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内蒙古科技大学

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课题：

新型可抬升医用床的设计

专业：

机械设计制造及其自动化

学号：

1364134215

班级：

机2013-3

姓名：

邢凯

指导教师：

曹丽英

病床高度对患者跌倒过程中运动参数的影响分析

再要

尽管跌倒占医院病人受伤的比例很大，鲜为人知的是什么导致病人跌倒。

我们研究了在医院的病床上的65个老年人（67.6+/-14.1年）跌倒史（莫尔斯量化秋季在从坐到步行运动的重要事件运动学和时间参数量表评分53.3+/-21.4）组成的研究群体。

当参与者在三床高度被分类为高，中和低时出现了一个可调节的仪器化医院病床时，全身生物力学被捕获。

峰值垂直速度（即上升）期间的积木动量明显较小 高床出口比其他两个床高。

在中床退出与低床出口之间，座椅关闭和第一个脚趾之间的质心速度中心的变化明显更快。

低床条件下的时间变量显示出上升和步态开始的延迟。

这些时间延迟表明缺乏置信度和姿势稳定性的优先级。

由于坐卧姿势的动量值在床高之间没有显着差异，这表明个人使用相似的策略来产生运动，但在每种情况下不同地执行运动。

因此，由于姿势要求增加，床位高度可能不适合容易发生倾倒的个体。

如果存在医院床位

高度的最佳设置，我们的数据表明它可能位于膝盖高度的范围或略高。

1、介绍

随着人口不断增长，现代医学产生更长的寿命，由于年龄和疾病的增加，处于有害下降风险的人数增加。

虽然在任何年龄都可以发生跌倒，但65岁以上的患者有更高的发病率和更严重的后果，包括死亡，这被认为是该组第六大死亡原因[1-3]。

另外，这个年龄段的跌倒引起的人身伤害使得人们日常生活所需的运动能力下降，包括丧失独立生活活动的功能，以及进一步的疾病和并发症[4,5]。

医院病人跌倒知之甚少[6,7]。

进一步强调，需要特别注意的事实是，跌倒是医院报告事件发生率最高的事件[8]。

大多数跌倒发生在床上或床附近的患者房间（50-85％），而没有帮助（79％），失去平衡是最常见的原因（12％）[5,9-11]。

虽然不可能避免所有的跌倒，但是继续努力寻求简单的方法来减少各种住院环境中最脆弱人群的跌倒是可能的和必要的。

许多跌倒发生在医院病床的近侧，我们的研究试图通过定量方法来检查在跌倒的人群中坐姿走向移动期间各种床位的影响。

坐到步行（STW）是日常运动任务，是独立的根本。

它需要发起该移动性要求的级联事件姿势稳定性和运动序列的复杂重叠。

换句话说，这是一个动态的动作，需要一个人从坐立过渡到步行，同时移动质心（CoM）和减少的支持基础（BoS）。

因此，从坐到步行可以被认为是一种更为复杂的运动任务，而不是站稳（STS），对稳定性有更大的要求。

它也没有太多的研究[12-14]。

Magnan和Kerr的初步作品是针对健康的年轻人进行的，并得出结论认为，通过将站立和步态开始并入座位，个体能够利用离散任务的惯性特性直接跳到步态（重要的是要记住，步态开始的原始定义是从安静的立场开始的运动，而不是坐着）。

