利用运动捕捉和人体工程学评估对两人协作抬运急诊患者的技术进行生物力学分析 季晓旭、 高欣、 佩奇·L·约翰逊、 艾萨克·惠勒

《Sensors》：A Biomechanical Analysis of Two-Person Emergency Patient Lifting Techniques Using Motion Capture and Ergonomic Assessment Xiaoxu Ji, Xin Gao, Paige L. Johnson and Isaac Wheeler

　　摘要 应急救援人员在执行频繁的患者搬运任务时，由于经常处于不自然和动态的姿势中，面临较高的肌肉骨骼疾病（MSDs）风险，尤其是腰部受伤的风险。本研究旨在利用双运动捕捉系统与数字人体建模（DHM）人体工程学工具相结合，来评估两种常见的两人搬运技术——面对面搬运和背对背搬运的生物力学影响。22名参与者在佩戴Xsens运动传感器的情况下抬举了一个25公斤的假人，使用Siemens Jack软件（v9.0）分析了腰部力量和关节角度。研究了峰值压缩力和前后（AP）剪切力，以及躯干、髋部和膝关节的角度。压缩力的范围大约在948.6到2955.6牛顿之间，AP剪切力的范围在286.0到827.0牛顿之间。面对面搬运时的平均压缩力和AP剪切力（分别为1977.3牛顿和595.0牛顿）高于背对背搬运时的数值（分别为1596.0牛顿和462.0牛顿）。在两种任务中，男性的脊柱负荷都比女性更高。面对面搬运技术与更大的髋关节屈曲、较小的膝关节屈曲和较小的躯干屈曲相关，而背对背搬运技术则导致较小的髋关节屈曲、较大的膝关节屈曲和较大的躯干屈曲。总体而言，在本研究条件下，背对背搬运技术与较低的腰部负荷指标相关。将运动捕捉与DHM相结合为评估真实的救援任务提供了一种有价值的方法，并可为应急救援人员的人体工程学培训策略提供依据。

1. 引言
急救人员，如消防员、护理人员和紧急医疗技术员（EMTs），在患者到达急诊科之前确保其安全方面发挥着关键作用。然而，62%的院前护理人员所遭受的背部伤害是由于搬运患者造成的，这增加了肌肉骨骼疾病的风险[1]。近年来，上躯干和腰部的扭伤和拉伤是护理人员、EMTs和消防员中最常见的伤害类型[2,3,4]。事实上，在加入该职业的前四年内，几乎有25%的紧急医疗服务（EMS）人员因背部受伤而被迫结束职业生涯[5]。此外，消防员提前退休最常见的原因是腰部受伤[6]。在搬运重物时重复的强力动作以及扭转和弯曲是导致肌肉骨骼疾病的主要因素[7]。在改变姿势过程中，脊柱所承受的压缩力、剪切力和扭矩力的增加会提高肌肉骨骼疾病的风险。搬运患者时患者体重对腰椎施加的力，以及EMS工作人员采用的姿势，是增加受伤风险的两个主要因素。尽管职业安全与健康管理局对医疗专业人员的负荷限制有所规定，但背部受伤的情况仍相对较少[8]。目前，EMS人员短缺[9,10]。随着美国肥胖率的上升，预计到2030年需要增加40,000名工作人员，因此正确的搬运预防措施比以往任何时候都更为重要[11,12]。

