輔助仰臥位側翻過程壓瘡易發部位的生物力學建模與實驗研究

倫慶龍 蘇 鵬* 盧 達 李 碩 李 劍

1(北京信息科技大學機電工程學院，北京 100192)2(北京航空航天大學生物與醫學工程學院，北京 100191)3(國家康復輔具研究中心，民政部康復輔具技術與系統重點實驗室， 北京 100176)

引言

壓瘡是由于壓力或壓力結合剪切力對皮膚或皮下組織造成的局部損傷，常發生于骨骼隆突處[1]。 世界上約有0.1%～0.5%的人口患有壓瘡，其中70 歲以上的老年人壓瘡發生率為71%[2]。 據估計，重癥患者的壓瘡發生率在11.8% ～36%之間[3]，一旦發生了壓瘡，則死亡風險提升4 倍[4]，而通過有效地預防，壓瘡發生率可降低50%～60%[5]，在人口老齡化的國家，長期康復醫療的重要性將顯著增加[6]。

外力是壓瘡形成的首要外因，其次是外力要作用足夠長的時間。 目前預防壓瘡的常見的方法為定時側翻或使用減壓床墊，現有的研究多集中于減壓設備方面[7-8]。 也有研究者基于臨床實驗，對側翻的角度進行了分析，如Zhou 等[9]研究了不同仰臥位角度的身體在標準醫院床墊和綿羊皮床墊上的壓力分布情況，發現綿羊皮床墊上的壓力分布優于標準醫院床墊，且隨著身體仰臥位角度逐漸變大，骶骨區的壓力也在變大，仰臥位角度不宜超過60°。Defloor[10]研究了接觸壓力與仰臥角之間的關系，得出骶骨在30°仰臥角側臥的接觸壓力低于90°仰臥角的接觸壓力。 但是，當前研究鮮見從生物力學角度解釋壓瘡的發生機理，并未從理論上分析側翻角度范圍。 生物力學研究有助于更好的解釋運動中的力學現象和規律，揭示疾病致病機制，在指導運動和診療方面有重要作用。

仰臥位時，肩胛部、骶部以及足跟部等缺乏肌肉保護的骨突部位構成的平面支撐整個人體[11]，在這個平面上通常表現出相對較高的接觸壓力，而身體大部分重量集中在身體軀干部，骶骨區壓瘡發生率最高[12]。 本研究通過分析軀干部壓瘡易發部位的骨骼與軟組織受力情況，并利用健康男性的計算機斷層掃描(computed tomography， CT)數據構建壓瘡易發部位處骨骼與軟組織的生物力學模型，分析不同角度約束條件下壓瘡易發部位骨骼與軟組織的應力變化，并通過壓力分布測量實驗測得實際接觸壓強，將仿真值和實驗值進行對比，揭示輔助仰臥位側翻過程中人體軀干部壓瘡易發部位的受壓變化情況。

1 方法

1.1 軀干部壓瘡易發部位骨骼與軟組織的理論建模

基于解剖學理論和護理常識，壓瘡易發生于長時間受壓和缺乏脂肪保護、無肌肉包裹或肌層較薄的骨骼隆突處[1，13]。 上肢和下肢的肌肉多為紡錘形，即肌頭肌尾薄弱，肌腹粗厚。 骨骼肌的紡錘形態導致了肌頭肌尾處的骨骼無肌肉保護，只由一層表面皮膚包裹，稱此位置為骨骼隆突處。 當骨骼隆突處承受垂直壓力時，因無肌肉在骨骼和皮膚之間承受緩沖和減壓，骨骼隆突處的皮膚會發生應力集中現象，導致皮膚內血管受到壓迫，血液流通不暢，從而導致壓瘡的發生[14]。 圖1 顯示了人體在仰臥位和側臥位時的壓瘡易發部位，因人體的大部分重量都集中于軀干部，以肩胛下角和肩峰為主的肩部區域、以脊椎體隆突處為主的脊部區域和以骶骨和髖骨為主的臀部區域的壓瘡發生風險大于其他區域，故著重對以上部位進行研究。

