辅助仰卧位侧翻过程压疮易发部位的生物力学建模与实验研究

伦庆龙 苏 鹏* 卢 达 李 硕 李 剑

1(北京信息科技大学机电工程学院，北京 100192)2(北京航空航天大学生物与医学工程学院，北京 100191)3(国家康复辅具研究中心，民政部康复辅具技术与系统重点实验室， 北京 100176)

引言

压疮是由于压力或压力结合剪切力对皮肤或皮下组织造成的局部损伤，常发生于骨骼隆突处[1]。 世界上约有0.1%～0.5%的人口患有压疮，其中70 岁以上的老年人压疮发生率为71%[2]。 据估计，重症患者的压疮发生率在11.8% ～36%之间[3]，一旦发生了压疮，则死亡风险提升4 倍[4]，而通过有效地预防，压疮发生率可降低50%～60%[5]，在人口老龄化的国家，长期康复医疗的重要性将显著增加[6]。

外力是压疮形成的首要外因，其次是外力要作用足够长的时间。 目前预防压疮的常见的方法为定时侧翻或使用减压床垫，现有的研究多集中于减压设备方面[7-8]。 也有研究者基于临床实验，对侧翻的角度进行了分析，如Zhou 等[9]研究了不同仰卧位角度的身体在标准医院床垫和绵羊皮床垫上的压力分布情况，发现绵羊皮床垫上的压力分布优于标准医院床垫，且随着身体仰卧位角度逐渐变大，骶骨区的压力也在变大，仰卧位角度不宜超过60°。Defloor[10]研究了接触压力与仰卧角之间的关系，得出骶骨在30°仰卧角侧卧的接触压力低于90°仰卧角的接触压力。 但是，当前研究鲜见从生物力学角度解释压疮的发生机理，并未从理论上分析侧翻角度范围。 生物力学研究有助于更好的解释运动中的力学现象和规律，揭示疾病致病机制，在指导运动和诊疗方面有重要作用。

仰卧位时，肩胛部、骶部以及足跟部等缺乏肌肉保护的骨突部位构成的平面支撑整个人体[11]，在这个平面上通常表现出相对较高的接触压力，而身体大部分重量集中在身体躯干部，骶骨区压疮发生率最高[12]。 本研究通过分析躯干部压疮易发部位的骨骼与软组织受力情况，并利用健康男性的计算机断层扫描(computed tomography， CT)数据构建压疮易发部位处骨骼与软组织的生物力学模型，分析不同角度约束条件下压疮易发部位骨骼与软组织的应力变化，并通过压力分布测量实验测得实际接触压强，将仿真值和实验值进行对比，揭示辅助仰卧位侧翻过程中人体躯干部压疮易发部位的受压变化情况。

1 方法

1.1 躯干部压疮易发部位骨骼与软组织的理论建模

基于解剖学理论和护理常识，压疮易发生于长时间受压和缺乏脂肪保护、无肌肉包裹或肌层较薄的骨骼隆突处[1，13]。 上肢和下肢的肌肉多为纺锤形，即肌头肌尾薄弱，肌腹粗厚。 骨骼肌的纺锤形态导致了肌头肌尾处的骨骼无肌肉保护，只由一层表面皮肤包裹，称此位置为骨骼隆突处。 当骨骼隆突处承受垂直压力时，因无肌肉在骨骼和皮肤之间承受缓冲和减压，骨骼隆突处的皮肤会发生应力集中现象，导致皮肤内血管受到压迫，血液流通不畅，从而导致压疮的发生[14]。 图1 显示了人体在仰卧位和侧卧位时的压疮易发部位，因人体的大部分重量都集中于躯干部，以肩胛下角和肩峰为主的肩部区域、以脊椎体隆突处为主的脊部区域和以骶骨和髋骨为主的臀部区域的压疮发生风险大于其他区域，故着重对以上部位进行研究。

图1 人体在仰卧位和侧卧位时的压疮易发部位(图中的红色区域)。 (a)仰卧位；(b)侧卧位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

