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第三节 上肢假肢的品种、特点、选用和适合性检验

2024-07-11 14:31| 来源: 网络整理| 查看: 265

第三节 上肢假肢的品种、特点、选用和适合性检验

学习重点

·上肢假肢的分类法

·索控式假肢适合哪些患者

·肌电手的基本原理

·上肢假肢的基本构成

·上肢假肢接受腔的作用和形式

·前臂假肢的悬吊和控制系统

·上肢假肢适合检查内容

上肢假肢(upper limb prosthesis)是截肢者用于补偿、替代上肢整体或部分缺失的体外人工器官。经过近百年的研究、开发与应用,现代上肢假肢装配已成为截肢者康复中的重要手段之一,并在不断地发展。

人类的上肢结构十分精细,动作极其精巧。其主要运动是由人的中枢神经系统直接控制的,所以能够按照人的意志实现个别动作或协调动作,完成多种功能活动,而且上肢还具有各种感觉(触、压、痛、热等)。因此,在上肢假肢发展中,动作的精巧、灵活、准确的控制方式是人们不断追求的目标。

一、上肢假肢的分类

上肢假肢是用于替代整体或部分上肢功能的假体。上肢是人类生活和劳动的重要器官,任何部位的丧失,都会给患者造成生理、生活、工作、心理、社交上的困难和精神负担,尽管目前上肢假肢功能还比较简单,不能满足患者的要求,但是患者经过功能训练和适应阶段后,在日常生活、学习、工作中仍能起到一定的作用。

对上肢假肢的基本要求是:功能好、操纵灵活、轻便、外观逼真、坚固耐用、可以自己穿脱。

(一)按性能、结构、动力分类法

上肢假肢种类繁多,按假肢的功能可分为装饰性、索控式、工具型、外动力等几大类。

近年来,由于体外力源假肢品种不断增加,使用范围逐步扩大,新的上肢假肢种类日益增多,使得以往沿用的按使用目的和功能分类的方法已不能适应截肢者、假肢制作师、临床医师的需要。下面介绍一种按照性能、结构特点和动力上肢假肢分类的方法。如下表1-3-1所示:上肢假肢分为被动型上肢假肢和主动型上肢假肢。

表1-3-1 上肢假肢分类表

1.被动型上肢假肢 被动型上肢假肢是指假肢的关节,如手部装置和腕关节、肘关节只能被动地运动,而不能由患者自身或体外力源控制。被动型上肢假肢又可分为装饰性上肢假肢和工具型上肢假肢两类。其中装饰性上肢假肢,只能重建外形,适用于那些明确放弃配戴功能型上肢假肢,而只注重弥补肢体外观上的缺陷者使用。这种假肢只注重外观逼真、穿戴舒适、重量轻、操作简便。装饰性假肢适用于所有截肢平面,尤其是高位截肢者。

2.主动型上肢假肢 主动型上肢假肢的关节能够主动运动,可分为自身力源上肢假肢和体外力源上肢假肢,以及综合二者特点的混合型力源上肢假肢。

(1)自身力源上肢假肢:自身力源假肢(internally powered prosthesis)是指截肢者通过本身运动提供操作、控制假肢所需动力的假肢。目前国内外生产的假肢中,大部分是自身力源假肢。索控式上肢假肢就是一种典型的自身力源假肢。

(2)体外力源上肢假肢:体外力源假肢(externally powered prosthesis)又称为外部动力假肢,是采用电动、气动或液动等体外动力装置驱动的假肢。在上肢假肢中,体外力源假肢克服了自身力源上肢假肢用牵引索操纵的不便,也解决了某些高位上肢截肢者安装上肢假肢的困难。体外力源上肢假肢作为人体仿生学的应用,越来越引起生物力学、精密机械、自动控制等方面的工程技术人员的关注,已有许多重大科研成果问世,主要有电动手(开关控制手、肌电控制手)和气动手等。

(3)混合型上肢假肢:是指同时采用自身力源和体外力源控制的上肢假肢,适用于肘关节离断及其以上部位的高位截肢者。假手多用肌电控制,肘关节多用肩带、牵引索带控制,体内、外力源共同发挥作用。混合型上肢假肢具有重量较轻、能耗较少、价格较便宜等特点。

(二)装饰性假肢

装饰性假肢(cosmetic prosthesis)又称美容手,是为了弥补上肢外观缺陷,以恢复人手外观为主要装配目的、注重肢体外观形状的假肢。这种假肢不具备从事劳动和生活自理的功能,只能起到外观装饰和平衡身体的作用,多用于截指、经掌骨截肢、肩关节离断、肩胛带切除后难以应用主动型假手者。图1-3-1是一具装饰性肩关节离断假肢。