评估和减少搬运过程中受伤风险的方法通常包括使用调查问卷和患者搬运设备[3,13]。先前的研究还探讨了通过减少摩擦和调整搬运高度来改进搬运人体工程学[14]。虽然调查问卷可能会促使增加人体工程学培训，但它们无法提供受伤风险的量化评估。此外，搬运设备可能有助于减少受伤，但在特定的救援场景中并不实用。模拟和技术工具的结合可以更精确地评估人体生物力学，特别是在两名EMS人员共同搬运患者时。先前的研究利用模拟、实时运动追踪和肌肉激活技术来评估搬运过程中腰部力量、关节角度和所需努力的变化。一种名为OpenSim的DHM软件研究了不同重量下的腰部脊柱，以评估搬运对脊柱的影响[15]。另一种DHM技术Jack已被用于评估患者搬运的生物力学[16]。使用Jack软件进行姿势测试也得到了广泛研究。DHM在医疗人体工程学中的应用表明，改进了患者横向转移任务的执行方式。该软件还与实时运动技术Xsens结合使用，以评估医疗行业工作者的肌肉骨骼损伤风险[17]。此外，Xsens还与肌电图（EMG）结合使用，以确定搬运过程中关节角度变化与肌肉激活之间的关系[18]。然而，每种技术单独使用时都有其局限性。DHM模拟在理想条件下运行，未能考虑人类在执行搬运时的自然变化。虽然Xsens已被用于评估多个受试者，但该技术无法分析L4/L5压缩力的变化，而这有助于指示受伤风险。此外，这些传感器没有评估在两人搬运过程中一个人的姿势如何影响另一个人的姿势。此外，EMG可以追踪力量变化，但它们仅限于测量表层肌肉的活动。

最近的运动分析进展还结合了高精度成像技术，如运动捕捉与双荧光透视的结合，以高精度量化体内关节运动[19]。尽管这些方法提供了关于骨骼运动的详细见解，但它们通常仅限于受控的实验室或临床环境，不太适合动态的多受试者任务，如团队合作的患者搬运。大多数DHM、Xsens和EMG研究都集中在单个受试者的搬运过程中。尽管当前的研究探讨了不同的搬运技术和降低受伤风险的预防措施，但仍需要更准确地评估两人搬运重物时的人体生物力学。由于搬运和定位是导致背部受伤的主要原因之一，因此需要更多研究来模拟EMTs常见的搬运方式。EMTs遵循的指南要求至少需要两个人参与患者的搬运。涉及多个个体的搬运技术（特别是从地面抬起患者）的研究尚未得到充分研究。将两人引入实时运动追踪技术与DHM的结合对于提高研究准确性至关重要，因为它能够精确分析搬运姿势，以确定紧急情况下最安全和最有效的方法。本研究将针对在救援患者时最不可能导致脊柱受伤的具体搬运方法。除了传统的人体工程学和生物力学方法外，最近的研究还探讨了机器人和辅助技术的应用，以减少体力负担并提高运动精度。例如，已经开发了先进的控制策略，用于人机交互，以实现下肢康复系统中的精确扭矩估计和运动追踪[20]。同样，已经提出了轨迹规划方法，以提高机器人辅助程序中的运动效率和安全性，包括骨折复位和微创手术[21]。这些方法突显了机器人在支持人类运动和减少生物力学负担方面的作用。然而，这些系统通常是为受控的临床或康复环境设计的，不直接适用于EMS环境中的动态、团队合作的患者搬运场景。因此，本研究侧重于使用运动捕捉和数字人体建模进行以人为中心的生物力学分析，以评估两人搬运任务中的受伤风险。拟议的研究将使用Xsens（荷兰恩斯赫德的Movella公司）和Jack软件来分析两人搬运患者时对脊柱力量的影响。本研究旨在通过同时使用两个运动捕捉系统，填补对两人搬运过程中姿势如何相互影响的理解空白。Xsens使用的传感器基于个体的方向来监测运动过程中的关节角度变化。运动捕捉技术将与DHM模拟Jack Siemens同步，以增强EMS人员在救援场景中搬运患者时的生物力学表现。通过结合运动捕捉技术和数字人体建模，可以表示关节角度变化对腰部力量的影响。Jack将产生对腰部不同力量的精确评估。同时评估两个人的技术整合将减少以往研究的局限性。对人类产生的关节角度和腰椎力量的分析将有助于识别关键变量，从而有助于减少未来EMS工作人员的受伤风险。本研究的目的是利用Xsens和Jack的组合来评估紧急医疗技术员在搬运患者时脊柱的受伤风险。