圖1 人體在仰臥位和側臥位時的壓瘡易發部位(圖中的紅色區域)。 (a)仰臥位；(b)側臥位Fig.1 The common sites of pressure ulcers in turning over from supine position (The red areas in the pictures).(a) Supine position； (b) Lateral position

影響壓瘡病癥發生的原因有壓力、剪切力、摩擦力、外力作用時間和組織耐受性等，其中壓力在影響壓瘡病癥發生的因素中占主要因素，分析肩部、脊部和臀部的骨骼隆突處與床面的接觸壓強可以解釋壓瘡的形成原因。 健康男性的計算機斷層掃描(computed tomography， CT)數據導入醫學影像控制系統(materialise's interactive medical image control system， MIMICS)軟件，通過閾值分割方式分離骨骼和軟組織，對肩部、脊部和臀部骨骼與軟組織進行三維重建[15]，并進行受力分析，研究壓瘡易發部位處皮膚與床面的理論接觸壓強變化。 因右側翻與左側翻具有對稱性，故只研究右側翻運動[16]。

圖2 分別為翻身床輔助下肩部、脊部和臀部處骨骼與軟組織受力分析示意圖。Gs，Gv，Gh分別代表右肩胛骨、脊骨和髖骶骨處軟組織受到的壓力；Fsf，Fvf，Fhf分別代表右肩胛骨、脊骨和髖骶骨處軟組織與床面的摩擦力；Fs1與Fs2分別代表肩胛下角和肩胛肩峰處軟組織所受床面反作用力；Fv1代表脊骨處軟組織所受床面反作用力；Fh1與Fh2分別代表骶骨和髖骨處軟組織所受床面反作用力；θ為當前的側翻角度；θ1為副翻面開始側翻的角度；θ2為肩峰和髖骨與副翻面初步接觸時的角度。

人體側翻過程中，側翻形態的改變會影響人體骨骼和軟組織與床面的接觸形式，一塊骨骼往往具有多個支撐點，應以多個位置的壓強變化綜合評價壓瘡易發性。 根據翻身床功能實現過程，其存在兩個特征狀態，其中，狀態一為0＜θ ＜θ2，在0＜θ ＜θ1狀態時，僅主翻面輔助側翻，在θ1角度后摩擦力無法抵消重力沿床面向下的分力，為防止人體側滑，副翻面開始側翻，同時鉸接點向下移動抵消一部分床面側翻給予人體的摩擦；狀態二為θ2＜θ＜90°，主翻面與副翻面夾角β1呈90°時，兩床面固定姿態同步側翻。 在側翻過程中，肩胛下角處的皮膚始終與主翻面接觸，肩峰處的皮膚在側翻θ2后與副翻面初接觸，脊骨處的皮膚側翻過程中始終與主翻面接觸，髖骶骨側翻過程與肩胛骨相似。 圖中肩胛平面與胸腔平面夾角約為30°[17]，髖骨平面與胸腔平面夾角約45°，該解剖學角度影響肩部和臀部軟組織與床面的接觸面積。

圖2(a)中，當側翻角度存在0＜θ ＜θ1關系時，肩峰未受副翻面支撐，只存在Gs，Fsf，Fs1，根據受力模型，有

床面反作用力Fs1隨著側翻角度的增加而減小。

當側翻角度存在θ1＜θ ＜θ2關系時，肩胛岡及臨近區域與副翻面接觸，θ2＜θ＜90o時肩峰受到副翻面支撐，此時只存在Gs，Fs1，Fs2，根據受力模型，有

式中，床面反作用力Fs1隨著側翻角度的增加而減小，Fs2隨著側翻角度的增加而增大，在θ＝45o時，Fs1＝Fs2。

圖2(b)中，脊骨未與副翻面接觸，根據受力模型，有

圖2(c)中，髖骶骨側翻角度存在0＜θ ＜θ1關系時，骶骨與主翻面接觸，得

圖2 翻身床輔助下肩部、脊部和臀部處骨骼與軟組織受力分析示意。 (a)肩胛骨受力模型；(b)脊骨受力模型；(c)髖骶骨受力模型Fig.2 Interaction of bones and soft tissue at the shoulder， spine and hip with turning bed assisted.(a)Stress model of scapula； (b) stress model of Spinal； (c) Stress model of hip and sacrum

