第十八章异常体位：

头胸和骨盆在三维空间的旋转和平移变化

第一节前言

During 等人于1985 年指出：划分正常和异常体位的标准并不明确，而且对人体正常体位姿势的定义也不清楚。虽然人体的体位姿势对正骨师来讲是非常重要的，但直到1952 年，Pe te 卿n 等人仍然依靠肉眼来判定正常和异常的体位姿势。以往E 匕nnie 等人于1969 年介绍过相关的内容。直到现在，仍没有严格的工程力学方法对正常和异常的体位姿势进行分类。在本章将人体的静态直立体位的运动划分为头、胸廓和骨盆在笛卡儿三维坐标系中沿任一条或多条坐标轴的旋转和平移。分析时将中轴骨的各个部分看作球形体来研究。Panjabi 等人于1974 年提出的人体中轴骨的笛卡儿三维坐标系。在二维的X 线平片上只是对脊柱的藕合运动进行过研究，而无法对构成人体体位组成部分的头、胸和骨盆等看作为球形体进行精确的旋转和平移的三维分析。
近二十年来，有关脊柱的研究课题日趋增多。许多研究内容涉及与头颅、胸廓或骨盆相关的特定运动或体位姿势，1978 年White 和Panjabi 对此进行过深人的研究。他们主要研究头和胸廓绕三维的笛卡儿坐标系中的X 、Y 、Z 三个轴的旋转变化情况。由于对头胸在笛卡儿坐标系中的旋转运动进行了大量严格细致的研究，所以1978 年white 和P 咧曲i 将这些旋转运动称之为“传统运动平面”。而对头胸的平移研究寥寥无几，仅P 咧abi 等人于1976 年有一篇综述。
以往对二维X 线片上脊柱的祸合运动类型进行了许多研究。然而更为复杂的研究尚未进行，如在正常范围内运动时，人体在三维空间位置上的变化情况。特别是对头胸的旋转和平移的复合运动，未见有文献报道。除进行过步态分析研究外，目前未见有对人体骨盆旋转和平移的研究。
为促进人体脊柱祸合运动的深人研究，本章将介绍并阐述中轴骨的头、胸以及骨盆各个部分在三维的笛卡儿坐标系中旋转和平移运动的变换情况。由此，计算并绘出脊柱各部分在坐标系中的大体轮廓。如果确定运动轴线的数量，则可以采用正负方向运动的自由度来观察中轴骨的头、胸和骨盆各个部分的旋转和平移运动。

第二节头、胸和骨盆运动的自由度

根据1974 年提出的人体体位姿势的笛卡儿坐标系表达方式，以中轴骨各个部分的原点，对头、胸廓和骨盆各种可能的体位姿势和运动进行了讨论。运动头颅的原点选择在第二胸椎，即在颈曲前凸和胸曲后凸的拐点。研究胸椎运动时，选择的原点在第二骸椎；而研究骨盆运动，其原点选择在双足距骨连线的中点。图18 一1 显示了这三个坐标原点在笛卡儿坐标系中一350 一

X 、Y 、Z 三条坐标轴上的正向运动以及头、胸廓和骨盆每个球形体的各自自由度。如果把脊柱看作是一条链状刚体，那么就可以用工程力学的原理来分析研究脊柱。如果移动这些链状刚体并测量出刚体从某一点移至另一点］' q 的距离，则可以得出这些刚体移动的绝对角和绝对平移距离。如果测量出这些链状刚体间各联结处的平移距离或旋转角，则可以计算出刚体的相对旋转免和相对平移距离。因此，在研究头、胸和骨盆各自球形体运动并伴有脊柱的祸合运动时，应当考虑到脊柱各藕合节段的相对旋转和平移变化，而头、胸廓和骨盆的球形体运动则为绝对的旋转和平移。所以，“传统的运动平面”应属于绝对旋转。根据这个概念，图18 一l 中的各自由度中的轴线就是考虑到了头、胸和骨盆的绝对旋转和平移。中轴骨各个部分的绝对旋转和平移都伴有不同类型的脊柱藕合运动，即单个脊椎的相对旋转和平移。