通过克尔[14，15]和Buckley等的研究。

[12]老年群体内检测STW，发现许多个人不作为流体，连续运动而是作为STS的脱节分离和步态起始组件执行STW任务。

他们还发现，与健康老人相比，在这些任务中有下降风险的老年人的分离程度更高，每个阶段的时间分配更广泛，都显着较慢。

我们假设存在一些应该提供稳定性和移动性的理想程度的运动学阈值，并且座椅/床身高度起着重要的作用。

虽然文献仍然在很大程度上未被探索，在失败升高和风险降低的关系方面，更多的实证调查用于检查STW中稳定性的组成部分。

几个变量在堕落者中显得很重要：

线性CoM速度在座椅关闭和摆动事件之间的前方向下降高达50％。

这与所有年龄段健康人群的下降15-35％相比[13,15-17]。

整个任务的持续时间长时间延迟，特别是在延长阶段，与座位和步态开始相一致，表明流动性和流动性减少[13,15,18-20]。

在所有STW阶段，前沿方向的CoM线性动量大幅减少[12,19-22，40]。

增加的侧支CoM速度，因为步态成立。

[16,17,23]。

本文研究了各种风险因素对住院病床高度对秋季参数的影响。

莫尔斯秋季量表（MFS）评分被用作参与者分层下降指数;已被证明提供良好的临床敏感性和特异性[24]。

分析了三个床位与受试者的胫骨平台高度：

“低”，“中”和“高”。

假设中床高度将为STW期间为倾向倾向的个体创造改善的移动性，同时也允许他们使用最佳技术平衡来提供理想的中间地带。

为此，分析前后和侧向CoM速度和座椅关闭事件之间的动量变化被认为是重要的，以揭示两轴之间的稳定性扰动。

还假设在STW任务的关键事件之间发生的总体任务持续时间以及持续时间将在稳定性和移动性之间的理想桥梁中的床高度上降低。

2、方法

2.1参与者

六名十五有力气，步态和行动不便的老年人被招募为这项研究。

这项研究的参与者是一项较大研究的子集，其中研究了床位高度对堕落人群移动性和稳定性参数的多重影响。

平均（±SD）年龄69.2±11.0岁，身高172±10厘米，体重87.3±20.2公斤，体重指数29.6±6.4千克/平方米。

妇女占人口的31％。

所有参与者由于各种病症包括但不限于：

帕金森病（PD），类风湿和骨关节炎，退行性关节疾病和继发于机械损伤的神经系统缺陷或生物疾病。

纳入标准为：

1）莫尔斯秋季比例得分≥45；2）站立和坐下时，步态偏弱或行动不便；3）能够在坐着和站立在床边之间过渡，转180度，不需要帮助就走几步。

排除标准为：

1）肢体截肢;2）人体测量和/或医疗条件，可能阻止使用坠落逮捕系统;3）单方面力量缺口>50％;4）认知障碍，这将妨碍给予知情同意或按照简单的指示进行入床和出床。

2.2实验方案

这项研究是在GeorgeE.Wahlen盐湖城退伍军人管理医院的护士教育实验室进行的。

该空间包含一个仪表化，可调高度的医院病床和两个力板（BertecBP4060，Columbus，OH），安装在床侧正下方的地板上，以收集双侧下肢地面反作用力（采样率500Hz）。

使用安装在围绕床和椅子（16'x15'x8.5'）的定制金属框架上的18个光电摄像机（NaturalPoint，Corvallis，OR）捕获运动数据。

关键解剖标志和肢体节段上约80个反射性标记定义了3D生物力学数据（采样率100Hz）的分段模型。

我们的独立变量由三个床位高度确定为小腿长度（LLL）的百分比：

1）95％的LLL被认为是低床（LB）;2）LLL的110％被认为是中床（MB）;3）125％的LLL被认为是高床（HB）。

每个参与者从每个床高度完成了一个单一的无约束STW运动试验。

床身高度顺序被随机分配为较大的研究数据集的一部分，其中包括27项全部运动试验。

在3D捕获和个人主体人体测量数据的Visual3D（C-MotionInc.，Germantown，MD）中创建了一个15段全身定制模型。

分析质量速度中心，躯干动量和时间特征，分析了STW运动过程中的关键事件，要求参与者坐在床边缘，以无约束的方式上升，向床对面的椅子走去。

选择用于分析的变量是使用时间，运动学和动力学数据创建的，分别通过在6和15Hz的巴特沃斯低通滤波后，3D运动捕获和地面反作用力之间的收集和动力学数据同步。

2.3变量和分析

认为重要的STW事件是基于Kerr等人定义和验证的阶段。

[15,21]其中包括：

1）屈曲动量，2）延伸，3）卸载，4）姿态（图1）。

屈曲动量阶段描述STW通过角度躯干和下肢屈曲和角加速度所需的动量生成。

延伸阶段描述了通过躯干和下肢延伸的座椅关闭和上升动作。

卸载阶段描述通过脚跟的脚跟开始步态，并且可以在时间上变化。

姿态阶段描述了第一和第二步骤之间的转换。

第二步即将完成STW任务。

被认为对分析重要的事件是运动学事件，标志着相位分割。

 事件是基于Buckley等人描述的。

 [12]，并考虑到STW运动测序差异发生在老年人，受损人群中。

它们包括运动起始（首先检测到的前躯干位移），起始位置（首先检测到的尾部行走位移），坐席（近似为峰值前后地面反作用力），峰值CoM垂直速度，俯仰（第一脚跟上升并启动步态），摆动（第一个脚趾）和立场（第二个脚趾）。

所有事件都被标记和错误检查，共有689项独特试验进行分析。

重复测量方差分析（RMANOVA）用于确定每个床高对STW运动的影响。

对于意义截止维持在p<0.05（a=0.05）。

当球形度的假设被违反时，当ε＜0.75时，使用Greenhouse-Geisser校正;否则使用了Huynh-Feldt校正。

使用Sidak校正因子进行事后成对比较，以减少I型误差，但是保持功率，因为比较少于6。

计算使用部分等角平方的观察功率和效应大小。

当η²p=0.1时，当η²p=0.09时，效应大小被认为很小，而根据Cohen's指南，当η²p=0.25时，效应大小被认为很小。

当考虑相关时，对数据的子集执行RMANOVA。

3、结果

3.1时间变量

发现床高显着影响了几个变量的时间，包括总任务时间（p=0.016），延长相位持续时间（p=0.001），延长相位与总任务时间的标准化比例，aka时间比（p=0.006），跟踪关闭时间，摆动时间和停止时间（全部为p=0.006）。

