目的為了預(yù)防和減少軍事跳傘膝關(guān)節(jié)損傷,研制適用于軍事跳傘的膝關(guān)節(jié)防護(hù)裝置CPKB(Chinese Parachute Knee Brace,CPKB)。通過地面跳傘訓(xùn)練對CPKB和半剛性護(hù)膝進(jìn)行主觀測評與比較,并通過半蹲式著陸(HSPL)分析對比兩個高度(40cm、120cm)下兩種護(hù)膝對膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)(運動學(xué)、動力學(xué))的影響。方法根據(jù)本課題組前期關(guān)于軍事跳傘膝關(guān)節(jié)損傷的流行病學(xué)調(diào)查結(jié)果和損傷機制的研究結(jié)果,以FEA(Functional,Expressive,Aesthetic,FEA)模型為指導(dǎo)設(shè)計CPKB,并對CPKB進(jìn)行主觀測評和生物力學(xué)測試。選取30名男性空降兵,分別穿戴CPKB和半剛性護(hù)膝進(jìn)行地面跳傘訓(xùn)練,采用Likert 5分制評分(multiple 5-point Likert-scale)對護(hù)膝的穩(wěn)定性、舒適性、易用性、阻礙性、質(zhì)量、滿意度進(jìn)行主觀測評。選取20名男性空降兵,以穿戴CPKB(CPKB組)、半剛性護(hù)膝(半剛性護(hù)膝組)、不穿護(hù)膝(空白組)狀態(tài)分別從40cm和120cm跳臺HSPL,雙足分別落在兩個力臺上。AMTI三維力臺測量地面反作用力(GRF),選取最大垂直地面反作用力(peak V GRF)。Vicon三維動作捕捉系統(tǒng)記錄運動軌跡(同步記錄GRF),得到C3D數(shù)據(jù),將C3D數(shù)據(jù)導(dǎo)入三維步態(tài)分析軟件Visual3D計算得出運動學(xué)數(shù)據(jù),選取最初接觸屈曲角(initial C KFA)、最大屈曲角(peak KFA)、膝關(guān)節(jié)活動度(ROM)、最大外展角(peak KAA)、最大外旋角(peak KEA)、最大屈曲角速度(peak KFAV)、平均屈曲角速度(mean KFAV)、到達(dá)最大屈曲角時間(T-peak KFA)。將C3D格式數(shù)據(jù)導(dǎo)入Any Body肌骨模型中并驅(qū)動,輸出動力學(xué)數(shù)據(jù),選取最大前后方向關(guān)節(jié)力(peak A-P KF)、最大內(nèi)外方向關(guān)節(jié)力(peak M-L KF)、最大垂直方向關(guān)節(jié)力(peak V KF)、最大外展力矩(peak KAM)、最大屈曲力矩(peak KFM)。不同護(hù)膝狀態(tài)下運動學(xué)參數(shù)和動力學(xué)參數(shù)比較采用方差分析,兩個高度之間比較采用配對設(shè)計t檢驗,P0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。結(jié)果1.CPKB的穩(wěn)定性、舒適性、質(zhì)量和滿意度得分高于半剛性護(hù)膝(p0.001),有90%(27/30)的受試者愿意佩戴CPKB跳傘。2.CPKB和半剛性護(hù)膝對initial C KFA沒有顯著影響(p0.05),兩種護(hù)膝可以減小peak KFA和ROM(p0.05),兩者之間無統(tǒng)計學(xué)差異(p0.05)。3.CPKB和半剛性護(hù)膝能夠減小peak KAA(p0.001),CPKB降低幅度大于半剛性護(hù)膝(p0.05);CPKB能夠減小peak KEA(p0.05),半剛性護(hù)膝對peak KEA無影響(p0.05)。4.CPKB和半剛性護(hù)膝能夠降低peak KFAV、mean KFAV,增加T-peak KFA(p0.05),兩者之間無統(tǒng)計學(xué)差異(p0.05)。5.空白組、CPKB組、半剛性護(hù)膝組之間的peak V GRF無統(tǒng)計學(xué)差異(p0.05)。6.CPKB能夠降低peak A-P KF(p0.05),對peak V KF和peak M-L KF沒有影響(p0.05),半剛性護(hù)膝對peak A-P KF、peak V KF、peak M-L KF均無影響(p0.05)。7.CPKB能夠降低peak KAM(p0.05),半剛性護(hù)膝僅在40cm高度降低peak KAM(p0.05);CPKB和半剛性護(hù)膝能夠降低peak KFM(p0.05),CPKB在120cm高度降低幅度大于半剛性護(hù)膝(p0.05)。8.與40cm高度相比,120cm高度的peak KFA、ROM、peak KAA、peak KEA、peak KFAV、mean KFAV、peak V GRF、peak A-P KF、peak M-L KF、peak V KF、peak KAM、peak KFM均增大(p0.05)。結(jié)論1.CPKB依據(jù)空降兵跳傘膝關(guān)節(jié)的生物力學(xué)易損機制設(shè)計,外形結(jié)構(gòu)、材料選擇、穿脫方式也是依據(jù)空降兵的實際軍事需求確定,空降兵對CPKB的總體滿意度較高,90%的主觀受試者愿意佩戴CPKB跳傘。2.CPKB和半剛性護(hù)膝能夠限制膝關(guān)節(jié)膝關(guān)節(jié)屈曲、外展運動,CPKB限制外展作用優(yōu)于半剛性護(hù)膝,CPKB并能夠限制外旋運動,說明兩種護(hù)膝均能增加膝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性,CPKB的效果更好。3.CPKB和半剛性護(hù)膝可以降低最大屈曲角速度和平均屈曲角速度,增加著陸階段膝關(guān)節(jié)屈曲緩沖時間,有助于膝關(guān)節(jié)負(fù)荷分散。4.CPKB能夠降低膝關(guān)節(jié)最大前后方向關(guān)節(jié)力,能夠減小脛骨前移和剪力,從而可以降低前交叉韌帶受力。5.CPKB和半剛性護(hù)膝可以降低膝關(guān)節(jié)最大外展力矩和最大屈曲力矩,CPKB降低力矩作用優(yōu)于半剛性護(hù)膝,CPKB可以更有效降低膝關(guān)節(jié)的負(fù)荷。6.跳臺高度(著陸速度)增加,與膝關(guān)節(jié)損傷有關(guān)的生物力學(xué)參數(shù)均隨之增加,說明跳傘著陸速度與跳傘損傷直接相關(guān)。如果可以通過提高降落傘裝備技術(shù)、飛機出艙技術(shù)和著陸技術(shù)等措施降低著陸時的速度,將綜合地使跳傘損傷隨之減少。7.生物力學(xué)測試表明了CPKB具有防護(hù)作用,但是CPKB還需要在不同的實際軍事跳傘環(huán)境中進(jìn)一步應(yīng)用評估。
【學(xué)位單位】：安徽醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：R82;R318.01
【部分圖文】：