2. 方法
2.1. 参与者和软件
共有22名参与者参与了这项研究，其中8名为男性，14名为女性。样本量是根据先验功效计算得出的，基于t检验、尾部（1）、效应大小（0.6）、误差（0.05）和功效（0.8）设置输入参数。记录了每位参与者的身体测量数据，以确保数字模型的准确性。测量内容包括肩部和髋部宽度、臂展以及上肢和下肢的长度，还包括身高和体重。男性的平均身高和体重分别为175.8 ± 8.3厘米和77.4 ± 17.7公斤，女性分别为162.2 ± 6.0厘米和60.8 ± 4.0公斤。还记录了每位受试者的脚长，以确保Xsens的正确校准和关节角度运动的精确检测。在这项研究中，一名固定参与者（S0），身高175厘米，体重74公斤，与22名参与者配对完成指定任务。这样做的理由是，包括人体测量数据、姿势、搬运技术和负荷分配在内的多个相互作用因素可以显著影响腰部力量。本研究使用了一名身体高度和体重大约处于第50百分位的固定参与者，在数据收集前接受了物理治疗项目的全面培训，从而使交互的一方标准化，同时在22名参与者中系统地变化另一方。包括22种独特的配对方式增加了交互场景的多样性，并大大降低了遗漏关键影响因素组合的可能性。在每次数据收集过程中，固定参与者还指导参与者正确的身体力学，以帮助最小化受伤风险。

运动捕捉系统Xsens Awinda用于在研究的每个任务中收集和记录22名参与者的数据[22]。需要两套完整的运动系统来记录全身运动。Xsens是一种无线实时运动追踪系统，包含17个基于惯性的传感器。每个传感器对应于身体的特定位置，以避免肌肉收缩的干扰。传感器通过绑带固定在参与者的头部、胸骨、肩膀、上肢、手、骨盆、下肢和脚上。在校准传感器后，必须设置方向和参考平面，因为它们基于惯性测量单元（IMUs）。IMUs由3D线性加速度计、磁力计和陀螺仪组成，以确保在没有相机的情况下可以基于参与者的方向追踪运动。每个传感器都使用了卡尔曼滤波器来计算每个设备的位置，并在初始校准后防止漂移。该滤波器将惯性数据与磁力计数据结合起来，有效估计三维方向。这一特性对于评估搬运实践至关重要，因为最小的关节角度变化也会改变L4/L5和L5/S1椎骨所承受的压缩力或剪切力[23,24]。MVN Analyze软件（荷兰恩斯赫德的Movella公司）可以同时测量两名受试者，记录的数据可用于创建每位参与者的DHM。Siemens Jack是一种模拟工具，用户可以使用它根据每位参与者提供的人体测量数据创建用于人体工程学评估的数字人体模型。使用两个DHM（数字人类模型）能够对所执行的任务进行准确的生物力学分析，确保在评估每个参与者所承受的力时考虑到人类的个体差异。为了提高研究的准确性，在网络流媒体中使用了端口号来同步Xsens中的模型与创建的DHM，如图1所示。在每次试验开始之前，参与者会默认处于一个参考位置：双脚与肩同宽站立，双手放在身体两侧。这样确保了数据在传输过程中能够保持准确性。图1显示了Xsens（左侧）和Jack软件（右侧）的同步运动。

2.2. 操作任务
研究包括两个任务，每个任务重复三次。在每个任务开始之前，参与者会接受正确的举重技巧的演示，并有机会在数据收集开始前练习这些技巧。在每次试验中，参与者会在研究助理（S0）的协助下，根据伦理考虑举起并搬运一个25公斤的假人。每次试验开始时，假人会被放置在地板上，呈仰卧姿势。任务之间，参与者可以休息后再进行下一次搬运。

任务1：两人前后搬运，此时两名参与者都面向前方，如图2a所示。图2展示了两种举重技巧：(a) 两人面向前方时进行前后搬运；(b) 两人面向假人时进行前后搬运。在这个任务中，前面的参与者将手放在假人的双腿下方，后面的参与者（S0）则通过从假人腋下伸出手来抓住假人的前臂。后面的参与者会数到三，然后两人同时抬起假人，以确保他们施加的力是一致的。搬运完成后，他们会将假人向前移动3米，然后将其放回地板上的仰卧姿势。由于固定的参与者（S0）与22个不同的搭档一起完成了这项任务，因此数据集包含了22对不同的参与者组合。