v ！多孔

丫丫气t 拱

' l
＿民：一T2 Z 一飞

：二～一躁关节中点

：矛州几

、

气

图18 一l 头、胸和骨盆的自由度
从这些图可以看出头和胸可以绕着留卡儿坐标系中的每一条轴进行旋转和沿着每一条轴平移。与标准的脊帷一样．相对于所选定的原点，头和胸廓有6 个自由度。在静态直立体位上．由T －有下肢骨（主要是胫骨和股骨）的作用，骨盆不能沿着Y 轴平移以及绕着Z 轴旋转（侧弯）。因此，骨盆当静态时只有4 个自由度。但当行走或跑动等动力性休位时．骨盆有6 个自由度。如果将平移或旋转的方向确定了正负．那么头和胸在6 个自由度上有12 种简单的运动，骨盆则在4 个自由度上有8 种简单的运动。运用上标和下标可以描述上述所有的运动。头部的旋转是士故，士必．士时胸廓的旋转是士砚，士磷，二氏，骨盆的旋转是士叱和士毋。平移运动有：土又，士劣．土斗，士义．二导．士叹，士髯，士珊。口表示旋转角．而5 表示距离，’之是以～为单位

如图18 一1 所示，由于椎间盘、关节面和脊柱的生理性弯曲存在，使得头颅和胸廓在三维空间6 个自由度上有12 个方向的简单运动。但由于下肢骨性组织的阻挡限制作用，消除了骨盆在丫轴上的平移和在Z 轴上的旋转，所以骨盆在静态直立状态下仅有4 个自由度。与构成头颅的各坚硬骨骼所不同的是，肋骨在胸椎上的附着处以及骨盆的能骼关节都是滑膜关节，这就使得胸廓和骨盆内部有复杂的运动。尽管双足支持着的下肢限制着骨盆的侧弯运动（哭）,

但许多正骨师都认为下肢的长短不一，可造成骨盆的倾斜。此时在前后位X 线片上，可么观察到明显的骨盆侧弯。由于这种异常可以导致头、胸和骨盆的位移，因此，由于下肢长短不一，有可能造成骨盆的偏歪和倾斜，所以在体位变换时应当考虑到这种因素的影响。实际上骨盆在4 个自由度上有8 个方向（有正负之分）的简单运动。如果，由于左腿或右腿短缩所造成的骨盆向左或向右倾斜，那么加上原先的8 种运动，骨盆应有10 种可能的运动方式，如图18 一4 所示。图18 一2 和图铭一3 分别说明了头、胸的12 种运动方式（体位姿势）。头和胸部的12 - 351 一

种简单运动是由6 种旋转和6 种平移构成的。

第三节体位姿势的变换

在图18 一2 , 18 一3 , 18 一4 中所示的是H 韶slon 于1992 年提出的简单姿势（简单运动）与理想的正常直立静态下脊柱姿势的差异。根据平移方向和右手螺旋法则制定了图18 一2 , 3 , 4 中的正负方向。当从任何一条轴线的正末端观察时，逆时针方向旋转为正，顺时针方向旋转为负。用数学上的e 来表示各袖上的旋转角，应用力学上的S 代表距离。这样就可以用一个简单的方式来描述所有的姿势（或运动）以及运动的方式。用X , Y , Z 来表示物体运动的轴线以及用h , t , p 来表示头、胸和骨盆球状体平移或旋转。例如，一髯可用来表示骨盆的向右平移运动。图18 一1 列举了许多这类例子。

X 赢霹A

圈18 一2 头部12 种简单的平移和旋转运动
如果把颈椎粉成是由一个刚体链组成的．头和胸分别是这个链的末端，那么头部相对胸椎的运动，可被看作是绝对旋转和绝对平移。成对的体位姿势或运动C 从A 到F ) ，代表着头颅的6 个自由度。但到目前为止．仅对B 、C 和F 在二维的脊柱X 线平片上的佣合运动方式进行了研究