图1-3-1 装饰性肩关节离断假肢

传统美容手用皮革、橡胶或塑料(聚氯乙烯)等材料制作。皮革或橡胶制作的美容手形式多样,其外形、肤色较差,需用线手套套在外面,但结构简单,各指间关节可被动屈伸。聚氯乙烯美容手采用搪塑工艺,其外形、肤色、指纹都近似于健侧手,重量较轻,缺点是不耐污染,易变色、老化和破损。近年来,一些国家生产出硅橡胶手套,其外形更逼真,不仅柔软、耐用、不易破损,肤色可定制,而且手指、指甲、掌纹都与健侧手相差无几,栩栩如生,有帮助患者消除自卑心理,恢复自信心之功效。

现代美容手常采用内外双重手套的结构:内手套由泡沫材料模塑成手的外形,其内用铁丝保持各手指位于自然的屈曲位。外手套即美容手套由PVC塑料或硅橡胶制作,分为男式、女式和儿童式等多种规格。

(三)索控式假手

索控式假手(cable-controlled prostheses),又称功能手,以往常称为机械假肢或机械手。这是一种具有间接力源的自身力源型上肢假肢,它是主动型手的一种。索控式假手通常分为壳式和骨骼式两类。索控手在上肢假肢中应用最多。它是为满足上肢截肢者从事日常生活活动的基本需要而设计的,具有手的外形,由截肢者自身的残肢和健肢的关节运动,尤其是肩部的运动,通过牵引索控制完成开手、闭手、屈肘、开锁等运动,实现捏取、圆柱状抓握、钩状抓握等基本动作,是一种自身动力源假肢。(图1-3-2)

图1-3-2 索控式前臂假肢

索控式上肢假肢活动功能是通过残肢运动以及肩带控制系统来完成的。为了使各种功能能够协调一致,要求截肢者进行大量的训练。索控式上肢假肢适用于除了手部以外的所有截肢平面的残肢。但对高位截肢者特别是肩关节离断截肢者,使用这种假肢比较困难。前臂假肢的背带控制系统只控制手部装置,所以肘关节平面以上的截肢,其手部功能活动、屈肘和锁肘是由三重或二重控制系统控制的。双侧截肢患者除了可在双侧使用这类假肢外,也可与被动型假肢或肌电假肢联合使用。配戴索控式假肢后,坚持上肢训练具有重要意义。患者应学会控制假肢的不同功能运动,并争取获得一定程度的感觉反馈。

索控式假手可分为随意张开式和随意闭合式两类。随意张开式,常态时处于拇指、食指、中指闭合的功能位,取物时,通过拉动牵引索开手,依靠弹簧的扭力使手指闭合。这类假手结构简单,持物省力,但患者不能随意控制握力的大小,许多软的、不结实的物品会被捏碎、捏变形。随意闭合式,常态时处于开手位,通过牵引索使手指闭合呈捏取的功能位。这类假手取物时握力可由患者自行控制,但持物时需要持续用力,最大开手位的指间距离较小。这类假手有的安装了任意位闭手的自锁装置,因此结构比较复杂。

国内生产的常用的随意张开式假手又分为壳式和骨架式两种。壳式假手利用手壳固定和保护内部机件,带有闭手自锁装置,持物可靠。骨骼式假手(图1-3-3)是将各个机件固定在支架上,外边不带手壳,一般无闭手自锁装置,具有结构简单、轻便,外套美容手套后外观较好的特点。

图1-3-3 骨骼式假手

(四)工具假手(work hand)

工具型假手适用于生产作业,可根据需要更换专用工具,又称为劳动手。这种手是为从事专业性劳动或日常生活专用动作需要而设计的代手工具,它注重实用,由工具衔接器及其配套工具构成。使用工具手的截肢者,可根据实际需要通过工具衔接器更换各种专用的劳动工具和生活用具。工具手的最大特点是使用性能好,结构简单,坚固耐用,缺点是没有手部外形,视觉效果差。

工具型假手可分为被动型和主动型两类。

1.被动型工具假手 被动型工具假手更换工具,需要借助健手才能完成,一般来说单侧截肢者比较适用。这类手不需要牵引装置,结构简单、价格低廉,适合截肢者从事特定的专业性的工作,有一定的适用范围。(图1-3-4)

图1-3-4 被动型工具假手

2.主动型工具假手 主动型工具假手(图1-3-5)又称钩状手(hook prosthesis),是具有二指结构的钩状手,属于自身力源型上肢假肢,其控制原理与索控手相似,也靠牵引索控制手指钩的开闭。钩状手根据其尺寸、指钩形状、材料等又可分为许多种类。欧美国家对钩状手的应用十分重视,首先是与这些国家重视截肢者劳动、就业能力的全面康复的理念有关。仅美国Hosmer公司生产的钩状手就达20多种。钩状手在夹取、钩取性能方面通常都超过普通索控手,因此其实用价值受到截肢者的欢迎。为了做好我国上肢截肢者康复工作,应该积极地推广钩状手的应用。

图1-3-5 钩状手

(五)体外力源型假手

体外力源型假手是采用电动机或高压气瓶等体外动力装置驱动的假手,又可称为外部动力假手。它克服了索控手索操纵的不便,也解决了某些上肢高位截肢者装配假手的困难。体外力源型假手分电动手和气动手两种。