當側翻角度存在θ1＜θ ＜θ2關系時，骶骨臨近區域與副翻面接觸，θ2＜θ＜90o時髖骨骨突處受到副翻面支撐，此時只存在Gh，Fh1，Fh2，根據受力模型，有

式中，床面反作用力Fh1隨著側翻角度的增加而減小，Fh2隨著側翻角度的增加而增大，在θ＝45°時，Fh1＝Fh2。

1.2 軀干部壓瘡易發部位的有限元分析

將MIMICS 軟件建立的三維模型導入到自動化逆向工程軟件(Geomagic Studio)，對模型進行修補孔洞，去噪，光順等優化處理，最后將優化處理過的模型導入有限元仿真軟件(Abaqus)中進行仿真[18]。

對模型進行網格劃分，肩部、脊部、臀部幾何形狀不規則，形狀復雜，因此對模型采用三維四面體網格(C3D10 M)進行自由網格劃分，考慮到網格質量對計算結果有重要影響，對軟組織進行網格細化以保證較高的計算精度。 肩部、脊部和臀部有限元模型參數見表1，有限元模型如圖3 所示。

圖3 有限元模型。 (a)肩部；(b)脊部；(c)臀部Fig.3 Finite element model.(a) Shoulder；(b)Spine； (c) Hip

表1 肩部、脊部和臀部有限元模型參數Tab.1 Finite element model parameters of shoulder， ridge and hip

將各部位的骨骼簡化為皮質骨，并視為均一、各向同性的線彈性體[17-19]，且測試對象為健康志愿者， 故不考慮年齡、 性別因素對骨骼與軟組織力學參數的影響[15，18，20]，參考這些文獻，設置材料屬性和彈性模量如表2 所示。

表2 肩胛骨、脊骨、骨盆和軟組織的彈性模量與泊松比Tab.2 The elastic modulus and Poisson's ratio of scapula，vertebra， pelvis and soft tissue

參考圖2 肩部、脊部和臀部與床面的接觸形式，對不同狀態的骨骼施加不同的邊界條件，仿真中設置0°、30°、45°、60°、90°共5 個角度下的邊界條件。骨骼模型如圖4 所示，圖中標識了肩胛骨、脊骨和髖骶骨的細節部位，用于約束設置的說明，其中約束設置包含邊界條件和載荷兩項，邊界條件約束骨骼或軟組織的自由度，載荷設定骨骼或軟組織的受力大小和方向。 有限元仿真的主要約束設置如表3所示。

表3 有限元仿真過程中主要約束設置Tab.3 The main constrains of the models in the finite element simulation

圖4 骨骼模型的細節部位。 (a)肩胛骨( ? 表示力方向線與肩胛線的夾角)；(b)脊骨(?表示力的方向朝里)；(c)髖骶骨(☉表示力的方向朝外)Fig.4 Detail parts of the skeletal model.(a) Scapula ( ? indicates the angle between the line of force direction and the scapular line)； (b) Spine (?indicates that the direction of the force is facing inwards)； (c) Hip-sacrum (☉indicates that the direction of the force is facing outwards)

參考文獻[15，18]的建模方法建立了軀干部壓瘡易發部位的骨骼和軟組織三維模型，然后將優化后的模型導入Abaqus，參照前人經驗對骨骼和軟組織設置材料屬性和彈性模量[17-23]，通過對翻身床輔助下肩部、脊部和臀部處骨骼與軟組織受力分析、人體主、被動側翻過程分析及標準側翻動作下的力學傳遞研究，對不同狀態的骨骼施加不同的邊界條件和載荷，以保證有限元模型的真實性和精確性。