正如以前在图18 一2

动时，脊椎都会发生复杂的相对运动。

, lS 一3 , 18 一4 中所介绍的，有关头、胸和骨盆三部分的简单球形体运勺相对运动。图18 一4 中也介绍了头、胸和骨盆的平移运动，即有关

体位姿势的更复杂运动。这些复杂运动是多个简单运动的合成，但到目前为止，仍未进行过X 线平片上的祸合运动类型的研究。如对二倍、三倍和四倍脊柱体位姿势的格合运动研究。应一352 一

用Ga 刀即Ui 和Ylvisaker 于1 % 7 年提出的抽象概率公式可以计算出图18 一2 , 18 一3 , 18 一4 中

人体体位姿势可变化的数目。

( Nx ) ＝劝

N ( N 一X ) !

从N 个物体中选出X 个物体的计算公式是：式中：！为阶乘

图18 一2 , 18 一3 , 18 一4 中体位姿势变化数目可以用数学公式计算出来并加以分类。对于任何一个问题必须考虑和定出相应的边界条件。例如：在上述体位图中所表示的姿势变化最多可到达6 种组合，而不可能有更多的组合。以上结论可以通过观察沿着相同轴线上的双组合在正常静态模型（O 运动）或者产生一个单一体位的运动推演出来。也就是说在图18 一2 中沿着X 轴上的＋10 扭nlx 和一10 nu 、的双组合运动结果将使人体保持在正常的体位姿势上。因此，在图18 一2 , 18 一3 , 18 一4 中，要想获得6 倍体的合成运动，只能在每个自由度中选择一个要素。如果要想选择更多的要素来组成7 倍体的合成运动，那么沿着相同轴线上的双合成是“不允许”，这样这种7 倍体的合成运动被减少至5 倍体或6 倍体。同样在人体力学上也不可能具有沿着相同轴线上做正负方向上的2 一6 倍体的体位姿势变化组合。这样就减少了每一种变化组合的数量，也就减少了2 一6 倍体总的变化组合数量。计算1 一6 倍体的组合变化数量的公式必须反映出这种物理学上的不可能性，即“非允许性”组合。

A . Y

招藤

｛一。：J + s

、鳗x

D ．丫

} ＋。二！一s 互

图18 一3 胸肺的12 种简单的旋转和平移运动

在这些例图中介绍了胸廓的6 种旋转和石种平移运动。这些绝对运动（体位姿势）的藕合运动方式被称作“传统的运动平面”

在图18 一2 和图18 一3 中，抽象概率公式中的N 值为12 , X 为从6 中择1 。图18 一4 中

N 等于10 , X 只能是5 里选1 。图18 一2 和图18 一3 中，有6 对非允许组合运动，而在图18 一4

中有5 对非允许组合。在图18 一2 和图运动，因此，有同样数目的体位姿势变换。

18 一3 中，头、胸和骨盆在6 个自由度上有12 个简单

可以采用下列公式计算这些体位姿势变换的数目。一353 一

＊。旦一二

z 一舀色

图18 一4 骨盆的4 个自由度以及双腿长短不一时的2 种侧弯
如果在静态直立体位时双脚固定，那么骨盆只有4 个自由度。下肢坚硬的骨骼限制了骨盆的乖直移动和侧弯运动，即士髯和士耀。然而当双腿的解剖结构出现长短不一时，使得骨盆向一侧倾斜。在行走和跑步等动力性体位时．骨盆具有6 个自自度

单一变换：( ' " , ) = n

双倍变换：( ' 21 ）一（" : )

飞l 性21

= 12
126 ! ，。一而一硕一污万’" U

（注：用相同数目减去同一轴上的非允许配对）

三倍变换：( ' 23 ）一（61 ) ( ’。1 ) =

12 _ ( 6 ！》 10 ! 3 ! 9 ! ( l ! 5 ! ) ( l 里9 ! )