圖 1 CPKB 的結(jié)構(gòu)示意圖(右側(cè))Fig1 The structure of CPKB (right)表 1 CPKB 各部分尺寸Tab1 The each part size of CPKB部位 規(guī)格（cm）護(hù)膝主體部分寬護(hù)膝高上束帶長202424中間束帶長 12下束帶長 20

要具有良好的透氣性、透濕性和舒適性。本課題組和國家康復(fù)輔具研究中心通過對目前常用的護(hù)具材料分析后選擇了OK布（54"*330G/Y）作為主體面料，其成分為84%尼龍（Nylon+OP），16%氨綸（Spandex）。OK布透氣性為327.43mm/s（采用GB/T5453-1997《紡織品 織物透氣性的測試》），透濕率為28.36 [g/(m2·h)] ，透濕度為0.05 [g/(m2·Pa·h)] （采用GB/T3820-1997《紡織品 織物透濕性試驗方法》）（以上檢測數(shù)據(jù)由國家康復(fù)輔具研究中心提供），具有良好的透氣性和透濕性。OK布具有兩面彈性，布面平整，可與氯丁橡膠貼貼合，是現(xiàn)時國內(nèi)外護(hù)具的常用布料。護(hù)膝內(nèi)、外側(cè)支撐選用彈性支撐（圖3），彈性支撐材質(zhì)為碳素彈簧鋼絲，含碳、硅、錳、磷、硫等元素，屬于中應(yīng)力碳素彈簧鋼絲。外側(cè)彈性支撐抗拉強度為2200MPa，扭轉(zhuǎn)強度為30次/360°，延伸率3%。內(nèi)側(cè)彈性支撐抗拉強度為1960 MPa，扭轉(zhuǎn)強度為28次/360°，延伸率3%。

要具有良好的透氣性、透濕性和舒適性。本課題組和國家康復(fù)輔具研究中心通過對目前常用的護(hù)具材料分析后選擇了OK布（54"*330G/Y）作為主體面料，其成分為84%尼龍（Nylon+OP），16%氨綸（Spandex）。OK布透氣性為327.43mm/s（采用GB/T5453-1997《紡織品 織物透氣性的測試》），透濕率為28.36 [g/(m2·h)] ，透濕度為0.05 [g/(m2·Pa·h)] （采用GB/T3820-1997《紡織品 織物透濕性試驗方法》）（以上檢測數(shù)據(jù)由國家康復(fù)輔具研究中心提供），具有良好的透氣性和透濕性。OK布具有兩面彈性，布面平整，可與氯丁橡膠貼貼合，是現(xiàn)時國內(nèi)外護(hù)具的常用布料。護(hù)膝內(nèi)、外側(cè)支撐選用彈性支撐（圖3），彈性支撐材質(zhì)為碳素彈簧鋼絲，含碳、硅、錳、磷、硫等元素，屬于中應(yīng)力碳素彈簧鋼絲。外側(cè)彈性支撐抗拉強度為2200MPa，扭轉(zhuǎn)強度為30次/360°，延伸率3%。內(nèi)側(cè)彈性支撐抗拉強度為1960 MPa，扭轉(zhuǎn)強度為28次/360°，延伸率3%。

【參考文獻(xiàn)】

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1 劉述芝;胡志剛;張健;;沖擊載荷作用下運動員下肢動態(tài)響應(yīng)的逆向動力學(xué)仿真[J];醫(yī)用生物力學(xué);2015年01期

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5 姚杰;牛文鑫;王e

本文編號：2833355