图2.右臀部（a）非负重和（b）负重位置的磁共振成像扫描示例，图像上标记有肌肉（Mn和Mw）和脂肪（Fn和Fw）组织厚度。坐骨结节。

表2

表2。计算非负重和负重坐姿中组织厚度的解剖学标志（另见图2）。

统计分析

我们获得了IT下接触压力峰值、平均坐压、%M、%F和%S的描述性统计（平均值和标准偏差）。我们对支架类型（缓冲垫a、B、C或D或刚性支架）的因素进行了单向方差分析（ANOVA），以确定支架之间的峰值接触压力是否存在差异。然后我们对平均压力进行了类似的方差分析。同样，我们对%M、%F和%S进行了单独的方差分析测试，以确定每个参数在不同的支持下是否不同。对于每个方差分析，相应的事后Tukey-Kramer多方面比较，然后确定各支持变量之间的具体差异。p<0.05被认为具有统计学意义。

结果

各缓冲垫的峰值和平均接触压力数据（图3）见表3。刚性支撑引起最高峰值接触压力，这是由所有垫层引起的峰值接触压力的平均值的大约2.4倍（P＜0.01，表3）。粘弹性缓冲垫A是本文研究的最薄的缓冲垫（表1），其诱发的平均接触压力（穿过臀部缓冲接触区）约为其他缓冲垫压力的1.3倍（p<0.05，表3）。Tukey-Kramer比较明确地表明，当使用任何类型的垫层时，峰值压力始终低于刚性支承压力（p<0.01），薄垫层A导致的峰值压力明显高于厚垫层D（表3）。受试者将粘弹性垫A列为最舒适和最不舒适的垫。

我们发现商用软垫可以减少内部组织的变形，令人惊讶的是，仅为10%（图4）。具体来说，当受试者坐在垫子或刚性支撑物上时，有效的软组织变形（肌肉加脂肪）约为50%到60%，在相同的范围内（图4）。本研究中评估的最坚硬的缓冲垫（泡沫D，表1）导致软组织变形最大（统计显著性）减少（图4（c）），与测量的接触压力一致，该接触压力为该特定缓冲垫提供相对较低的峰值压力记录（图3，表3）。基于MRI的方法清楚地显示了所有受试者的软组织变形，并且一致地提供了%M、%F和%S的定量测量。

在这项研究中，我们确定了直接在它下面的局部软组织变形。肌肉和脂肪等软组织由于含液量高而几乎不可压缩，所以在负重过程中，它下垂到软组织中会引起肌肉和脂肪的侧向膨胀。这一结果已经在先前的核磁共振研究中观察到了[14-15]。此外，以前的文章表明，软组织变形最大化的IT（14 -15，21]。从临床角度来看，DTI典型地在IT下发展[5]；因此，我们将重点放在感兴趣的解剖区域。

虽然当一个人坐在垫子上时，内部组织变形减少10%的程度在临床上似乎是可以忽略的重要，但这种解释可能是不正确的。Gefen等人。通过对组织工程肌肉结构施加压缩变形，并通过荧光染色这些结构中的永久损伤细胞，确定骨骼肌的“安全”和细胞死亡诱导变形[22]。他们发现，暴露在超过77%的变形中会导致结构中的肌肉细胞立即死亡（图5）。这一临界变形水平在连续压缩的第一个小时和之后略有下降，并迅速下降，因此连续压缩3小时后，即使是受到52%变形影响的细胞也会死亡（图5）。为了证明本研究结果对有或无坐垫的长时间坐姿时肌肉细胞活力的理论意义，我们使用了Gefen等人的细胞死亡耐受性。[22]。分析的基本原理是，分层计算机建模先前表明，在组织连续体尺度上的高变形与高细胞变形相关[23]。基于这一结果，我们预计目前在这项核磁共振研究中观察到的局部肌肉和脂肪变形也会严重扭曲其下软组织的细胞。

图5

图5.理论上的例子说明了在有或无坐垫的长期坐姿中，目前的研究结果如何显示肌肉细胞活力的差异。为此，采用了葛芬及其同事的细胞死亡耐受性。*资料来源：Gefen A、Van Nierop B、Bader DL、Oomens CW。深部组织损伤组织工程模型系统中骨骼肌的应变-时间细胞死亡阈值。生物技术杂志。2008年；41（9）：2003-12。[PMID:18501912]DOI:10.1016/j.jbiomech.2008.03.039（a）参考图4（a）中的数据，假设受试者静止地坐在刚性支撑物上，从而导致72%的臀肌组织变形。理论上，这将允许受试者连续坐75分钟，而不会有深部组织损伤（DTI）的危险。（b） 然而，如果使用缓冲垫D，肌肉组织变形减少到64%（图4（a）），并且在该变形水平下，受试者可以连续坐115分钟而不存在DTI风险。因此，尽管相对于刚性支撑而言，肌肉组织变形仅减少8%，但坐垫D可以增加相当长的安全坐姿时间（40分钟[53%以上]）。