1.电动手(electric hand)电动手应用可重复充电的高效镍镉、锂电池为电源,以微型直流电机为动力,通过机械减速,传动装置驱动假手手指的开闭。按照控制方式,电动手可分为机械开关控制、电磁开关控制、肌电信号控制、声音控制等。对电动手的要求是:能完成手的主动运动,即拇指与食指、中指的相对运动;完成抓取、钩取等动作。对传动系统的要求是:传动效率高,满足刚度和强度要求,结构简单,体积小,噪音小,便于维修,外形近似健手,重量轻,指端压力大,逆转制动可靠,开闭手过程中可以在任意位置停住。

(1)开关控制电动假手(switch control electric hand):开关控制电动手的电子线路较为简单,成本较低,便于推广,作为一种中档产品,适合于前臂和上臂截肢患者。

(2)肌电控制假手(myoelectric control electric hand):肌电控制假手利用人体的肌电信号进行控制,简称肌电手。这是一种生物电控制的典型的人-机系统。这种系统的特性对于上肢假肢具有重要的影响。其治疗效果不仅取决于假肢结构,更重要的是取决于能多大程度地达到可靠的“人-机连接”,即截肢者能否使假肢与其身体完整地结合起来。用肌电假手最大的特点是,可以靠截肢者的思维意识,由神经支配残肢肌肉收缩,产生肌电信号,控制假手动作,从而实现大脑的直接控制,使假肢更近似人体的一部分(图1-3-6)。

图1-3-6 肌电控制前臂假肢结构简图

肌电假肢的基本原理是利用残肢肌群的收缩运动产生肌电信号,由置于该处的皮肤表面电极引出,经肌电信号放大、处理后,控制微型电机,再经减速器和增力机构,驱动手指机构,按人的意志控制手指的开闭。手指的开闭程度通过视觉反馈,随人的意志控制。手的最大握力值可通过装在减速器后部的摩擦离合器调节。

肌电假肢的动力源为可以反复充电的电池,装在假肢内,可由截肢者根据需要更换。

在肌电假肢的设计中,要求假肢的运动具有仿生性,功能好,性能可靠。

2.气动假手(pneumatic control electric hand)气动假手是以压缩气体为力源的外部动力手。国际上具有代表性的是德国的海得堡气动手。气动假手是将压缩成液态的二氧化碳气装在便于携带的钢瓶内,通过管道与手部装置连接,依靠患者的关节运动控制微动气阀,利用气压推动假手动作。这种假手比电动手结构简单,执行机构可靠,作用力大,对于上肢高位截肢的患者来说是一种有发展前途的外部动力手。气动手的缺点是控制性能不及电动手,携带和补充液态气源较麻烦。

二、上肢假肢的基本构成

不同部位上肢截肢者应用的上肢假肢,尽管其功能和外形有较大的区别,但都是由手部装置、关节(腕、肘、肩)铰链、连接件、接受腔、固定牵引装置和操纵系统组成。

(一)手部装置(terminal device)

手部装置是代偿手部的外观和功能的假肢部件。现有种类较多,分为以下几类:

1.装饰性上肢假肢的手部装置 装饰性上肢假肢的手部装置主要是替代失去的手部外形的手部装置,给患者以心理上的安慰。主要类型有:

(1)装饰手:装饰手适用于部分手截肢假肢和装饰性假肢,它的特制内手套与残肢相连接,并通过美容手套定位于前臂上。这种形成手外形的内手套由泡沫材料模塑成型。

①内手套形成美容手套的支架手指用钢丝固定,作为保护层,可以预成型并通过包在泡沫塑料中的内螺栓与前臂连接。内手套分为男式、女式和儿童式等不同型号。

②美容手套:美容手套用PVC或硅橡胶制作,其外形、色泽和表面结构都近似于正常人手。(图1-3-7)

图1-3-7 装饰性假肢的手部装置

(2)被动型手部装置:被动型手部装置适用于各个截肢部位的装饰性假肢,由机械手架、内手套和美容手套组成。

①机械手架:由拇指、食指和中指等三个手指构成,手可被动张开,能抓物,其弹簧张力使它能闭合,内装双头螺栓,使其与前臂连接。

②内手套:带有第四指和第五指的内手套套在机械手套外,既形成手的外形,又构成美容手套的支架。

③美容手套:与前述美容手套相同。

2.索控式假肢的手部装置 与索控式上肢假肢相配的假手有不同的结构,如常闭式假手和常开式假手。

(1)常闭式假手(图1-3-8):

①常闭式假手有三个手指(拇指、中指、食指)。假手通过拉牵引索开手,依靠弹簧张力闭手,在闭手位置手可以自动锁住。控制索由手的背侧或掌侧引出。

②带第四指和第五指的内手套套在机械手架外,呈现手的外形,并支撑美容手套。

③由PVC制作的这种美容手套在外形、色泽和表面结构上都近似于正常手。

图1-3-8 常闭式假手

(2)常开式假手:

①常开式假手的机械手架有三个手指(拇指、中指、食指)。这种假手通过控制索拉紧闭手,并可在任何抓握位被自动锁紧。

②带第四指和第五指的内手套套在机械手架外,呈现手的外形,并支撑美容手套。

③由PVC制作的这种美容手套在外形、色泽和表面结构上都近似于正常手。

3.工具型假肢的手部装置 工具型假肢的手部装置种类繁多,通过一个连接件与工具型上肢假肢灵活、方便、快速地连接。主要类型有:

(1)标准钩状手:

①标准钩状手有一个活动手指和一个固定手指,它们的顶端与开手平面倾斜成45°夹角,通过底轴相连。

②这种钩状手依靠控制索牵拉而主动张开,通过可调式弹簧张力而闭合。

③钩状手通过带插头盘或不带插头盘的双头螺栓将钩状手与假肢的前臂连接。

(2)通用钩状手:

①通用钩状手有一个活动手指和一个刚性手指,它们的顶端与开手平面倾斜成30°夹角,通过底轴相连。钩状手指近端的齿状夹持器用来握取工具。闭合时两个手指形成一个鸟嘴形钩环。

②这种钩状手依靠控制索牵拉而主动张开,通过可调式弹簧张力而闭合。

③钩状手通过带插头盘或不带插头盘的双头螺栓将钩状手与假肢的前臂连接。

4.体外力源型假肢的手部装置 体外力源型假肢的手部装置分为电动手或电动夹,通过特殊的腕关节与前臂实现机械和电气连接,用于肌电假肢。主要类型有:

(1)积层成型盘式电动手:〔详见本节三、(二)3.(1)〕

(2)快换式电动手:快换式电动手适用于除了腕离断以外的所有长度的残肢。这种电动手的机械手架有三个手指(拇指、中指、食指),它装有带减速器的电动机和继电器来操纵抓握动作。它与前臂之间借助快换接头和腕关节而达到机械和电气连接,无需控制索。这种结构装置不仅可以调整手的旋前及旋后位置,而且假手与电动夹可互换。

这种电动手有不同的大小和不同的控制系统。装有第四指及第五指的内手套套在机械手架上。其美容手套在外形、色泽和表面纹理上都模拟了正常人手。

(3)积层成型盘式电动夹〔详见本节三、(二)3.(2)〕

(4)快换式电动夹:快换式电动夹适用于除了腕离断以外的所有长度的残肢。这种电动夹与上述电动机夹的区别在于:它与前臂之间是借助腕机械装置连接而达到机械性无导线的连接,在这种情况下,由快换接头提供连接。这种结构装置使其不仅可以调节旋前及旋后位置,而且电动夹与电动手可以互换。这种电动夹有不同的型号和不同的控制系统(数字、抓力、双通道控制器)供选用,也有节能型可供选用。

(5)电动手指假手〔详见本节三、(一)5〕

(二)腕关节

上肢假肢的腕关节是手部装置与前臂连接的部件。正常人的腕关节可以完成掌屈、背伸、尺侧偏和桡侧偏四种动作,因此在设计上肢假肢的腕关节机构时,应首先考虑代偿这些功能。此外,前臂截肢还丧失了前臂的旋前、旋后动作,也要由腕关节机构来代偿。到目前为止所设计的腕关节仍然以代偿腕部的屈伸和旋前、旋后功能为主。目前使用的腕关节,最基本的作用是安装假手的构件,还可以发挥屈曲、旋转的机能。

1.装饰性假肢的腕关节 装饰性假肢的腕关节种类比较多,主要类型有:①带螺栓的连接器。②带内螺栓的连接器手。③屈曲连接器。④滚花旋盘。⑤木制腕接头。

2.索控式假肢的腕关节 索控式假肢的腕关节也有各种型式,带双头螺栓的各种固定可将假手与不同的腕关节相连,而腕关节又与前臂筒或接受腔相连。主要类型有:

(1)摩擦式腕关节(friction type wrist unit):包括面摩擦式腕关节(plate friction type)与轴摩擦式腕关节(axial friction type);

(2)快换式腕关节(quick disconnect wrist unit);

(3)万向式腕关节(universal wrist unit);

(4)屈腕式腕关节(wrist flexion unit);

(5)旋腕式腕关节(wrist rotation unit)。

3.体外力源型假肢的腕关节 带连接器和同轴插座的腕关节将快换式电动手或电动夹与前臂筒连接起来。这种结构允许被动调整到所要求的旋前、旋后位置,手部装置可以随时互换。适用于中等长度前臂残肢的旋腕装置,将具有主动旋前及旋后功能的残肢的旋转运动机械性地传递到电动手或电动夹上。

电动旋腕装置借助电机使电动手或电动夹做旋前和旋后运动,有两种不同的部件可控制电动旋腕装置。旋腕控制装置可用于残肢的旋转运动,四通道控制系统的肌电信号既可控制旋前、旋后动作,也可控制手部装置的动作。电动旋腕装置适用于除了前臂残肢外的所有长度的残肢。电动旋腕装置通过一个电机使电动手旋前及旋后。电动旋腕装置被装入前臂筒中,它与手部装置快换接头之间建立起机械性和电性连接。装置的功能活动受旋转控制装置或四通道控制系统操纵。