1.3 壓瘡易發部位的壓力分布測量實驗

對人體仰臥位側翻過程中肩胛部、脊部和髖骶部與床面的接觸壓強進行實驗測量。 受試者為10 名志愿者，健康男性，年齡23～25 歲，身高170～180 cm，體重55～80 kg，身體健康無不良隱患，符合實驗要求，實驗前受試者已填寫知情同意書，并完成倫理審查。

壓力分布測試系統前端采用美國TEKSCAN 公司的薄膜壓力傳感器，傳感器點陣密度0.3 點/cm2，量程0.15 kg/cm2，其內部包含了網格化的半導體基材，傳感器在負載壓力后，能夠改變其內部元素的阻值。 行列交織的基材，構成了傳感器最基本的感測元件。 通過快速的電子掃描，可以量測各個感測元件的阻值數據，并通過簡單的校準功能即可得到作用于傳感器上力和壓強的大小、時間和位置。 壓力分布測試傳感器可以完成多路傳感器信息的實時采集，并能實現人體各部位接觸圖像描繪、壓力圖譜、接觸面積、壓力中心軌跡等計算分析。

人體壓瘡易發部位的壓力分布測量實驗如圖5所示，實驗包含兩個步驟。

圖5 人體壓瘡易發部位的壓力分布測量實驗。 (a)試驗臺擺放示意(左為水平，右為傾斜)；(b) 測量實驗過程示意(左為測量肩胛部脊部，右為測量臀部；上為仰臥位姿態，下為側臥位姿態；虛線圈表示實驗測量部位)Fig.5 Pressure distribution measurement experiments on human pressure ulcer prone areas.(a) Illustration of the test bench placement (left side is horizontal，right side is inclined)； ( b) Illustration of the measurement procedure (The left is measuring the scapular spine， the right side is measuring the hip.The top is in supine position， the bottom is in lateral position； Dashed circles indicate experimental measurement sites)

步驟1:受試者平躺于壓力傳感器上，肩胛部與傳感器接觸，受試者不動，實驗臺帶動受試者側翻，采集人體肩胛下角處、脊骨處和骶骨處的壓強變化數據。

步驟2:受試者平躺于平板上，右肩與傳感器接觸，受試者在翻身板的輔助下做仰臥位側翻動作，采集人體右肩和右髖部的壓強變化數據。

2 結果

本研究進行了軀干部壓瘡易發部位的有限元仿真分析和壓力分布測量實驗，將仿真和實驗結果進行分析和對比，并驗證模型的有效性。

2.1 實驗結果

因個體實驗具有獨立性，且各實驗結果相對趨勢具有一致性，隨機選取一組數據進行分析。 輔助人體仰臥位側翻實驗后，選取肩部、脊部和臀部在30°和60°的實驗結果進行分析，如圖6 所示。 輔助仰臥位側翻過程中，肩胛下角處的皮膚始終與主翻面接觸，為防止人體相對主翻面滑動，副翻面側翻給予人體肩峰支持力以抵消重力在主翻面方向的向下分力，此時肩峰處的皮膚與副翻面接觸，同理，髖骨與骶骨處的皮膚也存在同樣的接觸形式，而脊骨附近的皮膚始終與主翻面接觸。 圖中(a)所示區域為30°和60°時肩峰附近皮膚與床面產生的最大壓強區域，(b)為30°和60°時肩胛下角附近最大壓強區域的變化，可以看出隨著側翻角度的增加，肩部與床面的接觸面積變小，壓強區域變得集中；圖中(c)所示區域為脊骨隆突處與床面產生的最大壓強區域，脊部與床面的接觸區域隨著側翻角度的增加而減小，可說明人體背部與床面的接觸力逐漸變??；臀部與主翻面接觸的部分為骶骨區，如圖(e)所示區域，臀部與副翻面接觸的部分為髖骨區，如圖(d)所示區域，可發現隨著側翻角度增大，髖骨區壓力集中現象開始發生，且骶骨區與主翻面的接觸區域減小。