影响压疮病症发生的原因有压力、剪切力、摩擦力、外力作用时间和组织耐受性等，其中压力在影响压疮病症发生的因素中占主要因素，分析肩部、脊部和臀部的骨骼隆突处与床面的接触压强可以解释压疮的形成原因。 健康男性的计算机断层扫描(computed tomography， CT)数据导入医学影像控制系统(materialise's interactive medical image control system， MIMICS)软件，通过阈值分割方式分离骨骼和软组织，对肩部、脊部和臀部骨骼与软组织进行三维重建[15]，并进行受力分析，研究压疮易发部位处皮肤与床面的理论接触压强变化。 因右侧翻与左侧翻具有对称性，故只研究右侧翻运动[16]。

图2 分别为翻身床辅助下肩部、脊部和臀部处骨骼与软组织受力分析示意图。Gs，Gv，Gh分别代表右肩胛骨、脊骨和髋骶骨处软组织受到的压力；Fsf，Fvf，Fhf分别代表右肩胛骨、脊骨和髋骶骨处软组织与床面的摩擦力；Fs1与Fs2分别代表肩胛下角和肩胛肩峰处软组织所受床面反作用力；Fv1代表脊骨处软组织所受床面反作用力；Fh1与Fh2分别代表骶骨和髋骨处软组织所受床面反作用力；θ为当前的侧翻角度；θ1为副翻面开始侧翻的角度；θ2为肩峰和髋骨与副翻面初步接触时的角度。

人体侧翻过程中，侧翻形态的改变会影响人体骨骼和软组织与床面的接触形式，一块骨骼往往具有多个支撑点，应以多个位置的压强变化综合评价压疮易发性。 根据翻身床功能实现过程，其存在两个特征状态，其中，状态一为0＜θ ＜θ2，在0＜θ ＜θ1状态时，仅主翻面辅助侧翻，在θ1角度后摩擦力无法抵消重力沿床面向下的分力，为防止人体侧滑，副翻面开始侧翻，同时铰接点向下移动抵消一部分床面侧翻给予人体的摩擦；状态二为θ2＜θ＜90°，主翻面与副翻面夹角β1呈90°时，两床面固定姿态同步侧翻。 在侧翻过程中，肩胛下角处的皮肤始终与主翻面接触，肩峰处的皮肤在侧翻θ2后与副翻面初接触，脊骨处的皮肤侧翻过程中始终与主翻面接触，髋骶骨侧翻过程与肩胛骨相似。 图中肩胛平面与胸腔平面夹角约为30°[17]，髋骨平面与胸腔平面夹角约45°，该解剖学角度影响肩部和臀部软组织与床面的接触面积。

图2(a)中，当侧翻角度存在0＜θ ＜θ1关系时，肩峰未受副翻面支撑，只存在Gs，Fsf，Fs1，根据受力模型，有

床面反作用力Fs1随着侧翻角度的增加而减小。

当侧翻角度存在θ1＜θ ＜θ2关系时，肩胛冈及临近区域与副翻面接触，θ2＜θ＜90o时肩峰受到副翻面支撑，此时只存在Gs，Fs1，Fs2，根据受力模型，有

式中，床面反作用力Fs1随着侧翻角度的增加而减小，Fs2随着侧翻角度的增加而增大，在θ＝45o时，Fs1＝Fs2。

图2(b)中，脊骨未与副翻面接触，根据受力模型，有

图2(c)中，髋骶骨侧翻角度存在0＜θ ＜θ1关系时，骶骨与主翻面接触，得

图2 翻身床辅助下肩部、脊部和臀部处骨骼与软组织受力分析示意。 (a)肩胛骨受力模型；(b)脊骨受力模型；(c)髋骶骨受力模型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

当侧翻角度存在θ1＜θ ＜θ2关系时，骶骨临近区域与副翻面接触，θ2＜θ＜90o时髋骨骨突处受到副翻面支撑，此时只存在Gh，Fh1，Fh2，根据受力模型，有

式中，床面反作用力Fh1随着侧翻角度的增加而减小，Fh2随着侧翻角度的增加而增大，在θ＝45°时，Fh1＝Fh2。

1.2 躯干部压疮易发部位的有限元分析

将MIMICS 软件建立的三维模型导入到自动化逆向工程软件(Geomagic Studio)，对模型进行修补孔洞，去噪，光顺等优化处理，最后将优化处理过的模型导入有限元仿真软件(Abaqus)中进行仿真[18]。