总任务时间被认为是运动开始到停止之间的持续时间。

延伸期持续时间被认为是峰值前后地面反作用力（峰值A/PGRF）和跟随力之间的时间。

时间比是延长相位持续时间与总任务时间的比率。

时间到脚跟和脚趾被认为是每个相应事件的运动开始之间的持续时间。

3.2速度变量

发现床高度显着影响峰值A/PGRF（即大多数参与者的座椅关闭）和摆动之间的速度变化（p=0.011）。

在摆动事件下，瞬时速度的P值在0.05和0.10之间（p=0.067）。

速度的变化被认为是每个事件瞬时速度的差异。

3.3动量变量

在峰值A/PGRF发生的前后动量被发现在床高之间是显着的（p=0.047），尽管事后成对比较不支持这一结果。

峰值高峰速度（峰值VVEL）的前后动量在床高度（p=0.000）之间也有显着差异。

发现内侧（M/L）停止动量在床高之间具有统计学意义（p=0.042），但是事后比较并不表示这一点。

图1在一个倾斜倾向的个体中坐着走路的阶段：

阶段2和3之间的灰色区域表示步态开始可能的时间时间范围。

4、讨论

到目前为止，迄今尚未有研究已经研究了STW运动学和时间特征，因为它们与不同的座位或床位高度有关。

这项研究的策略是填补现有假设的易发生倾向的人口危险因素及其与不熟悉环境中与床位高度的相互作用的差距。

4.1时间变量

大多数时间变量的显着性揭示了LB与HB和MB条件之间的表现分裂。

时间变量的所有效应大小都在0.09到0.25之间，Cohen的截止值被认为是中等的。

观察力对所有变量都是好的，为0.8以上。

在总任务时间的情况下，成对比较显示LB与HB显着不同（p=0.024）和MB（p=0.016）。

平均来说，参与者从LB完成STW任务，平均需要2.4秒。

STW执行中的这些延误可能意味着在LB条件下需要更多的姿态调节来保持平衡[15]，并且与Buckley[13]对PD患者和Frykberg[18]在患者中产生的数据一致。

表1.重复测量方法的概要。

由于偶尔丢失的数据和listwised删除，N因分析而异。

*表示与其他床高相比p<0.05。

**表示与其他两个床位高度相比p<0.05。

表明后验检测未发现统计学意义。

延伸阶段持续时间也LB和HB之间显著差异（p=0.002）和LB和MB之间（P=0.013）。

HB和MB延伸阶段持续时间分别为，平均1秒快于LB.扩展阶段特点所花费的时间上升，因为它重叠成步态启动，可能是任务最苛刻的过渡由于动态利用人体惯性性质和需要同时姿势控制。

此外，较长的时间-上升相通常是在秋季倾向的个体存在并且可能是需要一个标志用于增加姿势调整，以适应下肢肌肉[13，18,25]之间缺乏稳定性和运动协调性差的。

如果我们推断这给LB时间到上升的表现，我们可以解释这意味着个人他们的动作故意分成多个敷衍STS和步态启动事件的分歧。

考虑相对于总任务时间的延长相位持续时间也是重要的，以便将床位高度之间的该变量标准化为整个STW持续时间的百分比。

发现HB和LB之间的时间比是显着的（p=0.009）。

HB和MB的p值在0.05和0.10之间，MB和LB之间没有显着性差异。

这意味着参与者在从LB条件上升时在延长阶段花费更多的时间，即使被认为是总任务时间的百分比。

这可能表明，HB需要在步态开始之前的最小的姿势挑战性过渡，并且最佳地利用产生的动能（在这种情况下，“姿态上具有挑战性”）表明对个体在BoS内有效保持平衡的能力的挑战）。