任务2：两人面对面搬运，此时两名参与者都面向假人，如图2b所示。这个任务与任务1相同，唯一的区别是两名参与者都是面向假人而不是向前看。然后执行搬运动作，将假人向前移动3米并放回地板上的仰卧姿势。

2.3. 数据分析
为了考虑人类运动的自然变化，分析使用了Jack和Xsens两种设备。Xsens为Jack提供了连续运动的准确数据指导，而每个手在举重过程中施加的力则是通过数字力计（SF-500，中国温州制造）来测量的。所施加的力取决于两名参与者的位置。这些力被纳入每个DHM模拟中，并通过Jack软件（Siemens PLM，版本9.0）中的Force Solver进行计算。在特定姿势下，不同个体、任务和重复次数之间的手部负荷略有差异，但由于假人质量固定，这些差异很小。S0的手部负荷为182牛顿，其他参与者的手部负荷为68牛顿。尽管模拟中应用的是恒定的手部负荷，但选定的力值是基于举重过程中的动态测量得出的，这自然包含了倾斜角度和垂直加速度的影响。重要的是，最大力值记录在假人从静止状态被抬起的瞬间，这一阶段的特点是瞬时不平衡和峰值加速度。此外，还使用了Jack Siemens人体工程学工具（Siemens PLM，版本9.0）来实时估算腰部受力情况，结合了手部负荷和采用的姿势。腰部峰值力始终出现在两名参与者同时开始搬运的瞬间。这种选择旨在模拟最糟糕的加载情况，因为这一阶段由于加速度、负荷转移和身体姿势的共同作用，对参与者来说受伤的风险最大。

Jack中的DHM用于评估作用于L4/L5椎骨的压缩力和前后剪切力的近似值。本研究关注的重点是腰椎。较低的椎骨，特别是L4/L5和L5/S1，在举重过程中受伤风险最高[25]，因为腰椎为身体提供了大部分支撑，为颈椎和胸椎提供稳定性，并作为许多肌肉的附着点[23]。由于脊柱排列的变化，L4/L5椎骨上的压缩力在举重过程中会发生变化。因此，最大受伤风险被定义为压缩力最大的时刻。当L4/L5水平的压缩力超过3400牛顿[26]或L5/S1的剪切力超过700牛顿[27]时，个体面临更高的腰部受伤风险[26]。有证据表明，在达到这些极限之前，个体就可能发生腰部受伤，尤其是在重复性负荷的情况下，这强调了分析受伤风险的必要性[24]。Jack提供的分析结果可以应用于未来的患者搬运实践中，预测对救援人员伤害风险最小的搬运方式。

除了分析脊柱受力外，还选择了特定的关节角度进行评估。每个任务都涉及评估相同的关节角度：躯干的屈曲/伸展、髋关节和每个膝关节的角度。测量数据来自Xsens和Jack。由于下肢关节在举重过程中维持姿势方面起着重要作用，因此它们是分析的重点。这些角度有助于理解力在脊柱中的分布情况。

2.4. 统计分析
进行了分析以比较不同任务和性别之间的差异，以及关键变量之间的关系。使用Kolmogorov–Smirnov检验来评估数据的正态性。此外，还计算了交叉相关值，以评估身高、关节角度、压缩力和剪切力对L4/L5区域受伤风险的影响。还分析了线性混合效应模型、95%置信区间、p值和任务及性别间的效应大小。将举重任务（两个水平）和性别作为固定效应，同时将受试者视为随机效应。对于每个因变量（腰部力和关节角度），取每个任务的三次重复值的平均值用于分析。统计分析旨在识别每个任务中最具影响力的变量，并确定能最小化腰部受伤风险的举重技巧。

