再造手指控制的電子假手

再造手指控制的電子假手

作者：陳中偉 陳崢嶸 胡天培

人的全手與部分手臂缺失，現(xiàn)有的治療方法有：

（1）在殘端上移植一個(gè)[1]或數(shù)個(gè)足趾[2-3]，或行前臂分叉的Krukenberg’s手[4-5]。這種再造手指或手雖能代償部分缺失的功能，但其外形從美觀角度看與真手相比總感不能令人滿意。

（2）是假肢美容假手[6]，其外形幾乎可以亂真但功能不夠理想。功能假肢即使是目前已被大量應(yīng)用的肌電控制的電子假手，由于肌電發(fā)放較微弱，僅 uV 級(jí)，而且表面電極檢出的肌電信息是肌群的募集信息，不完全反映人腦對(duì)某一動(dòng)作的運(yùn)動(dòng)指令。人體感受的外電場(chǎng)干擾又相對(duì)十分強(qiáng)大達(dá) V 級(jí)。

這些因素都影響肌電控制假手的動(dòng)作準(zhǔn)確性，尤其對(duì)多自由度電子假手影響更為嚴(yán)重。1978年 Herberts[7]報(bào)道三自由度肌電控制的假手，控制準(zhǔn)確率達(dá)57％。

八十年代Denning 等采用新方法控制的準(zhǔn)確率達(dá)72％。然而多數(shù)學(xué)者均認(rèn)為，只有達(dá)到誤動(dòng)作率小于5％的假手才有實(shí)用價(jià)值?，F(xiàn)在有人開始應(yīng)用模式識(shí)別和人工

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)[8]，亦有用埋入電極導(dǎo)出神經(jīng)信息以及用電腦控制來控制假肢的試驗(yàn)，進(jìn)展甚微，而要實(shí)現(xiàn)95％以上控制準(zhǔn)確率仍困難重重。

（3）手的異體移植。由于排異問題尚未解決，所以在臨床上尚無成功的先例。作者們對(duì)足趾移植再造手指有豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，再造手指的動(dòng)作受大腦指令的控制，動(dòng)作可以做到準(zhǔn)確無誤；又有裝配電子假手的經(jīng)驗(yàn)與條件，所以設(shè)計(jì)在前臂截肢殘端上移植一個(gè)足趾，大腦通過再造手指運(yùn)動(dòng)作為信號(hào)源，用以控制裝配其上的多自由度電子假手。這種用再造手指控制的電子假手其動(dòng)作準(zhǔn)確率己達(dá)100％，現(xiàn)報(bào)告如下：

病例介紹

陽(yáng)東華，女，19歲，入院日期1996年9月10日，住院號(hào)：300313?；颊哂谌朐呵?年半，因工作不慎右手與腕部被機(jī)器壓碎，右前臂于腕上8厘米平面外傷截肢，殘端切口己良好愈合。經(jīng)檢查病人智力與各主要臟器及各項(xiàng)實(shí)驗(yàn)室檢查均屬正常范圍。同年9月19日在全手麻醉下行左第二足趾移植手術(shù)。

一、足趾移植再造手指

l ．受區(qū)準(zhǔn)備：在空氣止血帶控制下，右前臂自掌側(cè)正中，肘下10厘米處縱形向遠(yuǎn)側(cè)，經(jīng)殘端作皮膚與深筋膜魚嘴狀切口，達(dá)相應(yīng)的前臂背側(cè)。于橈側(cè)皮下解剖出頭靜脈與橈神經(jīng)皮支。于拇長(zhǎng)屈肌淺側(cè)分出橈動(dòng)脈及其伴行靜脈較細(xì)。分離出手指屈肌與伸肌，橈側(cè)腕伸肌與尺側(cè)腕屈肌。修正橈骨殘端備用。正中神經(jīng)與尺神經(jīng)已在高位被切斷。

2．供趾切?。鹤笞愕诙阒旱挠坞x。自第二跖骨頸平面足背向遠(yuǎn)側(cè)，經(jīng)第一、第二趾蹼分別作皮膚切口，向遠(yuǎn)側(cè)延伸跨越至跖側(cè)相應(yīng)點(diǎn)，即在足背與足跖側(cè)各形成“V”形切口，足背切口向近側(cè)作“S”形延伸，達(dá)脛前肌內(nèi)側(cè)距舟關(guān)節(jié)平面。保留來自第二趾的主要皮下靜脈與內(nèi)側(cè)足背靜脈，直至大隱靜脈起始部。分離并切斷拇短伸肌腱向近側(cè)翻轉(zhuǎn)掀起在其下即可顯露足背動(dòng)脈及其伴行靜脈。分離顯露足背動(dòng)脈與第一跖背動(dòng)脈及其延伸至第二足趾的內(nèi)側(cè)趾動(dòng)脈，結(jié)扎切斷無關(guān)分支。自背側(cè)切斷第一、二與第二、三跖骨頭之間的跖骨橫韌帶，即能顯露第二、第三跖側(cè)趾總神經(jīng)，縱形切開神經(jīng)外膜，按其內(nèi)外側(cè)分支進(jìn)入各趾情況劈開趾總神經(jīng)。保留去第一與第三趾的跖側(cè)趾神經(jīng)完好，按所需長(zhǎng)度高位切斷去第二趾的內(nèi)、外側(cè)跖側(cè)趾神經(jīng)。以后高位切斷第二足趾的伸屈肌腱，骨間肌與蚓狀肌。最后于中段平面切斷第二跖骨備用，此時(shí)血供未斷，第二足趾血循環(huán)良好。