作为一个例子，我们将本研究数据的理论含义与Gefen等人的肌肉细胞死亡阈值结合起来。[22]。参考图4（a）中的数据，我们假设受试者静止地坐在刚性支撑物上，这会导致72%的臀肌组织变形。理论上，这一水平的肌肉变形将允许受试者在无DTI风险的情况下连续坐75分钟（图5（a））。然而，如果使用缓冲垫D，肌肉组织变形减少到64%（图4（a）），并且在该变形水平下，理论上，受试者可以连续坐115分钟而不冒DTI的风险（图5（b））。因此，虽然相对于刚性支撑而言，肌肉组织变形仅减少8%，但坐垫D可以提供相当长的额外时间——40分钟（53%以上）——安全坐姿。这种效应的产生是因为肌肉细胞对变形的耐受曲线的性质[22]。对于60%到70%左右的变形，这条曲线急剧下降（图5），因此即使是轻微的肌肉收缩有趣的是，泡沫垫D，这是最硬的，被发现是最有效的减少内部软组织变形：肌肉，脂肪，和两者一起（有效的软组织）（图4）。同样有趣的是，一项旨在从轮椅使用者的角度描述舒适感的研究报告称，更坚固的坐垫会让人感觉更舒适[24]。从生物力学角度来看，组织刚度、坐垫刚度和体重（或躯干重量）之间可能存在复杂的相互作用[20]。如果垫子太柔软，例如垫子A和B，在这项研究中，身体沉到它，垫子是如此变形，它造成非常小（或太薄）之间的身体和更坚硬的基础基础的有效界面。事实上，我们注意到垫子A和B产生的%M、%F和%S值与坐在刚性支架上获得的值接近（图4）。

这项研究首次报道了坐在轮椅垫子上时人体臀部内部组织的定量变形。在这些无残疾志愿者中，我们发现肌肉组织中的变形最大，平均为70%，是表层脂肪组织的两倍（30%），与我们之前对非残疾志愿者以及截瘫轮椅使用者臀部深层软组织拉伤的研究一致[14–15]。虽然肌肉对脂肪的损伤耐受性还没有很好的描述，但是目前的组织变形数据支持了DTI起源于骨骼肌的假设，即在负重的骨骼突起下[15-17]。

在本研究中，我们使用负重磁共振成像来评估轮椅坐垫。据我们所知，这种方法尚未使用。过去，使用两种主要方法来评估缓冲垫。第一种方法是基于预防的临床结果，尽量减少发病，或随访压疮的愈合。在这些先前的研究中，患者被分为两组，每一组使用一种缓冲类型，并在RCT或其他临床研究设计技术中比较两组之间的临床结果[9–11,25]。很少有RCT专门关注轮椅坐垫，甚至对于最终更优越的坐垫类型也没有定论[3,9,11]。第二种方法是使用不同缓冲垫对接触压力进行生物力学研究[10–12,24]。鉴于最近的文献指出，接触压力不能预测深部组织的内部机械条件[4,13,26]，应谨慎考虑仅基于接触压力测量的研究。我们认为，目前的负重磁共振成像方法可能更好地分离出缓冲垫在个人DTI风险评估中的具体作用；然而，在研究的现阶段，显然，这只是一个假设，应该在未来的临床研究中得到科学证明。

在本研究中，我们比较了同一受试者不同软垫对内部软组织变形的影响。磁共振成像的优点是它清楚地显示了每个人在负重期间内部软组织变形的解剖结构。这一特征尤其重要，因为在动物研究中，内部组织变形被证明与DTI直接相关[16]。与RCT不同，MRI可以定量测量坐垫对个体的拟合程度。尽管本研究是对非残疾参与受试者进行的，但未来的%M、%F和%soutome测量可直接反映个体病理解剖变化，如脊髓损伤患者中所见的与废用性肌肉萎缩和肥胖相关的变化[15,27]。