根據壓力分布傳感器的數據得到肩部、脊部和臀部實際接觸壓強峰值，如表4 所示，側翻角度較小或較大時均導致局部壓強過大，側翻角度為30°～45°時各部位壓強變化率小，壓強相對均衡，未產生局部組織壓力集中現象。 通過實驗數據得到輔助仰臥位側翻過程中肩部、脊部和臀部的實際接觸最大壓強曲線，如圖7 所示，圖中肩胛下角、骶骨和脊骨處的壓強隨著側翻角度的增大而減小，肩峰和髖骨處的壓強隨著側翻角度的增大而增大。 A 點為肩峰和髖骨與副翻面初始接觸的點，B 點為肩胛下角和肩峰處實際接觸壓強相等的點，C 點為髖骨和骶骨實際接觸壓強相等的點，在B 點與C 點之間存在一個相對平衡的角度使人體與床面接觸最優。

表4 肩部、脊部和臀部實際接觸壓強峰值對照Tab.4 actual peak contact pressure table of the shoulder，spine and hip

2.2 仿真結果

仿真分析所得到的30°～60°應力變化情況，如圖8 所示，與壓力分布測量實驗的實際接觸壓強云圖(見圖6)進行對比，發現兩種方式所測得的接觸壓強分布大致相同，均集中在肩胛下角處、肩峰處、棘突處、骶骨處、髖骨處。 對比仿真最大應力曲線(見圖9)和實際接觸最大壓強曲線(見圖7)，肩峰和髖骨附近軟組織壓強產生時刻與開始產生應力的時刻均在側翻角度15°左右，并且兩個實際接觸最大壓強相等的特征點(圖7 中B 點和C 點)和兩個最大應力相等的特征點(圖9 中B 點和C 點)均在側翻角度30°～45°內產生。 雖然有限元模型仿真計算的肩部、脊部和臀部最大應力和實際最大壓強數值上稍有差異，但接觸壓強相等點和最大應力相等點的產生時刻基本相同，曲線趨勢基本一致。 綜上，仿真計算結果與實驗結果基本一致，所建的軀干部壓瘡易發部位的有限元模型有效，可用于仰臥位側翻過程中壓瘡易發位置的仿真研究。

圖6 不同側翻角度下的實際接觸壓強云圖。 (a)肩峰區；(b)肩胛下角區；(c)脊骨區；(d)髖骨區；(e)骶骨區(虛線圈表示最大壓強區域；虛線框表示臀部與主翻面接觸區域)Fig.6 Actual contact pressure clouds at 30° and 60° lateral roll angles.(a) Acromion area； (b) Subscapularis area； (c) Spine area； (d) Hip area； (e) Sacral area (Dashed circles indicate the area of maximum pressure；dashed boxes indicate the area of contact between the hip and the main flap)

根據人體肩部、脊部和臀部處軟組織的有限元仿真結果，得到軟組織的應力變化情況，如圖8 所示，其中30°～60°組為該范圍的某一種狀態的應力變化情況，區域A 為肩胛下角處；區域B 為肩峰處；區域C 為棘突處；區域D 為骶骨處；區域E 為髖骨處。 側翻過程中，A 處的應力始終存在，但應力集中情況逐漸減弱，B 處的應力首先在側翻角度為30°～60°時出現，并在90°時持續存在，30°～60°時出現較大面積的應力變化，表明這個過程中肩胛骨與軟組織的接觸面積增大；C 處的應力集中情況在側翻角度為0°時明顯存在，在30°～60°和90°時逐漸減弱至不明顯；D 處的應力集中情況在仰臥位側翻過程中逐漸減弱至不明顯，E 處的應力首次出現在30°～60°時，并在90°時變得明顯，可以看出臀部應力集中由骶骨向髖骨轉移的過程。

圖8 側翻過程中軟組織的有限元分析(虛線圈表示最大應力發生區域；虛線箭頭表示最大應力區域隨側翻角度的變化)。 (a)肩部(A 為肩胛下角處，B 為肩峰處)；(b)脊部(C 為棘突處)；(c)臀部(D 為骶骨處，E為髖骨處)Fig.8 Finite element analysis of soft tissues during cartwheeling ( Dashed circles indicate areas of maximum stress occurrence.Dashed arrows indicate the variation of the area of maximum stress with the angle of side-turning).(a) Shoulder (A at the subscapularis angle， B at the acromion)； (b) Spine(C at the spinous process)； (c) Hip (D at the sacrum， E at the hip)