3．足趾移植：在合適平面切斷第二足趾血管蒂（足背動(dòng)脈與大隱靜脈），將游離足趾移植至右前臂殘端。各部組織對(duì)合：跖骨修整后插入橈骨截端髓腔，以二枚螺絲釘貫穿固定。尺側(cè)腕屈肌腱與內(nèi)側(cè)骨間肌對(duì)端縫合；橈側(cè)腕伸肌腱與外側(cè)骨間肌腱縫合；指伸肌腱與趾伸肌腱、指屈肌腱與趾屈肌腱縫合。在手術(shù)顯微鏡放大下，將大隱靜脈與頭靜脈，用“9”0尼龍線間斷縫合10針，足背動(dòng)脈與橈動(dòng)脈對(duì)端縫合10針。因橈動(dòng)脈外徑僅1.5毫米，故擴(kuò)張后沿其縱軸作45度斜切后才能勉強(qiáng)對(duì)合。將橈神經(jīng)淺支縱劈成二股分別與二條跖側(cè)趾神經(jīng)縫合。觀察再造手指的動(dòng)脈血供與靜脈回流均良好，切口逐層關(guān)閉?；贾允嗤斜Ｗo(hù)。術(shù)后72小時(shí)動(dòng)態(tài)觀察，再造手指存活良好。術(shù)后10天拆除皮膚縫線，創(chuàng)面一期愈合。

二、傷肢的康復(fù)

由于右手與手腕截肢后，傷肢沒有很好應(yīng)用，故有明顯的廢用性萎縮。本例設(shè)計(jì)的功能測(cè)試與訓(xùn)練項(xiàng)目包括：

（1）負(fù)重適應(yīng)性訓(xùn)練；

（2）重量感受性訓(xùn)練；

（3）手臂穩(wěn)定度測(cè)定與訓(xùn)練；

（4）再造指控制功能的測(cè)定與訓(xùn)練。術(shù)后二月病人轉(zhuǎn)入交大康復(fù)中心，又經(jīng)一月康復(fù)訓(xùn)練。手臂殘端負(fù)重能力比訓(xùn)練前提高4倍。重建了重量感受識(shí)別能力，對(duì)重量的識(shí)別誤差由100％減少到20％以內(nèi)。手臂穩(wěn)定度在不戴或配戴假手情況下都達(dá)到了同齡組正常值以上水平。

再造手指雖然感覺功能尚未完全恢復(fù)，但患肢己能準(zhǔn)確傳遞大腦運(yùn)動(dòng)信息。經(jīng)專家檢測(cè)，單自由度電子假手(指伸屈)與三自由度電子假手可作指伸屈、腕伸屈與旋前及旋后六個(gè)動(dòng)作，其控制指令操作一百次無一次失誤，準(zhǔn)確度達(dá)100％，即誤動(dòng)作率為0％。隨著康復(fù)時(shí)間延長(zhǎng)，骨端愈合更牢固，神經(jīng)再生更完善，再造指的控制將會(huì)更快速靈活。

三、工程方面

本例采用開關(guān)控制與數(shù)字編碼控制兩套方法：

（1）開關(guān)控制最簡(jiǎn)單可靠，由于手

術(shù)中縫合屈伸與內(nèi)收外展二組肌肉。所以再造指可以在 X-Y 兩個(gè)標(biāo)軸上活動(dòng)，而且橈骨還能旋前、旋后。故可準(zhǔn)確按觸六個(gè)開關(guān)。

（2）數(shù)字編碼控制原理。亦容

易學(xué)會(huì)，正確度高。本系統(tǒng)采用全電子控制伺服系統(tǒng)、五機(jī)械觸點(diǎn)、電路簡(jiǎn)單、性能穩(wěn)定、操作方便、控制準(zhǔn)確性高，適合于殘疾人使用，亦未發(fā)生錯(cuò)誤動(dòng)作。

四、電子假手的性能與參數(shù)