= 220 一60 二160
（注：总数代表除去非允许配对数目后从剩余的10 个因素中选出第三个因素）四倍变换：( ’之4 ）一（6 : ) （切：) + ( 6 : ) = 495 一270 + 15 = z 翎
（注：因为在第一个附加数中非允许配对数目计算了两次，所以应加上第二个附加数，即( 62 ) )
五倍变换：( 125 ）一（“、）( 1 。、）+ ( 6 : ) （侣，）二792 一，20 + l 加＝192
六倍变换：( ' 26 ）一（61 ) ( ' 04 ) + ( " : ) ( 28 ）一（63 ）二9 218 一1 260 + 420 一20 + 64 （注：最后一位表示应减去三倍非允许组合）
因此，头、胸和骨盆在三维空间上的体位姿势变换的总数为12 十60 + 240 十192 十64 = 728 个。在图18 一4 中，骨盆的变换数日应少于头和胸的变换数的总和，因为骨盆仅有4 个自由度- 354 -

加上双腿长短不一的影响。骨盆的体位姿势变换数目的计算公式如下。
单一变换：〔 ’。，) = 10
两倍变换：( 102 ）一（51 ) = 40
三倍变换：( ' 03 ）一（5 , ) ( 82 ) + ( S 之）= 50
四倍变换：( ' O 。）一（5 , ) ( 8 : ) + ( 5 : ) = 80
五倍变换：( ' 05 ）一（5 , ) ( 83 ) + ( 5 : ) ( 6 ; ) = 32
因此，骨盆体位姿势变换的总数为10 十40 十S0 十80 + 32 = 242 个。
如果再把理想的正常静态体位姿势（即静态下的前后位和侧位）考虑上，则头（728 ）、胸（刀8 ) 和骨盆（242 ）体位姿势变换的总数都应再加上2 。这样，在全面观察人体的体位姿势时，可能共有730 x 730x 244 二130 027 仅刃种姿势变换。虽然人体体位姿势变换的总数是有限的，但其数额巨大．计算起来非常困难。因此，有必要将体位姿势的变换进行分类，使其简单实用。

第四节前后位和侧位上的简化体位变换

为了获得有实际应用价值的体位姿势变换数目，图18 一2 , 18 一3 , 18 一4 中所表示的体位变换数量划分为简单的前后位和侧位两大类。图18 一5 和18 一6 是根据这种划分分别表示前

“瓣／赢裔· 赢· 赢／0 ．丫「丫，丫丫嗬蜘一巍愉涵脚犷一“裤黔一x 稗绪～X 秘黯一‘

丫丫
靡落‘一谕犷与性叫x 】 哄一火二嗯一x 月咎eex

头、脚和骨盆前后位上的体位姿势简昌圈

在前后位和侧位上分别观察人体的直立体位姿势，众多的人体体位姿势变换数目可被减少至临床可买际应用的数t 。

进一步将人体划分为头、胸和骨盆三个节段．则体位姿势的变换数量减少至99 个（如表18 一1 ）。加上双腿长短不一所致

的骨盆倾斜，上述三个节段均有6 种简单的运动。

许”双倍运动合成。因此，头、胸和骨盆分别有

由于绕着或沿着相同的轴线旋转或平移的正负复合运动．造成“非允

26 种不同的体位姿势变换（左右各13 个）

- 355 一‘从月‘、，比，曰卜‘，占‘“叫间“南妇．. ，祖口口巨市‘山目．" ? ? "

后位和侧位上的人体姿势变换情况。如果把图18 一7 和18 一8 中的排列看作是划分头、胸和骨盆的标志，那么就可以计算出每个排列在临床上有价值的变换总数。图18 一5 和图18 一6 中，头和胸部排列的6 种单一的体位有相同的体位姿势变换数目，即有相同的单一、双倍和三倍体位姿势变换数目。根据图18 一5 ，就可以确定骨盆前后位X 线片上的排列变换数目，但图18 一6 中骨盆的4 种单一体位姿势是有所不同的，在本图所表示的骨盆侧位X 线片上，骨盆仅有4 种单一和4 种双倍的体位变换可能r 〕