3. 结果
3.1. 腰部力量
在这项研究中，两个任务中的动作是对称的。因此，尽管测量到了侧向剪切力，但它们非常小，可以忽略不计。当两人面对面时，受试者所承受的压缩力范围为1237.8牛顿至2955.6牛顿，前后剪切力范围为407.4牛顿至827.0牛顿。当面向前方时，压缩力范围为948.6牛顿至2449.5牛顿，而前后剪切力较低，范围为286.0牛顿至654.5牛顿。在两人面对面的任务中，S0和受试者的平均压缩力分别为1977.3牛顿和3744.2牛顿（图3）；而在面向前方的任务中，分别为1596.3牛顿和3587.9牛顿（图3）。同样，两人面对面的平均前后剪切力分别为595.0牛顿和700.8牛顿（图4），面向前方时分别为462.0牛顿和680.3牛顿（图4）。图3显示了S0、男性和所有参与者的平均压缩力及其标准差。图4显示了S0、男性和所有参与者的平均前后剪切力及其标准差。总体而言，男性在两个任务中都经历了更高的压缩力和剪切力。两人面对面时，男性和女性的平均压缩力分别为2402.4牛顿和1734.4牛顿，平均前后剪切力分别为679.1牛顿和546.9牛顿；面向前方时，分别为2009.6牛顿和1360牛顿，以及530.5牛顿和422.8牛顿。

3.2. 关节角度
在两人面对面的任务中，髋关节角度范围为77.6°至130.9°，膝关节角度范围为24.5°至124.5°，躯干角度范围为2.7°至46.4°。面向前方时，这些范围分别为69.6°至141.9°、36°至128.3°和11.2°至44.9°。任务之间，平均关节角度有所不同。两人面对面时，S0和受试者的髋关节角度分别为106.0°和78.9°（图5），膝关节角度分别为74.7°和103.4°（图6），躯干角度分别为15.9°和26.8°（图7）；面向前方时，髋关节角度分别为91.3°和78.5°（图5），膝关节角度分别为83.0°和101.3°（图6），躯干角度分别为25.5°和26.0°（图7）。

3.3. 相关性
表1显示了S0和所有参与者在完成每个任务时所施加的最大腰部力与身体五个不同部位（右膝、左膝、右髋、左髋和躯干）之间的相关值。同样，也计算了相同关节和前后剪切力之间的相关值。表1显示了力与五个关节之间的相关值。“FE”代表两人面对面的任务，“FF”代表面向前方的任务。对于髋关节，S0在两个任务中施加最大腰部力时表现出中等到高的正相关（0.27至0.53）；而在两人面对面的任务中，受试者表现出中等到低的负相关（?0.20至?0.42）。面向前方时，受试者的髋关节相关系数较低。在膝关节方面，S0在两个任务中都表现出中等到低的负相关（?0.42至?0.73）。对于躯干，S0在两个任务中都表现出中等到低的负相关。然而，对于受试者来说，躯干在两个任务中都表现出中等到高的正相关（0.26至0.67）。

3.4. 线性混合效应模型
结果表明，所有数据（包括力和关节角度测量值）在参与者之间呈正态分布。表2列出了使用线性混合效应模型的结果，包括估计值、95%置信区间（CIs）、p值和任务及性别间的效应大小。小于0.05的值表示存在显著差异。表2显示了腰部力和关节角度的线性混合效应模型结果。固定效应的统计显著性是通过线性混合效应模型得到的p值来评估的。举重任务对腰部力和近端关节运动有显著影响（p < 0.05），表明两种举重技术产生了不同的生物力学结果。性别对某些变量也有显著影响，尤其是在腰部力和躯干运动方面（p < 0.05）。相比之下，任务和性别之间的交互作用在大多数变量上并不显著（p > 0.05）。

