JNER：电动假肢对截肢患者的代谢和活动的影响：一项随机交叉试验

经胫骨截肢（TTA）患者的行走不对称性更大，消耗更多的代谢能量，并且比未截肢的患者更喜欢走得慢。这些因素可能导致患者的体力活动水平下降。特别是，与未截肢的人相比，TTA的患者每天的步数较低，每次行走的持续时间较短。而缺乏体力活动会降低生活质量，并可能导致继发性共病，如肥胖和心血管疾病。

动力踝足系统，如BiOM（现德国杜德斯塔特Ottobock Empower）旨在通过在步态推离阶段提供主动“踝”力，减少步态不对称和代谢力。先前的研究发现，电动假肢使TTA患者在水平地面上行走时能够减少代谢。人工踝关节力量的益处可能取决于患者的特征由于患者的周围环境对身体活动的可及性起着重要作用，因此必须在患者的日常环境中对身体活动进行评估。因此，越来越多的研究采用基于社区的活动监测来评估假肢干预，为临床医生提供更全面的患者功能活动特征。为了正确衡量健康方面的改善情况，还应收集健康的心理和社会方面的信息，这些信息可能会严重影响日常表现。总的来说，有许多因素会影响或限制患者在日常生活中的表现。评估这些因素的变化是迈向电动假肢更全面评估的必要步骤。

在这项研究中，进行了一项随机交叉试验，比较了TTA患者在无监督设备适应一周后使用无动力和有电动假肢的情况。的主要目标是量化每天步行的代谢、步数和步行速度的差异，以及患者在佩戴每个假肢时对其活动性和生活质量的感知。本文发表在《Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation》。

单侧胫骨截肢患者（TTA）通过密歇根大学招募。纳入标准包括：21岁或以上，单侧TTA，j假肢使用至少六个月。如果潜在参与者有心血管疾病史，或其完整肢体有骨科或神经系统疾病史，或一次不能独立行走10分钟，则将其排除在外。 本研究采用交叉设计，参与者被随机分配，首先使用指定的无动力假体或动力假体进行测试。对于动力条件，认证的工程师使用BiOM T2动力假肢（BionX Medical Technologies Inc.，Bedford，MA，USA）为参与者安装假肢。然后给他们一周时间在家里适应该设备，并且没有接受任何特定于该设备的培训。

实验流程

在适应期结束后，给患者两个数据测量器（ActiGraph GT9X Link，ActiGraph，Pensacola，FL，USA）和一个支持全球定位系统（GPS）的智能手机，为期两周。一个数据测量器安装在假肢脚的顶部，并在100℃时收集加速计和陀螺仪（IMU）数据 。另一个（ACC）连接到假肢的侧面，并在30赫兹时收集加速计数据。选择ACC的位置是因为其对步数的高测试-再测试可靠性，而IMU放置在脚的顶部，以确保平足时的最小移动。GPS数据使用Ethica（加拿大安大略省Ethica数据）或MapMyRun（马里兰州巴尔的摩Armour下）收集。给患者一个活动日志，记录他们在收集过程中的活动。

患者来到实验室进行代谢测试，并完成问卷调查，评估他们的总体健康状况和生活质量。在进行代谢测试之前，要求患者禁食至少4小时。使用便携式代谢系统（Cosmed K4b2，意大利罗马）测量参与者的耗氧量和二氧化碳生成量。首先测量了参与者在坐姿上休息至少10分钟的基线代谢成本。然后，测量了患者在跑步机上以基于腿长的受控速度行走时的代谢成本。参与者在每种假肢状态后完成假肢评估问卷（PEQ）和简表（SF）。

假肢评估问卷

12人被随机分配到电动假肢（n = 7） 或先使用无动力假体（n = 5）。 10人完成了完整的研究。代谢（p = 0.585），每日步数（p = 0.995），实验室步行速度（p = 0.145）无统计学差异。 但是，假肢之间代谢成本的差异因参与者而异，该研究发现假肢干预 1.5 周 和 21 天后代谢减少。五名参与者认为使用电动假肢行走更容易，而四名参与者回应使用电动假肢行走更困难。在感觉使用电动假肢行走更容易的五名参与者中，只有一名参与者使用电动假肢降低了代谢。

假肢偏好变化与代谢变化； 假肢偏好变化与每日步数变化之间的关系

在感觉使用电动假肢行走更容易的五名参与者中，只有一人每日步数增加。日常生活中的身体活动可能更多地依赖于假肢以外的因素，例如周围环境、天气、生活方式、个性和职业。特别是，在结冰或其他湿滑的表面上行走时，使用动力假肢行走更不稳定，这可能会影响参与者的行走模式并混淆结果。患者对动力假肢以及它如何改善或没有改善他们的功能也有不同的感受。四人更喜欢无动力假肢，而六人更喜欢动力假肢。假肢偏好与代谢成本或步行速度的变化无关。

总之，在实验室或家庭环境中，动力假肢在功能方面没有显著的好处，还需要在未来的临床应用中进一步研究。

Kim, J., Wensman, J., Colabianchi, N. et al. The influence of powered prostheses on user perspectives, metabolics, and activity: a randomized crossover trial. J NeuroEngineering Rehabil 18, 49 (2021). https://doi.org/10.1186/s12984-021-00842-2