再造手指控制的電子假手由手頭、臂筒(接受腔)、控制系統(tǒng)、假手套(仿真)和充電器組成，單自由度再造指控制的電子手重450克(不包括充電器)，三自由度再造指控制的電子假手重量為760克。假手性能：形狀仿真人手。最大握力8~12公斤，工作電壓5~9伏，工作電流222毫安。動(dòng)作速度：指開、閉各為11.2秒，腕伸屈各15秒，腕旋前或旋后360度各為10秒。拇食指張開距離不小于100毫米，對(duì)指合攏允許間隙 l2毫米(即仿真硅橡膠手套厚度)?？刂葡到y(tǒng)開關(guān)控制單雙自由度電子假手，編碼控制三自由度電子假手。

本文報(bào)告的前臂殘端足趾移植再造手指不僅能準(zhǔn)確控制單自由度電子假手，做手指伸屈動(dòng)作，幫助生活自理如取物、握杯、書寫、打毛衣等。還能準(zhǔn)確控制三自由度電子假手，包括假手指伸屈、腕伸屈、旋前與旋后六個(gè)動(dòng)作。經(jīng)國(guó)家教委科技發(fā)展中心組織有關(guān)專家測(cè)試鑒定，指令100次動(dòng)作無失誤，亦不受外界干擾，完全達(dá)到臨床實(shí)用要求。

討論

作者認(rèn)為，在進(jìn)行足趾移植于截肢殘端的再造手指應(yīng)考慮下達(dá)各點(diǎn)：

（1）移植的足趾數(shù)，應(yīng)以最小的犧牲，獲得最佳的效果。一般移植一個(gè)足趾已能滿足信號(hào)要求，供區(qū)少一個(gè)足趾對(duì)足的外形與功能影響不明顯，幾乎可以忽視。

（2）手術(shù)時(shí)應(yīng)注意縫接二組肌腱，使再造手指不單有伸屈功能，并有內(nèi)收外展動(dòng)作。本例采用橈側(cè)腕伸肌腱與尺側(cè)腕屈肌腱分別移植于再造手指的橈側(cè)與尺側(cè)，經(jīng)康復(fù)訓(xùn)練達(dá)到再造手指?jìng)?cè)向動(dòng)作的要求。選用的縫接肌腱亦應(yīng)考慮伸屈肌的協(xié)同與拮抗作用。

（3）二個(gè)趾神經(jīng)原設(shè)計(jì)分別與尺側(cè)的尺神經(jīng)背支與橈側(cè)的橈神經(jīng)淺支相縫合，然術(shù)中發(fā)現(xiàn)尺神經(jīng)背支己在截肢時(shí)被切除，故只能將橈神經(jīng)淺支劈開為二股，分別與內(nèi)外側(cè)跖趾神經(jīng)相吻合。

（4）病人截肢與入院的間隔時(shí)間已長(zhǎng)達(dá)1年半。截肢殘端明顯廢用性萎縮，尤以橈動(dòng)脈外徑己縮小至1.5毫米，與足背動(dòng)脈的外徑3毫米明顯的不一致。橈動(dòng)脈縫合端經(jīng)擴(kuò)張與45度斜切后才勉強(qiáng)對(duì)端縫合，頭靜脈與大隱靜脈的吻合亦有相似情況發(fā)生，這種情況在手術(shù)前應(yīng)有充分估計(jì)。

傷肢的測(cè)試與康復(fù)訓(xùn)練對(duì)電子假手的應(yīng)用自如是極其重要的先決條件。肢體截除后，殘肢必然發(fā)生明顯的廢用性萎縮。本例在訓(xùn)練測(cè)試前后，殘端負(fù)重功能比訓(xùn)練前提高了四倍，并重建重量感受識(shí)別能力，對(duì)重量識(shí)別的誤差由100％減少到20％以內(nèi)。手臂的穩(wěn)定度不管戴與不戴電子假手均達(dá)到同齡組的正常值。只有充分注意到這些功能適應(yīng)性的訓(xùn)練與測(cè)試，使主要指標(biāo)達(dá)到裝配電子假手的要求，才能使戴上的電子假手應(yīng)用自如。

本例為提高控制多自由度電子假手的準(zhǔn)確性，減少誤動(dòng)作率提供了有用的途徑與實(shí)例，而且還在假肢研究中看到了醫(yī)學(xué)與工程學(xué)緊密結(jié)合新途徑的優(yōu)越性。

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8Taha Z,Brown R,Wright D.Modeling and simulation of the hand grasping using neural networks.Med EngPhys,1997,19:536-538.

假手指怎么帶

病情分析：
部分手指缺失,有拇指,另外四指有一個(gè)以上.仍存在拇指與相對(duì)手指的掌握功能者,便可在戴上硅橡膠仿真手指或手套解決美觀問題,十分美觀.
指導(dǎo)意見：
只要還有一個(gè)以上能活動(dòng)的手指,便可在科生專門設(shè)計(jì)定制有骨架的硅橡膠仿真假手,彌補(bǔ)缺失的部分,并可以靠真手指的活動(dòng)拿東西.

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