根據有限元分析結果，得到表5 中的肩部、脊部和臀部骨骼附近軟組織應力峰值對照表，表中側翻角度較小或較大時均會導致局部應力過大，產生應力集中現象，在30°～45°范圍內，應力較為分散，各部位應力相對均衡，未發生突變。 通過圖9 肩胛骨、脊骨和髖骶骨附近軟組織的最大應力變化曲線可發現，肩胛下角、骶骨和脊骨附近軟組織的應力呈下降趨勢，肩峰和髖骨附近軟組織的應力呈上升趨勢，圖中A 點為肩峰和髖骨附近軟組織開始產生應力的時刻，B 點為肩胛下角和肩峰附近的軟組織應力相等的點，C 點為髖骨和骶骨附近的軟組織應力相等的點，B 點與C 點所在區間約為30°～45°，B 點與C 點代表的意義為在具有多個壓瘡易發部位的身體組織與床面接觸時，存在一個相對平衡的角度使多個壓瘡易發部位的受壓情況最優。 B 與C 間的角度范圍為較優角度閾值。

表5 肩部、脊部和臀部骨骼附近軟組織應力峰值對照Tab.5 Stress peak comparison table of the soft tissue near the bone of shoulder， spine and hip

圖9 肩部、脊部和臀部骨骼附近軟組織的最大應力曲線。 (A 表示肩峰和髖骨附近軟組織開始產生應力；B 表示肩胛下角和肩峰附近的軟組織應力相等；C 表示髖骨和骶骨附近的軟組織應力相等)Fig.9 Maximum stress curves for soft tissues near the shoulder， spine and hip bones.( A indicates the onset of stress in the soft tissues near the shoulder crest and hip bone.B indicates equal soft tissue stresses in the subscapularis and near the scapular crest.C indicates equal soft tissue stress in the vicinity of the hip and sacrum)

3 討論

壓瘡是局部組織長期受壓而致組織潰爛和壞死的一種病癥，壓瘡的產生是持續壓力、皮膚濕度、年齡、自身營養狀況等多種因素綜合作用的結果，而持續壓力是導致壓瘡產生的主要因素[1]。 局部組織持續受壓，可導致毛細血管血液循環障礙，造成組織缺氧，引起組織不可逆的損害，從而導致壓瘡的發生[1，12]。

控制壓瘡發生的關鍵是預防，仰臥位側翻可以重構并優化壓瘡易發部位的壓力分布，緩解局部壓力，是預防壓瘡最簡單有效的方法[14]。 但盲目隨意的翻身會加重壓瘡的發生，最合適側翻角度的問題一直困擾著護理工作者[3，14]。 目前臨床上主要使用30°翻身法預防壓瘡，30°側臥位法已被公認為可以有效緩解骨突壓力，提高預防壓瘡的效果[1]。 已有學者通過臨床實驗對合理側翻角度進行研究[3，14，25-27]，王志燕等[27]對10 名長期臥床的高齡患者進行30°、90°側臥實驗，研究證實30°側臥對患者生命體征影響較小，壓瘡預防的效果更好。

然而實驗的方法費時費錢且需要大量的實驗樣本，往往只能測得人體表面的壓力，很難得到人體內部的變化信息。 本研究采用了一種利用有限元仿真從生物力學角度探討壓瘡預防合理側翻角度的方法，此方法可有效解決這些問題[15，19-20]。 通過理論建模、有限元仿真和實驗對仰臥位側翻過程中壓瘡易發位置的生物力學變化進行了研究，描述了側翻過程中人體壓瘡易發部位內部結構的位移和內在應力的變化情況。 本研究中仿真條件的設置均為理想情況，實驗也受諸多因素的影響。 雖然仿真結果和實驗結果有一定的差異，但曲線的趨勢基本一致，側翻過程中多個壓瘡易發部位受壓最優的特征點(B、C 點)產生的時刻基本一致。