或者，这可能意味着个人更难控制坐姿和站立之间的姿势重叠率，因此默认情况下“快速”执行。

MB条件似乎提供了最大的灵活性。

LB和HB之间的关系，摆脱和停止时间均具有统计学意义（对于所有三个变量，p<0.016）和LB和MB（对于所有三个变量，p<0.025）。

LB条件显示步态开始的最大延迟平均为2.4秒，结果与相同条件下的总任务时间增加一致。

有趣的是，即使数据分层，仅检查MFS评分为50或更高的个体，也没有发现座位关闭时机的差异。

该结果表明，任何给定床高度的座椅关闭时机是相同的，并且发散的时间参数仅在上升时才起作用。

4.2速度和动量变量

一些研究得出结论，倾向倾向的个体比其健康的同行具有更高的侧向速度和动量[16,17,23]。

这被认为与缺乏姿态控制有关，从而有助于不稳定和降低风险。

这项研究发现大多数速度和动量参数在床高之间没有显着差异。

一个例外是座椅关闭和秋千之间的速度变化。

成对比较显示MB和LB的差异（p=0.012）以及MB和HB之间的边界显着性（p=0.057）。

HB和LB之间没有什么区别，有趣的是，由于衡量指标的性质：

HB开始快速且保持快速，而LB开始缓慢并保持缓慢。

动量变量被认为是重要的，包括峰值VVEL处的A/P值。

HB条件与其他床位高度差异很大（p=0.000）。

由于事件发生在上升期间，所有躯干动量值均为负值。

HB在这个事件中需要较少的负动量，表明时间上的潜在差异和/或对强力干线延长上升的需求减少。

这可能意味着高的床高可以允许更多的动量被引导到前方的前向移动性或简单地减少去稳定的后动量。

这种特殊的结果具有高的观察功率和较大的效应尺寸，尽管实际上没有文献来源来调查在这个事件发生的运动学细节（超出Z轴）。

图2说明了这一结果，以及步态开始时的前动量略高。

RMANOVA显示峰值A/PGRF（p=0.047）时A/P动量的床高之间的统计学显着性，但是事后检测没有实现。

这个参数可能被不同的符号混淆了.BB和MB动量意味着事件的（+），而LB动量平均值是（-）。

虽然这项研究不能对参与者的M/L速度或动量参数的基线测量提出任何要求，但重要的是要注意，任何STW事件的床高之间没有发现M/L变量是显着的-有一个例外:

发现M/L的躯干动量在RM方差分析条件下不同（p=0.042）。

但是，事后检测并没有证实这一点。

床高度在运动学和时间下降风险参数中起作用。

在床位发生之后，低床高度造成时间参数的最大延迟，但在大多数关键事件中，A/P速度或动量没有显示出显着差异。

这表明低床构成了更具有挑战性的过渡，并且需要更多的时间来适应平衡障碍，同时使用与其他床位相同的动量策略。

这些结果的亮点在于，稍低一点的床高度显着影响了移动性（低床平均仅低于中床的2.5（±0.1）英寸，并且仅比胫骨平台高度低0.9（±0.1）英寸）。

图2示出了在每个床高度（用标记指示）的6个STW事件发生时的A/P动量值。

研究人群作为MFS评分的函数被分成组（较低的分数表示较少的损伤）。

随着床高度的降低，两组的动量大小趋于上升，表明个人可能需要在延长期间使用更多的速度才能发展所需的髋关节时刻。

这可能是因为个人将他们的CoM进一步放在他们的BoS上，因为座椅高度下降。

中床高度与成对比较其他床高度的运动学或时间参数结果最不显着差异，表明可能为患者提供稳定或动员策略的中间位置。

这两个运动表达式通常被视为非互补的，但是为了成功的STW，必须以流体的方式使用这两种运动表达式[26]。

根据需要允许时间上升阶段的中等床高度更长或更短，但步态起始时间类似于HB（即更早）。

它也提供了座椅关闭和摆动之间速度的最大增加。

因此，中等高度的潜在美丽是允许参与者以相当高的流动程度稳定而进入步态的速度上升。

高床高度具有与中床高度相同的运动和时间特征，具有稍快的事件时间。

由于M/L运动学参数在统计学上与中床高度相同，所以在褥骨高度3英寸范围内的高床高可能对出床时坠落风险的个体几乎没有危害。

这项研究支持定性文献研究结果，低床高度似乎不会降低出床时的跌倒风险;相反，他们可能会加剧他们。

此外，它提供了证据表明，高风险人群可能会降低风险，即通过设置床层高度来补偿通常用于补偿力量和流动性缺陷的平衡策略。

需要更多的工作来确定明确的指导方针，以确定和设置更适应床位进入和退出的床位。

图2三张图表突出了每张床高度的六个STW事件中的A/P干线势头.MFS评分<50构成了低评分组，反映出较少的损伤。

MFS得分>50组成高分，并反映更多的损害。

展示的事件按照以下顺序：

1）开始展现;2）座位;3）峰值VVEL;4）脚跟;5）摆动;6）站立事件时间被反映为任务周期的百分比，从运动开始开始并以停止结束。

致谢

医院病床安全性，患者跌倒和不动作之间的联系（JMorsePI）AHRQ1R01HS018953-01。

直接或间接支持VA的资源（提供设施或患者）以及调查人员无补偿（WOC）任用的结果。

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