对模型进行网格划分，肩部、脊部、臀部几何形状不规则，形状复杂，因此对模型采用三维四面体网格(C3D10 M)进行自由网格划分，考虑到网格质量对计算结果有重要影响，对软组织进行网格细化以保证较高的计算精度。 肩部、脊部和臀部有限元模型参数见表1，有限元模型如图3 所示。

图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参数Tab.1 Finite element model parameters of shoulder， ridge and hip

将各部位的骨骼简化为皮质骨，并视为均一、各向同性的线弹性体[17-19]，且测试对象为健康志愿者， 故不考虑年龄、 性别因素对骨骼与软组织力学参数的影响[15，18，20]，参考这些文献，设置材料属性和弹性模量如表2 所示。

表2 肩胛骨、脊骨、骨盆和软组织的弹性模量与泊松比Tab.2 The elastic modulus and Poisson's ratio of scapula，vertebra， pelvis and soft tissue

参考图2 肩部、脊部和臀部与床面的接触形式，对不同状态的骨骼施加不同的边界条件，仿真中设置0°、30°、45°、60°、90°共5 个角度下的边界条件。骨骼模型如图4 所示，图中标识了肩胛骨、脊骨和髋骶骨的细节部位，用于约束设置的说明，其中约束设置包含边界条件和载荷两项，边界条件约束骨骼或软组织的自由度，载荷设定骨骼或软组织的受力大小和方向。 有限元仿真的主要约束设置如表3所示。

表3 有限元仿真过程中主要约束设置Tab.3 The main constrains of the models in the finite element simulation

图4 骨骼模型的细节部位。 (a)肩胛骨( ϕ 表示力方向线与肩胛线的夹角)；(b)脊骨(⊗表示力的方向朝里)；(c)髋骶骨(☉表示力的方向朝外)Fig.4 Detail parts of the skeletal model.(a) Scapula ( ϕ 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)

参考文献[15，18]的建模方法建立了躯干部压疮易发部位的骨骼和软组织三维模型，然后将优化后的模型导入Abaqus，参照前人经验对骨骼和软组织设置材料属性和弹性模量[17-23]，通过对翻身床辅助下肩部、脊部和臀部处骨骼与软组织受力分析、人体主、被动侧翻过程分析及标准侧翻动作下的力学传递研究，对不同状态的骨骼施加不同的边界条件和载荷，以保证有限元模型的真实性和精确性。

1.3 压疮易发部位的压力分布测量实验

对人体仰卧位侧翻过程中肩胛部、脊部和髋骶部与床面的接触压强进行实验测量。 受试者为10 名志愿者，健康男性，年龄23～25 岁，身高170～180 cm，体重55～80 kg，身体健康无不良隐患，符合实验要求，实验前受试者已填写知情同意书，并完成伦理审查。

压力分布测试系统前端采用美国TEKSCAN 公司的薄膜压力传感器，传感器点阵密度0.3 点/cm2，量程0.15 kg/cm2，其内部包含了网格化的半导体基材，传感器在负载压力后，能够改变其内部元素的阻值。 行列交织的基材，构成了传感器最基本的感测元件。 通过快速的电子扫描，可以量测各个感测元件的阻值数据，并通过简单的校准功能即可得到作用于传感器上力和压强的大小、时间和位置。 压力分布测试传感器可以完成多路传感器信息的实时采集，并能实现人体各部位接触图像描绘、压力图谱、接触面积、压力中心轨迹等计算分析。

人体压疮易发部位的压力分布测量实验如图5所示，实验包含两个步骤。

图5 人体压疮易发部位的压力分布测量实验。 (a)试验台摆放示意(左为水平，右为倾斜)；(b) 测量实验过程示意(左为测量肩胛部脊部，右为测量臀部；上为仰卧位姿态，下为侧卧位姿态；虚线圈表示实验测量部位)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)

