关节在非平地行走时表现优于摩擦刹车膝关节，但在复杂地形中仍可能面临挑战。同时，这些膝关节在足部抬高方面具有潜力，但多数未设计用于实现此功能。因此，多轴膝关节可能适合需要较高行走功能的患者，但需要患者具备一定的残肢控制能力，以确保安全性。

#### 7. **液压站立控制膝关节（Hydraulic Stance Control Knees）**
液压站立控制膝关节的临床证据显示，它们在非平地行走（如斜坡、台阶和障碍物）中表现优于多轴膝关节，但平地行走时可能不如后者。研究表明，液压膝关节在行走速度、步态对称性和代谢能量消耗方面具有优势，但其跌倒风险较高。此外，液压膝关节需要患者具备良好的残肢控制能力，通常适用于K3或K4的患者。因此，这类膝关节可能更适合那些在复杂地形中需要较高行走功能的患者，但需谨慎选择，以确保安全性。

### 摆动控制机制的临床证据

#### 1. **摩擦摆动控制（Friction Swing Control）**
摩擦摆动控制机制的研究显示，其适用于行走速度较低的患者（通常为0.3 m/s以下）。然而，对于行走速度较快的患者，摩擦摆动控制可能无法提供足够的步态对称性和稳定性。尽管部分研究指出摩擦摆动控制在某些情况下可能提升行走效率，但其在安全性方面并未表现出显著优势。

#### 2. **气动摆动控制（Pneumatic Swing Control）**
气动摆动控制机制在中等行走速度（0.3–1.1 m/s）的患者中表现出一定的优势，能够提高步态对称性、行走速度和代谢能量消耗。然而，气动摆动控制并未被证明能减少跌倒风险，反而可能增加跌倒的可能性。因此，这类机制更适合需要提高行走效率的患者，但不适合在复杂地形中使用。

#### 3. **液压摆动控制（Hydraulic Swing Control）**
液压摆动控制机制适用于行走速度较高的患者（≥0.8 m/s），在提高步态对称性和代谢能量消耗方面表现优异。然而，与摩擦摆动控制相比，液压摆动控制并未显示出减少跌倒风险的能力。因此，液压摆动控制更适合那些对行走效率有较高需求的患者，但需要结合患者的具体需求和残肢控制能力进行选择。

### 生物力学与临床功能的关联

NMPKs的生物力学特性与患者的残肢控制能力密切相关。锁定膝关节的稳定性最高，但功能最低，适用于K1和低K2的患者。摩擦刹车膝关节在功能和稳定性之间取得平衡，适用于K2和K3的患者。四连杆膝关节和多轴膝关节在平地行走中表现良好，但在非平地行走时可能面临挑战。液压膝关节在复杂地形中表现优异，但需要患者具备较高的残肢控制能力。

### 临床实践中的选择建议

基于上述研究结果，NMPKs的选择应结合患者的移动水平和残肢控制能力。锁定膝关节适用于K1和低K2患者，提供最高稳定性。摩擦刹车膝关节适用于K2患者，尤其在康复初期有助于建立信心。四连杆膝关节和多轴膝关节适合需要提高平地行走性能的K3患者，但在非平地行走时表现不佳。液压膝关节适合需要在复杂地形中行走的K3或K4患者，但需要患者具备良好的残肢控制能力。

### 研究的局限性与未来方向

尽管本研究提供了大量关于NMPKs的临床和生物力学证据，但这些证据的质量普遍较低，且多数研究未进行荟萃分析。此外，部分研究的样本量较小，统计学意义不明确。因此，未来需要更多高质量的研究来进一步验证NMPKs在不同场景下的表现，并探索新型设计的临床效果。

### 结论

尽管NMPKs的临床证据有限，但通过合理的生物力学和技术考量，可以为临床实践中假肢膝关节的选择提供实用的指导建议。这些建议应基于患者的移动水平和安全需求，同时考虑到残肢控制能力。然而，由于证据质量较低，这些建议仅作为初步指导，实际选择仍需结合临床判断和个体情况。未来的研究应进一步提高NMPKs的临床证据质量，以支持更精准的个性化选择。