(三)肘关节

上肢假肢的肘关节用于肘上截肢的患者,肘关节机构是重要的部件;前臂残肢过短假肢则需要使用一种特殊的肘关节铰链,正常人的肘关节是一种复合关节,肘关节主要完成屈曲伸展动作,同时肘关节屈曲时前臂的旋转也起很大作用。因此,在设计上肢假肢的肘关节机构时,应首先考虑代偿屈曲功能,使前臂筒做屈曲动作,同时又能以最小的力使肘部在任何伸臂位置上固定。到目前为止,设计的肘关节以代偿肘部的屈伸功能为主,用于装饰性和索控式上肢假肢中,通常采用肩带来控制肘关节机构。

1.装饰性假肢的肘关节 装饰性假肢中的肘关节常用的是一种单轴式机构,有带锁和不带锁之分,每种关节又可分为组件式或塑料外壳式。主要类型有:

(1)组件式肘关节。

(2)塑料外壳式肘关节,包括不带锁肘关节和手动单轴肘关节。

(3)肘关节铰链。

2.索控式上肢假肢的肘关节 主要类型有:

(1)索控单轴肘关节。

(2)铰链式肘关节,包括索控单轴铰链肘关节和倍增式铰链肘关节。

3.工具型铰链肘关节。

4.电动肘关节(electric elbow unit)。

(四)肩关节

上肢假肢的肩关节用于肩关节离断假肢和上肢带摘除假肢连接肘关节与肩部接受腔,主要代偿肩部的屈曲、外展功能。

1.装饰性假肢的肩关节 装饰性假肢的肩关节主要类型有普通肩关节、万向肩关节和外展肩关节。

2.索控型假肢的肩关节 上述装饰性假肢的肩关节也可用于索控型假肢中,此外还可用于上肢带摘除患者。主要类型有隔板式肩关节和万向球式肩关节。

(五)上肢假肢的接受腔

1.定义 上肢假肢接受腔是指臂筒中包容上肢残肢部分,它是人体上肢残肢部分与假肢连接的界面部件,是人-机系统的接口,对悬吊和支配假肢有重要作用。上肢假肢接受腔对假肢的适用性能有关键性的影响。因此,对接受腔的基本要求是必须与残肢很好地伏帖,而且要符合运动解剖学的要求。

2.接受腔的材料和常用术语

(1)接受腔的材料:作为接受腔的臂筒材料要求质轻而刚柔适度,对人体无毒害和便于加工制作。常用制作上肢接受腔的材料有皮革、塑料、高分子材料和复合材料,其中丙烯酸合成软树脂接受腔是现代假肢的重要标志之一,近几年来碳纤复合材料使接受腔向轻型化发展。此外,改性聚丙烯板材也用于制作接受腔。

(2)接受腔软衬套(soft insert):用泡沫塑料、皮革、硅橡胶等制作的接受腔内衬套,放在残肢与接受腔之间,用于分散作用于残肢上的压力,穿起来更舒适。

(3)检验接受腔(check socket):国外在制作接受腔时,还采用检验接受腔,为检验假肢接受腔的适配情况,而在假肢制作阶段采用透明的热塑板材制作接受腔,以保证装配质量。

(4)全接触式接受腔与插入式接受腔:制作假肢接受腔要充分考虑残肢的条件,特别注意残肢的活动自由度和肌肉状况、骨凸和敏感的疤痕、皮肤缺陷以及神经瘤的情况。

①全接触式接受腔(total contact socket):要根据解剖学和生物力学来设计,使残肢表面整体与接受腔内壁表面能紧密接触配合。

②插入式接受腔(plug fit socket):残肢与接受腔内壁面有适当间隙,利用残肢袜套来调整适配程度的接受腔。

(5)临时接受腔(temporary socket):用石膏绷带或热塑板材等材料制作的用于临时假肢的接受腔。

(六)上肢假肢悬吊装置和控制系统

1.定义 上肢假肢悬吊装置亦称固定装置,固定牵引带分为背带、悬吊带等各种带状装置。控制系统主要指在自身力源假肢中,利用控制索系统或者在体外力源假肢中利用残肢肌电信号、微动开关或声音控制上肢假肢动作的系统。

在索控式假肢中很难将悬吊装置和控制系统分开,例如背带(harness),就是用于悬吊上肢假肢穿戴于肩部、胸廓等处并将上肢区域及躯干的动作转换为绳索牵引力以控制假手动作的专用带状装置。从上述定义可以看出背带既起到悬吊固定假肢的作用,又有牵引的功能。

2.上肢假肢的悬吊与固定 上肢假肢在截肢者穿戴时要受到假肢自重和所提携物品所产生的向下拉力,必须通过必要的接受腔结构或附加的固定装置来实现假肢的悬吊。同时,还必须克服假肢即接受腔与残肢之间的相对旋转与侧向运动,使截肢者能够利用残肢良好地操纵假肢的各种动作。概括而言,上肢假肢的悬吊可以通过以下两方面的机制来实现。