4. 讨论
本研究利用运动捕捉技术和人体工程学工具分析了执行救援任务时对腰部的影响。具体来说，同时使用了两个运动追踪系统来收集数据，这些数据来自两组在执行任务时的表现：一组是面朝前的，另一组是面对面站立的。4.1. 一般数据发现 在两种任务中，压缩力始终高于AP剪切力，这可以归因于研究设计，因为患者抬升主要发生在垂直方向上，横向或旋转分量很小[28]。此外，S0组的平均压缩力和AP剪切力显著高于其他组，因为S0组承担了人体模型上半身的更多重量，而下半身的重量则由其他组承担。考虑到S0组采用了更直立和对称的抬升姿势，并且躯干伸肌的激活程度更高，这导致了比其他组更高的压缩负荷和剪切力[29]。关节角度也具有重要意义，因为它们会根据执行的任务而发生变化。当两组面对面站立时，他们的髋关节角度比面朝前时更高，膝关节角度更低。这种差异是由于面对面站立改变了躯干、骨盆和脚的位置相对于被抬升者的位置。为了保持平衡、触及物体并协调抬升动作，受试者可能调整了他们的关节位置：更大的髋关节屈曲和较小的膝关节屈曲有助于对齐负荷路径、分散力量并提高稳定性[30]。当面朝前时，受试者需要增加膝关节屈曲、减少髋关节屈曲并增加躯干屈曲以触及患者的脚部。在抬腿过程中，S0组的髋关节角度较低，膝关节角度较高，这使得S0组在抬升人体模型上半身时能够保持更中立的躯干姿势。这些发现表明，在协调的双人抬升过程中，每个人的生物力学作用会影响整体运动模式，从而影响S0组和其他组的髋关节和膝关节角度[31]。4.2. 对身高、体重和性别的影响 任务差异也与个体身体特征相互作用。身高和体重是密切相关的生物力学因素，它们影响外部负荷在脊柱上的分布。较高的个体通常体重更重，四肢更长，即使承载相同的重量，脊柱负荷也会增加[32]。尽管剪切力和压缩力都会随着身高的增加而增加，但在受试者采取屈曲姿势时，体重的影响更为显著[32,33]。因此，较高且较重的个体可能面临更大的肌肉骨骼疾病风险，因为他们的躯干和下半身负荷更大[33]。在两种任务中，男性受试者的压缩力和AP剪切力都高于女性受试者。力量差异可能是由于性别之间在抬升技术、力量分布和身体尺寸上的差异[34,35]。男性通常四肢较长，四肢与躯干的比例较大，这改变了他们在抬升过程中的重心和负荷分布[34]。女性受试者主要通过膝盖开始抬升，随后是髋关节和躯干，而男性受试者则更多依赖下半身来承担大部分负荷。在比较关节角度时，发现女性在两种任务中的髋关节角度都高于男性。女性通常骨盆较宽，骨盆倾斜角度也较大，这使她们更依赖骨盆驱动的抬升方式，从而导致抬升时髋关节屈曲更大[36]。与女性不同，男性通常灵活性较低，重心较高，因此更依赖躯干驱动的抬升方式。因此，本研究中的男性表现出更大的躯干屈曲和较小的髋关节屈曲。4.3. 躯干、膝盖和髋关节之间的交互效应 在两种任务中，受试者的躯干运动与压缩力和AP剪切力之间存在中等程度的相关性。这些发现表明，增加躯干的参与度与更大的脊柱负荷相关，这与已建立的生物力学原理一致。然而，S0组并未表现出这种相关性。这可能是因为S0组负责抬升人体模型的上半身，其负荷远大于下半身。然而，膝盖表现出相反的模式，在两种任务中，S0组的膝盖与AP剪切力有高相关性，与压缩力有中等程度的相关性。由于S0组承担了更重的负荷，他在执行任务时更多地依赖膝盖而不是髋关节。作为男性受试者，S0组也倾向于使用膝盖作为主要的抬升力量来源，而不是躯干和髋关节[36]。在两种任务中，S0组的髋关节在AP剪切力和压缩力方面表现出中等程度的正相关，而其他组在面对面站立的任务中则表现出中等程度的负相关。如前所述，对于S0组来说，髋关节可能不是主要的抬升力量来源，他在抬升过程中似乎更依赖膝盖[36]。相比之下，其他组负责抬升人体模型较轻和较低的部分，他们更多地依赖躯干屈曲，因此表现出较小的髋关节屈曲。从生物学角度来看，这些发现有助于识别可能导致腰椎机械应力增加的运动模式，尤其是在要求更高或重复性更强的情况下。