步骤1:受试者平躺于压力传感器上，肩胛部与传感器接触，受试者不动，实验台带动受试者侧翻，采集人体肩胛下角处、脊骨处和骶骨处的压强变化数据。

步骤2:受试者平躺于平板上，右肩与传感器接触，受试者在翻身板的辅助下做仰卧位侧翻动作，采集人体右肩和右髋部的压强变化数据。

2 结果

本研究进行了躯干部压疮易发部位的有限元仿真分析和压力分布测量实验，将仿真和实验结果进行分析和对比，并验证模型的有效性。

2.1 实验结果

因个体实验具有独立性，且各实验结果相对趋势具有一致性，随机选取一组数据进行分析。 辅助人体仰卧位侧翻实验后，选取肩部、脊部和臀部在30°和60°的实验结果进行分析，如图6 所示。 辅助仰卧位侧翻过程中，肩胛下角处的皮肤始终与主翻面接触，为防止人体相对主翻面滑动，副翻面侧翻给予人体肩峰支持力以抵消重力在主翻面方向的向下分力，此时肩峰处的皮肤与副翻面接触，同理，髋骨与骶骨处的皮肤也存在同样的接触形式，而脊骨附近的皮肤始终与主翻面接触。 图中(a)所示区域为30°和60°时肩峰附近皮肤与床面产生的最大压强区域，(b)为30°和60°时肩胛下角附近最大压强区域的变化，可以看出随着侧翻角度的增加，肩部与床面的接触面积变小，压强区域变得集中；图中(c)所示区域为脊骨隆突处与床面产生的最大压强区域，脊部与床面的接触区域随着侧翻角度的增加而减小，可说明人体背部与床面的接触力逐渐变小；臀部与主翻面接触的部分为骶骨区，如图(e)所示区域，臀部与副翻面接触的部分为髋骨区，如图(d)所示区域，可发现随着侧翻角度增大，髋骨区压力集中现象开始发生，且骶骨区与主翻面的接触区域减小。

根据压力分布传感器的数据得到肩部、脊部和臀部实际接触压强峰值，如表4 所示，侧翻角度较小或较大时均导致局部压强过大，侧翻角度为30°～45°时各部位压强变化率小，压强相对均衡，未产生局部组织压力集中现象。 通过实验数据得到辅助仰卧位侧翻过程中肩部、脊部和臀部的实际接触最大压强曲线，如图7 所示，图中肩胛下角、骶骨和脊骨处的压强随着侧翻角度的增大而减小，肩峰和髋骨处的压强随着侧翻角度的增大而增大。 A 点为肩峰和髋骨与副翻面初始接触的点，B 点为肩胛下角和肩峰处实际接触压强相等的点，C 点为髋骨和骶骨实际接触压强相等的点，在B 点与C 点之间存在一个相对平衡的角度使人体与床面接触最优。

表4 肩部、脊部和臀部实际接触压强峰值对照Tab.4 actual peak contact pressure table of the shoulder，spine and hip

2.2 仿真结果

仿真分析所得到的30°～60°应力变化情况，如图8 所示，与压力分布测量实验的实际接触压强云图(见图6)进行对比，发现两种方式所测得的接触压强分布大致相同，均集中在肩胛下角处、肩峰处、棘突处、骶骨处、髋骨处。 对比仿真最大应力曲线(见图9)和实际接触最大压强曲线(见图7)，肩峰和髋骨附近软组织压强产生时刻与开始产生应力的时刻均在侧翻角度15°左右，并且两个实际接触最大压强相等的特征点(图7 中B 点和C 点)和两个最大应力相等的特征点(图9 中B 点和C 点)均在侧翻角度30°～45°内产生。 虽然有限元模型仿真计算的肩部、脊部和臀部最大应力和实际最大压强数值上稍有差异，但接触压强相等点和最大应力相等点的产生时刻基本相同，曲线趋势基本一致。 综上，仿真计算结果与实验结果基本一致，所建的躯干部压疮易发部位的有限元模型有效，可用于仰卧位侧翻过程中压疮易发位置的仿真研究。

图6 不同侧翻角度下的实际接触压强云图。 (a)肩峰区；(b)肩胛下角区；(c)脊骨区；(d)髋骨区；(e)骶骨区(虚线圈表示最大压强区域；虚线框表示臀部与主翻面接触区域)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)