(1)悬吊带系统:悬吊带系统包括背带、肩背带、上臂背带、围箍、围档等皮革带,这是传统上肢假肢的悬吊固定方法。迄今仍在相当一部分上肢假肢中应用,只是材料、结构和形式都在不断改进。

(2)利用残端的解剖结构,即接受腔对肘关节、肩关节、肩胛带的包容,实现悬吊固定,具体形式可参考上肢接受腔部分。

作为上肢假肢组成部分的背带及控制索系统是将假肢与截肢者身体相连接,并操纵假手及关节运动的结构,其功能有以下四个方面:①悬吊假肢;②操纵假手装置的开合;③肘关节的屈曲;④肘关节的锁定。

3.控制索系统(control cable system)是指在索控式上肢假肢中,连接于上肢假肢背带与肘关节或手部装置之间,能有效传递上肢区域或躯干动作的绳索系统整体。可分为以下系统:

(1)单式控制索系统(single control cable system)是用一根绳索进行单一控制的系统。其代表性的系统是索控式前臂假肢的手部装置操纵系统。前臂假肢的牵引带没有弹性,通过控制索控制手部装置的开闭。

(2)复式控制索系统(double control cable system)是用一根绳索可起到两个控制功能效果的控制系统。一般用在索控式肩部假肢和索控式上臂假肢上,用来操纵肘关节的屈曲和手部装置的开闭。

(3)三重控制索系统(triple control cable system)是采用三组单式控制索控制上肢假肢的系统。例如直接式肩离断假肢通过肩胛带的运动带动背带来控制,分别控制手部装置、屈肘和锁肘。

控制索功能的执行情况取决于肩胛带的活动度,残肢的条件以及肌力的状况,接受腔要依靠背带悬吊于肩胛带上。

(4)钢丝套索(Bowden cable)即鲍登索,是索控式假肢中用于传递动作的部件,由易弯曲的钢丝缆索和包覆在外部的金属软套管构成。类似于自行车线闸的带弹簧套管的钢丝套,其特点是牵引力的传递效率高。对背带的基本要求有以下几点:①能将假肢可靠悬吊固定在残肢上。②截肢者配戴后舒适,无压痛或不适。③操作方便,力求减少操作使用时对衣袖的磨损。④为操纵假肢提供力源。

4.背带的选择与制作要因人而异,除了能充分发挥残肢的残存功能外,还应综合考虑截肢者的既往习惯、性别、职业差异,同一种假肢,往往有不同形式的背带,单一化会给部分患者造成操纵假肢的困难。因此,必须根据各个截肢者的不同情况,如肌力、操纵能力、耐受性来修改设计方案,直至截肢者能满意地操纵假肢。

三、各种假手品种、结构特点、选用原则 (一)部分手假肢

部分手假肢(partial hand prosthesis,简称PH)是用于部分手截肢的假肢。部分手截肢时,多数情况下都保留了腕关节的功能,上肢机能正常,残肢的自身功能比较高,可分为假手指和掌骨截肢假肢。

1.装饰性手指和部分手截肢假肢 不同平面的手指和掌部的截肢或畸形可通过因人而宜的替代品来弥补其外观上的缺陷。单指截肢可配戴指套。截肢范围增大时,配戴相应的内手套可以弥补其外观缺陷。带掌侧拉链的美容手套戴在内手套外并与前臂相连接。美容手套在外形、色泽、表面结构上都近似正常手,且有不同的色调可供选用。

假手指(prosthetic finger)是用于手指截肢的装饰性假指,适用于各种手指截肢、指掌关节离断及掌骨远端截肢的患者。例如:拇指全缺、2~4指全缺或个别手指缺损。由橡胶、皮革或聚氯乙烯树脂、硅橡胶等制作,形式多样,一般仅起弥补手部外形的作用。单指截肢可以配戴指套,又称为装饰指;截肢范围增大时,配戴相应的内手套即可弥补其外观的缺陷。

2.掌部截肢假肢 掌部截肢假肢不仅要恢复其外观,而且还要考虑恢复其功能。例如抓握板装在残肢的对面,便可进行简单的抓握,同时保持灵敏性。准确的抓握动作可借助功能型假肢来完成,在制作这种特殊假肢时,拇指和其余4指通过铰链连接在一起,假手的开手和闭手动作可借助残肢的背掌和对掌运动来完成。这种功能型假手的另一个优点是可实现习得的反馈。

适用于第一腕掌关节离断和掌骨近端截肢而腕关节屈伸功能良好的患者。这种假肢采用多轴连杆式机械假手,依靠患者的伸、屈腕运动来操纵手指的开闭。此外,还可以用带掌侧拉链的美容手套,戴在内手套处并与前臂相连接,这种美容手套在外形、色调和表面结构上都近似于正常手。