观察到的相关性并不直接转化为受伤风险，而是表明与姿势和协调相关的潜在风险因素。4.4. 任务之间的差异 在面对面站立的任务中，S0组和其他组的压缩力和AP剪切力都高于面朝前的任务。对于S0组来说，两种任务之间的脊柱力量没有显著差异，而其他组则表现出约400牛顿的差异。如前所述，在双人抬升过程中，生物力学角色会根据每个人的位置而变化，影响关节角度、运动模式以及他们彼此施加的力量[31]。在面对面站立的任务中，S0组和其他组都是从蹲姿开始抬升人体模型，重量直接位于他们面前。相比之下，面朝前的任务类似于硬拉，腰部保持直立，腿部肌肉在抬升中起更大的作用。这种姿势使背部更加挺直，减少了髋关节屈曲[34]，从而降低了整体脊柱负荷[37]。然而，在面朝前的任务中，需要更大的躯干屈曲才能触及人体模型的腿部。在两种任务中，男性受试者的脊柱负荷都高于女性受试者。在面朝前的任务中，两性在从地面抬升人体模型时采用了相似的姿势，除了躯干屈曲程度不同，男性比女性多屈曲约15°。这表明男性更蜷缩身体，导致脊柱压缩力和剪切力更大[38]。在面对面站立的任务中，男性也表现出比女性多约10°的躯干屈曲。考虑到躯干和髋关节之间的协调性，男性的髋关节屈曲程度大约比女性少20°，这与之前研究的发现一致[39]。4.5. 建议 (1) 在执行转移动作时强调保持直立、中立的躯干姿势：在抬起重物时，受试者需要通过增加膝关节屈曲来利用下半身的力量来支撑负荷，同时保持上半身直立。因此，应鼓励救援人员在处理任务时尽量减少前倾，保持脊柱中立，并尽可能靠近患者。对于相对较轻的重量，受试者应保持直立和中立的躯干及髋关节姿势。先前的研究表明，增加的躯干屈曲与脊柱负荷增加和腰背部受伤风险增加有关，尤其是在接近最大屈曲范围（例如约60°）时[40]。基于这些发现，我们建议在抬升任务中保持躯干屈曲在20-30°以内，以避免对脊柱组织造成过度负荷。此外，增加膝关节屈曲（>60°）和适度髋关节屈曲（约45-70°）的抬升策略与深蹲式抬升机制一致，这种机制可以将负荷从腰椎重新分配到下肢[37]。(2) 加强运动协调训练，特别是对于混合性别的团队：观察到男性和女性受试者在力量模式上存在显著差异，男性在两种任务中通常产生更高的压缩力和AP剪切力。培训计划应强调协调的运动策略，以确保动作同步和力量分配平衡，从而降低突然或不均匀的脊柱负荷风险。(3) 采用两人面对面站立的抬升方式：这种姿势可以促进更中立的腰部位置，减少脊柱过度负荷。面朝前可以让两人更好地与负荷对齐，改善力量分布和协调性。虽然本研究没有直接测试标准化的急救医疗（EMS）协议，但面朝前的技术类似于职业人体工程学中推荐的深蹲抬升策略，该策略可以减少躯干屈曲并改善负荷分布[41]。我们的发现与这些原则一致。然而，现有文献并不普遍支持某种抬升技术更为优越。相反，不同的技术以不同的方式重新分配脊柱负荷[37]。因此，我们的建议强调优化关节协调并限制过度的躯干屈曲。在本研究的条件下，面朝前的技术与较低的腰椎负荷指标相关；然而，这一发现需要在更真实的EMS人群和更复杂的场景中进一步验证。5. 结论 本研究成功结合了运动捕捉系统和数字人体建模人体工程学工具，评估了双人救援抬升技术相关的生物力学风险因素及其对腰部负荷的影响。研究发现，抬升技术与脊柱力量之间存在强烈关联，面对面站立的任务产生的压缩力和AP剪切力更高，髋关节屈曲增加，膝关节屈曲减少，而面朝前的任务则相反。此外，身体尺寸和性别的差异与脊柱负荷的变化密切相关。躯干、膝盖和髋关节的运动也与腰椎力量有显著相关性。通过双运动追踪系统同时分析两名参与者的相互作用，这种方法提供了对协调抬升机制的更深入理解，并有助于开发更有效的肌肉骨骼损伤预防策略。尽管样本量是基于先验功效分析确定的，但扩大样本范围并包括男性和女性参与者将进一步提高研究结果的普遍性。此外，结合真实的紧急运输场景将进一步增强其适用性。