A 穿：哥巍2 妙孽／

「丫丫Z 警花譬兰一斌

图18 一6 头胸和骨盆侧位上的体位姿势简易图
头和胸有6 个简单（单一）的体位姿势，而骨盆只有4 个。头和脚在侧位有26 种体位姿势的变换，而骨盆只有8 种

这样，仅需要2 种不同计算方法来确定图18 一5 和图18 一6 中的任何一种排列的体位变换数量。如前所述，有一些非允许配对减少了脊柱可能的体位变换数量。每一排列的总体位变换数量可以计算如下：
A . 6 种基本的排列
单一：( 61 ) = ( 1 65 ) = 6
双倍：( 62 ）一（3 : ) = 12
三倍：( 63 ）一（31 ) ( 41 ) = 8
B . 4 种基本的排列
单一：( 4 ; ) = 4
双倍：( 4 : ）一（21 ) = 4
一356 一

表18 一l

体位姿势变换的6 种类型简单的前后位

部位简单的前后位简单的侧位头13 （向右）26 胸13 ( l 句右）26 一一一一一止兰虹一一一一一一一一－．卫型鱼句．一．? . 8 _

一雏

圈18 一7 头、脚和．盆右向体位时的单一体位姿势变换情况

图18 一5 显示的上述三个节段的26 种体位姿势变换。本图显示了6

上图表示沿X 轴的右向平移，中婆是表示绕Y 袖的旋转

种单一体位姿势中的3 种．即右向体位。图中

．下图是表示绕Z 轴的右向旋转〔 双腿长短不一）

研究时首先要把头、胸和骨盆分别看作是一个球形体，然后按照图18 一16

所示的前后位一357 一

和侧位进行观察。在图18 一5 和图18 一6 中，有石种要素的排列，由此产生6 个单一体位姿势、12 个双倍复合体位姿势和8 个三倍复合体位姿势的变换。图18 一6 中骨盆有4 个单一体位姿势和4 个双倍体位姿势的变换。头、胸和骨盆在前后位上总共可能有加种简化的体位姿势变换，进而可划分为左右镜象（图18 一7 , 18 一8 ）。
表18 一1 为临床体位姿势的划分提供了一个简要的变换数目。

第五节结论和提示

我们对脊柱藕合运动方式的了解有限。仅是在二维平面上（而非三维）对头颅（士吹，士岭，士哟和胸廓（士氏，士磷，土厌）的旋转进行过研究和文献报道。以往的研究既没有研究过平移运动，也没有研究过双借和三倍的体位变换。因此，根据表1 所列的99 种体位变换数目，只有8 种变换姿势在二维平面＿L 以头、胸和骨盆作为一个球状体相对于颈椎、胸椎和腰椎的藕合运动进行过研究和报道。
根据前后位X 线平片来确定颈椎、胸椎和腰稚的侧弯，这并没有考虑到在X 线平片上可能出现的脊柱沿着X 轴的平移。一些前后位上的脊柱双倍和三倍复合运动〔图18 一8 和图18 一9 ) ，仅是由于伴随有头、胸和骨盆的球状体的祸合运动，就可能在X 线平片上产生众多的X

蔓、．氰卿盯入卿犷

丫＿卜、。hy 载霸。”一属‘卿犷霄‘霹‘

· 敏洛粼丫戴l

丫牙止甘，山r 曰书．月刃‘卜tJ 小U ｝月l 日口口吕沙丫言几JJd 角即几口l 白自碑

丫穿絮丫默盗

X 召』 讨目n 竹户」户枷丫，愁上，二，．叮．舜胜月甘丫．小．忍上口日弓舒rJ 甘州月备心』乡粉胡― 卜引吸协」X
叫］X
十卜口三口即了L 夕汀．丫．胜工TJ . f ．诬‘．口晚幽
丫．JI . f 白口皿口尸l 卜目德、一、蕊知侧．门目引目