3.掌骨截肢肌电控制假肢 适用于截肢部位在手掌靠近腕关节处,患者失去了五个手指,腕关节功能仍然完好的残肢。这种肌电手悬吊靠腕端膨大,接受腔比腕离断假肢更短,腕关节有铰链与手头连接,不会影响腕自然伸屈和前臂自然旋转,由肌电控制手指,功能强于其他类型前臂肌电手。

4.适用于手掌骨截肢的半掌肌电手 对于手掌切除一半(保留拇指、缺损四指),半掌电动假手是适应半掌残肢者对假手功能的需要而研制的。它能依靠可充电电池供能使微型直流电机带动四指与拇指做对掌运动,实现握持功能。

5.电动手指假手(图1-3-9)美国西北大学假肢研究和康复工程所开发的电动手指假手采用了三个电动马达,将直径仅为10mm的微型齿轮马达装置,装入手指中,分别驱动拇指、食指和中指。这种齿轮马达能够满足设计要求的速度和力的标准,分别完成驱动动作。电源采用9V的微型电池,可以装入环套和小指中。在部分手截肢假肢中,肌电控制和开关控制都可应用。

图1-3-9 电动手指假手

(二)腕关节离断假肢

腕关节离断假肢(wrist disarticulation prosthesis或through wrist prosthesis,简称TW prosthesis)适用于腕关节离断或前臂残肢过长(保留了前臂80%以上)的截肢者。在腕关节离断情况下,前臂功能几乎全部保住,残肢自身的功能性很强。患者可配戴装饰性、索控式或肌电控制腕离断假肢。腕关节离断时,残肢相对较长,其远端膨大,这些均有利于保持假肢悬吊的稳固性,因此不应对远侧骨端进行装饰性矫正。

腕关节离断患者可选用装饰性假肢和功能性假肢。目前已有各种假肢可供腕关节离断患者选配,在发达国家中的多数情况下,配戴肌电控制假肢可能是第一选择。装饰性假肢重量最轻,但从另一方面来论,它只具备有限的被动功能;索控式机械假肢借助肩背带来完成假手的抓握运动;肌电控制假肢须靠电极传导的肌电信号来控制假手的功能活动,其能源是一个6V的可充电蓄电池。

1.装饰性腕关节离断假肢 装饰性腕关节离断假肢重量最轻,但它只具备有限的被动功能。这类假肢适用于腕关节离断患者,特别适用于那些放弃配戴功能型假肢的患者。这种假肢的特点是重量轻、操纵简便,但仅有有限的被动功能,可作为辅助手。由于残肢远端膨大,采用高达肘下的全接触式接受腔就可以保证残肢的稳固悬吊,并且不会妨碍残肢的旋前及旋后运动。外臂筒构成假肢的外形并与装饰手连接,应尽量避免假肢过长。美容手套在外形、色泽和表面结构上都与正常手相似,显示出假手的外形,使得假肢更逼真。

2.索控式腕关节离断假肢 索控式腕离断假肢又称为机械手,由机械手头、前臂接受腔和开手的牵引索控制,借助肩背带来完成假手的抓握运动,由于残留有较好的前臂旋转功能,可由残肢直接带动假手旋前、旋后,因残肢长度所限,不能安装屈腕机构。这类功能性假肢适用于腕关节离断患者,尤其适用于不能穿戴肌电假肢的患者。与体外力源型假肢相比,它具有重量轻,不需能源的优点,但必须配戴背带控制系统来控制手部装置的功能活动,因而影响穿戴的舒适性。高达肘下的全接触式接受腔通过残肢远端的膨大部分就足以保证残肢的悬吊稳固性,而且不妨碍其旋前及旋后运动。外臂筒构成假肢的外形,并与手部装置相连接。为使假肢长度达到最小值,必须在假手上采用不带螺栓的底盘。如果安装钩状手,还需增加一个特殊的连接装置。手部装置也有常开式假手和常闭式假手(详见本节二、2.索控式假肢的手部装置,图1-3-8),其区别是应采用不带螺栓的底座,用积层成型盘将假手固定在前臂筒上。索控式腕离断假肢通过肩背带来完成假手的抓握运动。

3.肌电控制腕关节离断假肢 肌电控制腕关节离断假肢靠电极传导的肌电信号来控制假手的功能活动。这种体外力源型假肢在通常情况下,是腕关节离断患者的第一选择,其前提条件是要有足够的肌电信号控制电动手。由于肌电控制假肢的接受腔可以固定在腕部,残肢仍可自由旋转,不需要腕部旋转机构,假手长度仅13cm,假肢不会超过自然长度。由于腕关节残肢远端膨大,肘下的全接触式接受腔足以保证残肢稳定地悬吊,同时不会限制假手的旋前、旋后运动。肌电控制腕关节离断假肢靠电极传导的肌电信号来控制假手的功能活动,电极弹性地悬挂在接受腔内。外臂筒构成假肢的外形,导线和电极、可充电蓄电池都装在其内。通过固定在臂筒上积层成型的旋盘,可分别将臂筒与电动手系统和电动夹相连。