仿真和實驗研究結果表明，在側翻過程中人體同一部位所受的壓力是不同的，最大壓力出現在骨骼突隆的位置，不同側翻角度下的壓力分布也有所不同[32]。 在90°位置出現了應力峰值的極值點，產生了應力集中現象，90°側臥位比30°側臥位更易發生壓瘡，這與一些臨床研究結果一致[12，26-27]。 壓強分布云圖顯示了側翻角度較小或較大時人體骨突部位與輔助面接觸面積較小，應力較為集中，這會導致局部應力過大，增加壓瘡產生的幾率。 在角度閾值30°～45°范圍內肩部和臀部各部位應力峰值比較均衡，均在0.035～0.070 MPa，在此閾值內接觸部位應力較為均衡，肩胛下角處與肩峰處的應力也達到相對平衡的狀態，壓強分布云圖中顯示肩部多部位與輔助面接觸，壓力分布較為分散，各部位共同承擔人體壓力，有利于人體骨突部位壓力的分散和血液流動，能降低壓瘡發生的風險。

由此分析可知，側翻角度在30°～45°范圍內的壓力狀況優于90°，更有利于壓瘡的預防。 從圖9和圖7 兩個曲線圖分析可見，側翻過程中兩個最大應力相等點(見圖9 中B、C 點)和最大壓強相等點(見圖7 中B、C 點)產生時刻在30°～45°之間，在此角度閾值內存在一個使多個壓瘡易發部位受壓最優的接觸形式，此閾值可以緩解局部組織的接觸壓力，起到壓瘡預防的效果。 李簡玲等[26]通過自身對照實驗得出30°和45°側臥位可避開骨突受壓點，可有效降低壓瘡發生率，其臨床實驗的結果與本研究的結果相符。 也有研究者研究證實，不同角度對壓瘡預防的效果不同，90°側臥比30°側臥產生的壓力更高，30°和45°兩種翻身方式比15°預防壓瘡的效果更好，側臥位角度在30°～45°范圍內人體的受壓點可有效避開骨突部位，可以在不增加患者痛苦的基礎上更好地預防壓瘡[10，13，25-27]。 同理，髖骨處與骶骨處的壓強也存在相對平衡狀態。 肩部和臀部的生理結構使其存在骨骼外輪廓被軟組織連接包絡的情況，側翻角度在30°～45°時軟組織與輔助面的接觸面積最大，骨突對附近軟組織造成的集中壓強相對較小，能夠有效降低壓瘡發生的幾率。

不同年齡段的軟組織力學性質不同，軟組織力學參數隨年齡的增長而變化，老年人軟組織的彈性模量通常比年輕人的高，有研究者改變軟組織的生物力學屬性，建立了年輕人和老年人足踝軟組織有限元模型，通過二者的仿真結果對比，發現老年人的接觸應力比年輕人大，但準確確定老年人軟組織的生物力學參數比較困難[28-31]。 參照其方法，將本研究中健康男性的軟組織彈性模量提高50%，其他條件不變，在側翻角度為0°時進行仿真，仿真結果發現，老年人壓瘡易發部位的軟組織應力峰值比年輕人的大，應力集中現象更加明顯，壓瘡發生率更高。 本研究未能考慮年齡變化等對材料性能的影響，可能會導致結果有所偏差，在以后的研究中會對仿真模型不斷改進。 在本研究的基礎上，下一步工作將在合作醫院與福利機構針對老年人等壓瘡易發群體采集數據，進行更完整的研究。

4 結論

本研究基于三維重建技術建立了骨骼模型，從骨骼結構角度建立力學關系，簡化復雜骨骼運動為具有特征狀態的多階段力學模型，具有高效性和準確性。 研究通過有限元仿真和壓力分布測量實驗展示了軀干部壓瘡易發部位在輔助仰臥位側翻過程中的受壓變化情況，從理論上解釋了壓瘡發生的生物力學機制，并得到一個綜合壓強最優的角度閾值，有益于仰臥位側翻輔助器械的設計與使用，并為臨床護理提供參考。