第四节 解剖学相关的分析工具

在制订康复治疗方案以及矫形器适配方案之前，需要对患者进行详细的运动功能评测，往往需要根据查体中体现出来的异常运动模式进行追根溯源的分析，推导出患者运动功能问题的根源。这个步骤中涉及患者运动时的运动学分析（判断关节活动度、运动环节、姿势保持等）、力学分析（判断关节力矩、肢体末端应力、肌肉张力等），以及神经运动控制分析（判断肌肉活性、肌群协同、运动模式等）。

一、运动学分析

运动为动作随时间变化的过程。表1-3-1列出的是有关运动的解剖学术语，包含器官、关节、四肢和身体其他特殊部位的动作。这些解剖学术语用于描述相对于标准解剖姿势的动作。通常解剖学家们使用统一的术语来描述大部分的动作，例如手臂和腿“屈曲”与“伸展”的动作。一些特殊名词描述较特殊的动作（表1-3-1），例如手、足和眼睛的动作。

一般来说，运动的分类是相对于解剖平面的动作来描述。角运动包含“屈曲”与“伸展”，用以描述两关节轴间角度的相对变化。旋转运动则出现于一些特定的关节，例如肩关节。这类动作则常以“内”和“外”来形容。其他术语还包含相对于水平面的“升”和“降”等。在西方医学名词中，大多数的术语都源于拉丁文。

研究动作的学科称为运动学（kinesiology）。运动可按照其相对于解剖平面的位置改变进行分类，虽然实际上的运动时常同时涉及数个平面的相对运动。

以下列出了以关节的特点对运动进行的分类。

滑移（gliding）是描述两关节平面间相互错动的动作，例如椎间盘之间、掌骨及腕骨之间的动作。

角运动（angular motions）发生于滑液关节，描述关节两侧轴间的角度变化。

旋转运动（rotational motions）是描述一个相对于一个轴进行自转的动作，例如转头。

除了关节特性之外，运动还能以其他特点进行分类：

线运动（linear motions），或称平移（translatory motions），是描述两点之间的相对运动，其中又可按其运动路径分为直线运动（rectilinear motion）和曲线运动（curvilinear motion）。

角运动，或称旋转，是当两相邻构造间产生角度变化的动作，意即两构造间在同一运动中产生不同的位移，例如膝关节的运动。

表1-3-2列出的是以解剖平面和人体几何构成对运动进行的分类。

二、力学分析

力学分析（mechanicis analysis）包括对人体肌肉力量的分析和考虑到环境因素的综合力学分析。以操作轮椅为例，人体的力学分析有多种分析方法，从秒表、卷尺的轮椅动力测试，到结合力、转矩、测两个推进圈的距离等。主动力量动力分析有助于保持用户长期的健康，把产生上肢疼痛和损伤的可能性降到最低。

综合力学分析需要考虑到患者身体、动作、康复器械、外界环境等多种因素，其力学分析往往需要借助更加严格的数学物理工具。这里回顾一下经典的牛顿力学概念。

（一）牛顿第一定律：惯性定律

牛顿第一定律规定，任何物体都保持静止或者匀速直线运动状态，直到受到外力迫使它改变这种状态为止。这就意味着需要一个力量使物体开始、停止、减缓，或者加速直线运动，以及改变直线运动的方向。这条定律表明如果没有拮抗肌或者其他因素的参与，运动一旦开始就无法自行停止，那么就存在因此而受伤的可能性。因此在设计和适配矫形器的过程中，综合运用牛顿第一定律和解剖学知识，可以对运动超限或运动损伤做出预案。

（二）牛顿第二定律：加速度定律

牛顿第二定律规定，任何物体的加速度与导致产生加速度的力量成正比，与该力的作用方向相同，并且与物体的质量成反比。在康复和矫形器制作中，这条定律更重要的是其另一种表述形式：即一个力矩将导致物体围绕一个旋转轴进行角向加速，且物体的角向加速与导致产生加速的力矩成正比，与力矩的作用旋转方向相同，并且与物体的质量惯性力矩成反比。牛顿第二定律描述的是在肌肉等张收缩的情况下，肢体会被带动而绕着关节加速旋转。综合运用这条定律和解剖学知识，可以针对肌肉力量不足导致的运动障碍设计专门的矫形器。

（三）牛顿第三定律：作用力-反作用力定律

牛顿第三定律规定，任何作用力都有一个大小相等并且方向相反的反作用力。这条定律暗示一个物体对另一个物体的作用被第二个物体对第一个物体的作用中和了。例如，由人行走或者站立接触的地面提供的反作用力。足部对地面产生了一个力，依据牛顿第三定律地面将产生一个与该力方向相反但大小相等的地面反作用力。在步态周期的整个支撑阶段，地面反作用力在大小、方向以及足部的作用点方面将发生变化。牛顿第三定律也可用于角向位移中。例如，在肌肉等长收缩中，内力矩和外力矩大小相等，并且旋转方向相反。综合运用这条定律和解剖学知识，可以对肢体与外界相接触的界面部分进行反作用力优化设计。

三、神经运动控制分析

运动控制是20世纪70年代以来新兴的研究领域，探讨控制人体运动的机制，包括随意（voluntary）与反射（reflective）机制。这个新兴领域源自神经生理学与心理学这两个原来彼此分离、平行发展的传统知识，直到20世纪70年代两者才逐渐融合。此后，心理学者开始使用电子生理与生物机械技术，探讨运动时中枢神经系统的功能；神经生理学者们也不再只研究神经机制，而探讨复杂的运动中的神经机制。这些研究大都以动物作为实验对象，代表性研究包括Grillner等人探讨猫的移动力（locomotion），Evarts研究猴子的脑结构等。

学者们曾一度将运动控制与运动技能学习联系在一起，或相互交换使用来说明此新兴领域。虽然如此，基本上两者的区别在于：运动技能学习强调有关改善学习的各种条件，亦即强调技能的“改变”；相对的，运动控制与操作特定行为条件的内在历程有较大相关，即强调技能的“性质”。早期的运动控制理论主要分为两方面：①周边控制理论（peripheral control theory）：以Mott和Sherrington所做的猴子实验为基础，强调动作时感觉资讯的重要性；②中枢控制理论（central control theory）：由Lashley所倡导，主张中枢神经系统已经具备动作形态的必要信息，反对动作回馈在动作产生方面的重要性。

当代运动控制的研究，受到面向信息处理的认知心理学相当大的影响，因此，将人视为一个信息处理系统；研究重点在于产生或支持运动的内在心理与神经过程，而非只重视可观察到的行为。研究的基本历程包含三个阶段：①辨认刺激阶段：包括注意与接收刺激，初步分析刺激特征、形态辨认等，因此，刺激强度与刺激清晰度是重要的研究变量；②选择反应阶段：正确辨认刺激之后，个体必须决定做什么反应，因此，刺激与反应之间的各种可能性、刺激与反应的适合性是本阶段的重要变量；③反应模式化阶段：选择反应之后，开始促进肌肉的行动，因此，反应的复杂度与反应的时间长度是重要的变量。综合而言，运动控制的理论可用多重的控制模式加以概括；依据这个模式，运动控制会有系统地从高层次的意识控制（需要一步一步进行反馈控制的慢动作）转向低层次的自动控制（不需注意力的前馈控制或模式化快动作）。

（牛传欣 谢青）