根据人体肩部、脊部和臀部处软组织的有限元仿真结果，得到软组织的应力变化情况，如图8 所示，其中30°～60°组为该范围的某一种状态的应力变化情况，区域A 为肩胛下角处；区域B 为肩峰处；区域C 为棘突处；区域D 为骶骨处；区域E 为髋骨处。 侧翻过程中，A 处的应力始终存在，但应力集中情况逐渐减弱，B 处的应力首先在侧翻角度为30°～60°时出现，并在90°时持续存在，30°～60°时出现较大面积的应力变化，表明这个过程中肩胛骨与软组织的接触面积增大；C 处的应力集中情况在侧翻角度为0°时明显存在，在30°～60°和90°时逐渐减弱至不明显；D 处的应力集中情况在仰卧位侧翻过程中逐渐减弱至不明显，E 处的应力首次出现在30°～60°时，并在90°时变得明显，可以看出臀部应力集中由骶骨向髋骨转移的过程。

图8 侧翻过程中软组织的有限元分析(虚线圈表示最大应力发生区域；虚线箭头表示最大应力区域随侧翻角度的变化)。 (a)肩部(A 为肩胛下角处，B 为肩峰处)；(b)脊部(C 为棘突处)；(c)臀部(D 为骶骨处，E为髋骨处)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)

根据有限元分析结果，得到表5 中的肩部、脊部和臀部骨骼附近软组织应力峰值对照表，表中侧翻角度较小或较大时均会导致局部应力过大，产生应力集中现象，在30°～45°范围内，应力较为分散，各部位应力相对均衡，未发生突变。 通过图9 肩胛骨、脊骨和髋骶骨附近软组织的最大应力变化曲线可发现，肩胛下角、骶骨和脊骨附近软组织的应力呈下降趋势，肩峰和髋骨附近软组织的应力呈上升趋势，图中A 点为肩峰和髋骨附近软组织开始产生应力的时刻，B 点为肩胛下角和肩峰附近的软组织应力相等的点，C 点为髋骨和骶骨附近的软组织应力相等的点，B 点与C 点所在区间约为30°～45°，B 点与C 点代表的意义为在具有多个压疮易发部位的身体组织与床面接触时，存在一个相对平衡的角度使多个压疮易发部位的受压情况最优。 B 与C 间的角度范围为较优角度阈值。

表5 肩部、脊部和臀部骨骼附近软组织应力峰值对照Tab.5 Stress peak comparison table of the soft tissue near the bone of shoulder， spine and hip

图9 肩部、脊部和臀部骨骼附近软组织的最大应力曲线。 (A 表示肩峰和髋骨附近软组织开始产生应力；B 表示肩胛下角和肩峰附近的软组织应力相等；C 表示髋骨和骶骨附近的软组织应力相等)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 讨论

压疮是局部组织长期受压而致组织溃烂和坏死的一种病症，压疮的产生是持续压力、皮肤湿度、年龄、自身营养状况等多种因素综合作用的结果，而持续压力是导致压疮产生的主要因素[1]。 局部组织持续受压，可导致毛细血管血液循环障碍，造成组织缺氧，引起组织不可逆的损害，从而导致压疮的发生[1，12]。

控制压疮发生的关键是预防，仰卧位侧翻可以重构并优化压疮易发部位的压力分布，缓解局部压力，是预防压疮最简单有效的方法[14]。 但盲目随意的翻身会加重压疮的发生，最合适侧翻角度的问题一直困扰着护理工作者[3，14]。 目前临床上主要使用30°翻身法预防压疮，30°侧卧位法已被公认为可以有效缓解骨突压力，提高预防压疮的效果[1]。 已有学者通过临床实验对合理侧翻角度进行研究[3，14，25-27]，王志燕等[27]对10 名长期卧床的高龄患者进行30°、90°侧卧实验，研究证实30°侧卧对患者生命体征影响较小，压疮预防的效果更好。

然而实验的方法费时费钱且需要大量的实验样本，往往只能测得人体表面的压力，很难得到人体内部的变化信息。 本研究采用了一种利用有限元仿真从生物力学角度探讨压疮预防合理侧翻角度的方法，此方法可有效解决这些问题[15，19-20]。 通过理论建模、有限元仿真和实验对仰卧位侧翻过程中压疮易发位置的生物力学变化进行了研究，描述了侧翻过程中人体压疮易发部位内部结构的位移和内在应力的变化情况。 本研究中仿真条件的设置均为理想情况，实验也受诸多因素的影响。 虽然仿真结果和实验结果有一定的差异，但曲线的趋势基本一致，侧翻过程中多个压疮易发部位受压最优的特征点(B、C 点)产生的时刻基本一致。

