无源被动负重型外骨骼对单兵满负荷行走运动的步态分析研究

作者：熊然; 袁博; 陈光兴; 郭林; 彭阳; 杨柳; 段小军^*

来源：生物医学工程与临床, 2023, 27(04): 406-411.

DOI：10.13339/j.cnki.sglc.20230627.002

• 可穿戴外骨骼
• 无源被动式负重
• 满负荷行走
• 单兵
• 运动功能
• 负荷

目的 研究单兵使用无源被动负重型外骨骼(简称外骨骼)后对满负荷下行走的运动功能影响，为未来推广应用从而提升单兵负荷转运及改善该系统提供理论依据。方法 试验中的无源被动式负重型外骨骼主要由绑缚带、背囊和背架、腰部组件、腿部组件等组成。招募14例男性志愿者，年龄24～37岁，平均年龄27.9岁(标准差3.17岁)；身高169.0～185.0 cm，平均身高174.7 cm(标准差5.3 cm)；体质量67.5～90.0 kg，平均体质量74.9 kg(标准差6.9 kg)；身体质量指数22.6～27.9 kg/m2，平均身体质量指数24.5 kg/m2(标准差1.6 kg/m2)。在穿戴外骨骼和背负25 kg背囊测试后，以问卷形式和三维红外捕捉步态分析检测，对工作效率、人体生理耐受、安全性、舒适性、移动灵活性、使用意愿和步态时空参数进行评分和量化评价。步态数据在Nexus V2.9软件中经三维建模，分析获得时空参数结果，并统计学分析各组数据。结果 穿戴外骨骼可使负重行走时间平均缩短2.2 s，工作效率提高14.2%。穿戴外骨骼可使最大负重能力提高5kg。穿戴外骨骼将导致行走过程中膝关节最大活动角度平均丧失8°。有2例受试者发生了肩部皮肤轻微发红，没有发生重心不稳等安全事件的情况。使用无源被动负重型外骨骼后，测试者主观评估的舒适性(75.0±7.6)(60～90)分，移动灵活性(69.3±7.3)(60～80)分，使用意愿(72.1±7.0)(60～90)分。未穿戴外骨骼时，测试者背负25 kg后，步频、双足支撑时长、单足支撑时长和步速有显著性改变(P <0.05)，而穿戴外骨骼后，测试者的步频、双足支撑时长、单足支撑时长和步速改变差异无统计学意义。结论 单兵满负荷行走运动时，穿戴无源被动负重型外骨骼后可提高工作效率及最大负重能力，但会减小关节最大活动度，穿戴者仍自觉较高的舒适性和移动灵活性，愿意反复使用；步态分析证实，穿戴无源被动负重型外骨骼后，单兵满负荷行走运动功能可获得增强。

• 单位
  西南医院; 中国人民解放军陆军军医大学; 重庆理工大学