本研究所使用的方法有几个潜在的局限性，这些局限性主要与核磁共振相关：目前不流行负重磁共振系统，因此其可用性较低。此外，MRI在临床实践中为个体安装一个垫子可能是昂贵的，尽管如果一个人正在考虑长期的结果，MRI可能是经济有效的。此外，有些病人有核磁共振的禁忌症。然而，在缓冲垫的设计阶段，或者在某种程度上，在临床试验中，磁共振成像方法对工业非常有用，以补充目前工业界的金标准接触压力测量。在纯粹的临床背景下，能够显示软组织和骨骼解剖结构的超声系统可用于评估目前由MRI获得的相同结果测量。最近的一项试点研究已经证实，使用超声波以负重姿势显示IT下方的软组织厚度是可能的[21]，尽管它可能不适用于回声较差的缓冲材料（例如充气缓冲垫）。目前的研究有一些特定于设计的附加限制。用于MR研究的椅子与轮椅不同。尽管椅子的设计和制造是为了模拟轮椅的整体坐姿（例如，在尺寸上，以及在提供扶手和脚踏板方面），但一些效果，如轮椅支架的吊床效果[28]，并未在研究设计中再现。此外，我们研究中使用的椅子是由塑料制成的，不像皮革轮椅座椅。这两个座位有不同的属性，可能会改变结果。因此，我们关于“刚性支撑”（图4）的数据不应解释为“无垫子轮椅”，因为轮椅座椅即使没有垫子，也不是完全刚性的。

结论

本研究建立了一种新的基于磁共振成像的方法来测量负重时坐垫对内部组织变形的影响。我们表明该方法是可行的，但现在应该扩展到更大的群体，包括易受DTI影响的患者群体，还应该与DTI预防和治疗的临床结果相关。在这些未来的研究中，负重磁共振成像可以系统地支持轮椅坐垫的设计和选择。

致谢

作者贡献：

前两位作者对这项研究的贡献是一样的。

学习理念与设计：N.Shabshin，A.Gefen。

数据获取：G.Zoizner，V.Ougorsin。

资料分析与解释：N.Shabshin，G.Zoizner，A.Herman，V.Ougortsin，A.Gefen。

手稿起草：G.Zoizner，N.Shabshin，A.Gefen。

重要知识内容的批判性修订手稿：N.Shabshin，A.Gefen。

统计分析：A.赫尔曼，G.佐兹纳。

学习督导：N.Shabshin，A.Gefen。

财务披露：作者宣称没有竞争利益存在。

资金/支持：这些材料在手稿编写时没有资金。

附加贡献：Gil Zoizner在以色列特拉维夫特拉维夫大学Sackler医学院部分完成医学博士论文要求的情况下进行了这项研究。

附加信息：以色列特拉维夫拉马特阿维夫特拉维夫特拉维夫大学萨克勒医学院附属以色列特拉维夫特拉巴医学中心诊断成像系。

机构审查：以色列拉马特甘谢巴医疗中心赫尔辛基委员会批准了这项研究（批准4045/2006），我们在2009年进行了这项研究。招募了10名非残疾志愿者，并提供知情同意书。

参与者随访：作者不打算将本研究的发表告知参与者。

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图3.同一受试者（男性，34岁，体重87公斤，体重指数26公斤/平方米）坐在四个研究垫子上，（a）粘弹性a，（b）粘弹性b，（c）泡沫c和（d）泡沫d和（e）刚性支架上的坐姿压力分布示例。

图3a图3b

图3c图3d

图3e图3比例

表3

表3。坐垫上坐骨结节下的接触压力（平均值±标准差）（N=10）。

对于表1所示的四个垫子以及刚性支架，肌肉（M）、脂肪（F）和有效软组织（S）的组织变形如图4所示。我们发现，无论支持类型如何，肌肉组织变形的百分比都是脂肪组织的两倍以上（图4（a）和（b））。肌肉组织变形的平均值在支架的64%到72%之间，而脂肪组织变形的平均值在23%到35%之间（图4（a）和（b））。有效软组织变形（肌肉加脂肪）的平均值在50%到59%之间（图4（c））。

图4a

图4b

图4c

图4：（a）肌肉，（b）脂肪，和（c）所有支撑表面的有效软组织（肌肉和脂肪一起）的组织变形百分比。*p<0.03。

对于刚性支撑，所有变形结果测量值的平均值较低，而对于有效的软组织变形，只有泡沫垫D引起的数据显著降低（p<0.03）。一般来说，粘弹性垫的%M、%F和%S的平均值略高于泡沫垫，但这些差异没有统计学意义。Tukey成对比较仅在%S测量中发现了统计上的显著差异，对于该测量，仅在泡沫垫D（相对硬度，80%应变时切线弹性模量为85 kPa；表1）和刚性支架（图4（c））之间存在统计上的显著差异。总的来说，图4中的数据表明，商业粘弹性垫或泡沫垫可以减少非残疾个体的深层组织变形，相对于刚性支架引起的组织变形而言，最多可减少10%。具体来说，对于性能最好的垫层，泡沫D，与刚性支架相比，在%M、%F和%S处的变形分别减少了8%、12%和9%（图4）。分析单个主题数据，其中，对于每个给定的缓冲垫和对应的刚性支撑件的参数之间的个体差异的百分比范围进行了研究，证实了使用缓冲垫时内部组织变形减少了每个个体的大约10%。

讨论

我们发现商用软垫可以减少内部组织的变形，令人惊讶的是，仅为10%（图4）。详细说明