仿真和实验研究结果表明，在侧翻过程中人体同一部位所受的压力是不同的，最大压力出现在骨骼突隆的位置，不同侧翻角度下的压力分布也有所不同[32]。 在90°位置出现了应力峰值的极值点，产生了应力集中现象，90°侧卧位比30°侧卧位更易发生压疮，这与一些临床研究结果一致[12，26-27]。 压强分布云图显示了侧翻角度较小或较大时人体骨突部位与辅助面接触面积较小，应力较为集中，这会导致局部应力过大，增加压疮产生的几率。 在角度阈值30°～45°范围内肩部和臀部各部位应力峰值比较均衡，均在0.035～0.070 MPa，在此阈值内接触部位应力较为均衡，肩胛下角处与肩峰处的应力也达到相对平衡的状态，压强分布云图中显示肩部多部位与辅助面接触，压力分布较为分散，各部位共同承担人体压力，有利于人体骨突部位压力的分散和血液流动，能降低压疮发生的风险。

由此分析可知，侧翻角度在30°～45°范围内的压力状况优于90°，更有利于压疮的预防。 从图9和图7 两个曲线图分析可见，侧翻过程中两个最大应力相等点(见图9 中B、C 点)和最大压强相等点(见图7 中B、C 点)产生时刻在30°～45°之间，在此角度阈值内存在一个使多个压疮易发部位受压最优的接触形式，此阈值可以缓解局部组织的接触压力，起到压疮预防的效果。 李简玲等[26]通过自身对照实验得出30°和45°侧卧位可避开骨突受压点，可有效降低压疮发生率，其临床实验的结果与本研究的结果相符。 也有研究者研究证实，不同角度对压疮预防的效果不同，90°侧卧比30°侧卧产生的压力更高，30°和45°两种翻身方式比15°预防压疮的效果更好，侧卧位角度在30°～45°范围内人体的受压点可有效避开骨突部位，可以在不增加患者痛苦的基础上更好地预防压疮[10，13，25-27]。 同理，髋骨处与骶骨处的压强也存在相对平衡状态。 肩部和臀部的生理结构使其存在骨骼外轮廓被软组织连接包络的情况，侧翻角度在30°～45°时软组织与辅助面的接触面积最大，骨突对附近软组织造成的集中压强相对较小，能够有效降低压疮发生的几率。

不同年龄段的软组织力学性质不同，软组织力学参数随年龄的增长而变化，老年人软组织的弹性模量通常比年轻人的高，有研究者改变软组织的生物力学属性，建立了年轻人和老年人足踝软组织有限元模型，通过二者的仿真结果对比，发现老年人的接触应力比年轻人大，但准确确定老年人软组织的生物力学参数比较困难[28-31]。 参照其方法，将本研究中健康男性的软组织弹性模量提高50%，其他条件不变，在侧翻角度为0°时进行仿真，仿真结果发现，老年人压疮易发部位的软组织应力峰值比年轻人的大，应力集中现象更加明显，压疮发生率更高。 本研究未能考虑年龄变化等对材料性能的影响，可能会导致结果有所偏差，在以后的研究中会对仿真模型不断改进。 在本研究的基础上，下一步工作将在合作医院与福利机构针对老年人等压疮易发群体采集数据，进行更完整的研究。

4 结论

本研究基于三维重建技术建立了骨骼模型，从骨骼结构角度建立力学关系，简化复杂骨骼运动为具有特征状态的多阶段力学模型，具有高效性和准确性。 研究通过有限元仿真和压力分布测量实验展示了躯干部压疮易发部位在辅助仰卧位侧翻过程中的受压变化情况，从理论上解释了压疮发生的生物力学机制，并得到一个综合压强最优的角度阈值，有益于仰卧位侧翻辅助器械的设计与使用，并为临床护理提供参考。