图18 一8 头、胸和骨盆的右向双复合运动
在图1 吕一7 中显示的是每个脊柱节段可有6 种单一体位姿势、t2 种双倍复合体位姿势和8 种三倍复合体位姿势。本图显示了12 种双复合体位姿势的右镜像。对这些体位姿势或运动在三维X 线平片上的藕合运动类型至今还没有进行过研究
- 358 一

线影像学上的位移。因此，鉴别功能性和结构性脊柱侧弯的Adam 试验仅仅可以从结构性侧弯合并体位姿势异常中区分出异常的体位姿势。在对伴有单侧后部肋骨隆起的胸椎旋转运动的临床观察表明：胸椎沿着X 轴向上平移，相对Z 轴向凹陷侧旋转，而位于侧凸上部的骨盆绕着Y 轴旋转。这种伴有复杂体位姿势变换的异常脊柱栩合运动，是引起肋骨变形和胸廓畸形的早期诱因，井成为伴随着患者成长发育过程中的病理性因素。对此，值得仔细深人地研究，

、今＼z 渺

t 引目，．拓卜举渺2

图18 一，侧位片上头颅的双复合运动

在侧位片上头颅总共有12 种体位姿势的变换．使头颈部肌肉产生较大的肌力

最常见的体位是左柱和中往，右柱休位很少见。当直立位头极度后仲时，

一些胸廓的复合性体位姿势（特别是沿着X 轴的平移）伴有相应脊柱的祸合运动，在分类

上属于强迫性体位。强迫性体位可引起推间盘的退变以及异常应力、应变、

压缩和剪应力作用一359 一

于椎间盘所引起的病变。目前尚无法阐明各种应力所致下肢退变的确切机制，头颅、胸廓和骨盆的异常体位姿势可引起下肢的退行性改变。
胸廓绕Y 轴（士哪）和Z 轴的旋转以及沿X 轴的平移可引起长跑选手体重侧移的作用。例如：长跑时可以观察到的运动员双腿重力线交义现象（c 句ss 一～r ) ，支撑腿的长轴线与垂直通过骨盆正中轴线的夹角即为交叉角。图18 一10 显示了前后位上支撑腿的交叉角。当交叉角大于3 度时常伴有胫骨骨折、膝关节损伤、肌筋膜拉伤、臀部肌肉疼痛和腰部损伤等。交叉角过大（大于3 度）在地面冲击力的作用下，可对髓关节外侧和内躁部的肌肉产生异常的牵拉，这种情况导致过劳。这种反复的微创伤结果使得肌肉和结缔组织出现纤维浸润。这种作用在能关节、膝关节和躁关节七的异常应力被认为是导致长跑运动员肢体莫名其妙地增长或短缩的原因。
在“传统运动平面”上，完美的X 线平片所表示的脊柱藕合运动模型可能不适用于以往所介绍的更为复杂的体位姿势变换的脊柱藕合运动类型。因此，随着更多脊柱祸合运动知识的增加，需要建立起更新的计算和研究模型。需要评价临床上常用的诊疗技术和方法对所表示体位姿势的影响。Panjahi 等人在1989 年的研究表明，只有在先恢复腰椎正常生理弯曲的前提下．才能建立起正常的脊柱祸合运动方式。需要对推拿手法、物理治疗、正骨术、脊柱推拿疗法和影响脊柱矢状曲度和人体的体位姿势的效果进行研究评价。近年来，有人应用镜象法( har 。：image ）来恢复受各种力作用的人体的正常静态体位姿势。这些力包括：后伸平移牵引、全脊柱镜象体位姿势训练、镜象脊柱推拿和镜象体位姿势的调节。虽然这些治疗手段的临床效果比较满意，但仍需要对照研究。

参考文献