可调式假肢接受腔耦合变化的运动捕捉模型可行性研究：探索假肢适配与舒适度的新方法

为解决下肢截肢患者假肢接受腔非刚性连接导致的意外移动和软组织损伤问题，研究人员开发了一种新型运动捕捉模型，用于量化可调式接受腔在不同松紧度下的耦合性能变化。研究首次结合Tang和Cullen模型，成功检测到摆动期假肢前移(surge)和活塞运动(pistoning)的显著差异，为优化假肢适配提供了量化工具。该成果发表于《Medical Engineering》，为个性化假肢设计和软组织健康评估开辟了新途径。

　　

在截肢康复领域，假肢接受腔作为连接残肢与假体的关键界面，其非刚性特性常导致功能性活动中出现意外移动，这不仅影响使用舒适度，还可能引发软组织损伤。全球约有5770万截肢患者，其中31.7%为单侧下肢截肢，随着人口老龄化和糖尿病发病率上升，这一数字仍在持续增长。然而，传统假肢接受腔无法适应残肢体积的动态变化，约40%的胫骨截肢患者存在皮肤问题。更棘手的是，现有研究多聚焦于单一活塞运动(pistoning)测量，缺乏对六自由度(6 DoFs)耦合性能的系统评估，而可调式接受腔(adjustable prosthetic sockets)的调节机制对耦合特性的影响更是未知领域。

针对这一系列挑战，英国索尔福德大学(University of Salford)的研究团队创新性地将Tang模型与Cullen模型相结合，开发出能测量五自由度运动的捕捉系统。研究人员招募一名单侧胫骨截肢的84岁男性受试者，为其定制带有大型可调后侧面板的接受腔，通过12摄像头Qualisys系统采集五种松紧度下的运动数据。关键技术包括：1)基于传统步态模型(CGM)的标记点设置；2)使用SimScape Multibody建立多体动力学仿真验证模型精度；3)通过Butterworth滤波和主成分分析优化数据处理；4)采用Socket Comfort Score(SCS)评估主观舒适度。

研究结果部分，"4.1 Adjustment levels changes"显示接受腔体积变化范围达95.8ml(-37.8ml至+58.0ml)，最紧与最松设置产生显著舒适度差异(SCS评分10 vs 7)。"4.2 Residuum-to-socket interface movement"中，新型模型成功捕捉到摆动期活塞运动的显著变化：在93%步态周期时，次松设置位移达-14.7mm，而最紧设置仅-3.1mm(p<0.001)。前移运动(surge)在81%步态周期呈现最大差异，最松设置位移7.8mm，显著高于中间设置的-0.9mm。值得注意的是，全步态周期活塞运动范围差异仅2.7mm，但摆动期差异扩大至6.0mm，表明接受腔调节主要影响非承重期运动特性。

讨论部分指出，该模型测量结果与LaPrè等报告的骨骼-接受腔运动数据相符，验证了其有效性。特别发现接受腔体积与摆动期活塞运动呈强负相关(ρ=-0.732)，提示 tighter fitting可能通过改变界面刚度影响动力学特性。尽管SCS评分显示最紧设置舒适度最高，但研究者指出这可能反映用户对"紧固感"的心理偏好，而非实际生物力学优势。

这项发表于《Medical Engineering》的研究具有多重意义：首次将运动捕捉技术应用于可调式接受腔的耦合性能评估，解决了传统透明接受腔无法临床使用的限制；提出的五自由度测量模型为假肢适配提供了更全面的量化工具；发现摆动期运动对接受腔调节敏感的特性，为优化设计提供了新靶点。未来研究可扩大样本量，结合生物阻抗监测残肢体积变化，进一步揭示调节机制与软组织健康的关联。该成果不仅推动了个性化假肢发展，也为NHS等医疗系统减轻临床负担提供了技术支撑。