(1)积层成型盘式电动手 积层成型盘式电动手适用于腕离断残肢。这种假手的机械手架有三个手指(拇指、中指、食指),它装有带减速器的电动机和继电器以执行手的抓握动作。它与前臂之间借助带积层成型盘的摩擦关节而进行机械性连接,手的旋前、旋后功能可以无级调节,中心导线用于电气连接。

电动手有不同的型号和不同的控制系统(数字、抓力、双通道控制器)。装有第四指及第五指的内手套覆盖着机械手架,呈现手的外形并构成美容手套的支架,由PVC制作的美容手套在外形、色泽和表面结构上都模拟了正常手。

(2)积层成型盘式电动夹(图1-3-10)适用于腕离断残肢。这种电动夹的机械部分有两个夹/指,它们通过一个特殊的结构,保证任一开手位置时指尖平行。带减速器的马达和继电器开关装在一个铝盒里,其外壳由一个玻璃纤维盒构成,壳体对内部的机械手架起保护作用。这种电动夹借助侧边的手轮也能张开或闭合,借助屈曲关节可以改变轴的位置。功能障碍时,能通过保险杆卸下电动夹。电动夹与前臂之间借助带积层成型盘的摩擦关节而达到机械性连接,电动夹的旋前、旋后功能可以无级调节,中心导线用于电气连接。这种电动手有不同的型号和不同的控制系统(数字、抓力、双通道控制器),并有节能型可供选用。

图1-3-10 电动夹

4.腕关节离断假肢接受腔形式 腕关节离断残肢一般可完成完整的前臂旋转动作,其范围可达到内外旋各90°。为了充分利用这一功能,一般需选择插入式接受腔,同时应考虑残肢末端桡尺关节隆起形状,制作克服穿脱困难的接受腔。如果选用全接触式接受腔,那么必须在适当位置上将腔壁开口或制作成盖状结构,通过接受腔远端的小窗来完成穿上及脱下假肢的动作,也便于充分发挥残肢的旋前、旋后功能。残肢远端的膨大部分有利于假肢安全地悬吊,因此接受腔的上缘可以低于肘关节,即不必包容肘关节。由于腕关节残肢远端膨大,高达肘下的全接触式接受腔就足以保证残肢稳定地悬吊,而且不会限制假手的旋前及旋后运动。积层成型树脂外臂筒与假手连接,而且还包住肌电控制假肢功能性部件。

(三)前臂假肢

前臂截肢时,应尽可能少截除骨及软组织,因为保留较长的残肢有益于配戴假肢。残肢作为杠杆臂影响着假肢的功能活动范围。不同截肢平面的前臂残肢,既可配戴装饰性假肢也可配戴功能性假肢。现代应用技术的发展也可使短残肢配戴假肢不需要任何上臂固定装置。

前臂假肢(below-elbow prosthesis简称BE prosthesis),亦称经桡假肢(trans-radial prosthesis简称TR prosthesis),适用于残肢长度为前臂25%~80%(通常为肘下5~18cm)的前臂截肢者,是一类装配数量最多,代偿功能较好的上肢假肢。现代前臂假肢由一个包肘的全接触式接受腔和一个树脂积层成型外臂筒组成,臂筒可通过不同的腕关节与假手相连。根据残肢条件和患者的要求,可以设计装饰性前臂假肢,也可以设计功能型假肢,包括索控式前臂假肢、电动或肌电控制前臂假肢及工具手、钩状手等。

1.装饰性前臂假肢(cosmetic below-elbow prosthesis)这种假肢适用于不同截肢平面的前臂残肢,特别适用于那些放弃穿戴功能型假肢的患者。装饰性前臂假肢重量最轻,操作简便,但只具备有限的被动功能,可做辅助手。它通过包肘全接触式接受腔固定在残肢上。臂筒构成假肢的外形并与假手相连接。装饰手和被动型假手,借助不同的腕关节连接到前臂上。外形、色泽和表面结构都近似正常人手的美容手套显示了假肢的外形,使假手更加逼真。

装饰性假肢的腕关节是前臂假肢的主要部件之一,装饰性假肢的腕关节种类比较多,可供选择的腕关节有:

(1)带螺栓的连接器 带螺栓的连接器借助远端的螺栓和近端的卡箍装置连接装饰手与前臂臂筒,手的旋前及旋后位置可以调整。

(2)带内螺栓的连接器 带内螺栓的连接器借助远端的内螺栓和近端的卡箍装置连接假手与前臂筒,手的旋前及旋后位置可以调整。

(3)屈曲连接器(图1-3-11)既是屈曲部件又是连接部件,它借助远端的螺圈和近端的卡箍装置连接假手与前臂筒,手的旋前、旋后以及屈曲均可以调整。

图1-3-11 屈曲连接器

(4)滚花旋盘 滚花旋盘分别通过近端和远端的螺栓连接装饰手与屈曲调节器。

(5)木制腕接头 木制腕接头被固定在前臂筒上并借助螺栓与装饰手连接。

(6)摩擦控制腕关节 这种摩擦控制腕关节通过旋盘被固定于前臂筒上,并借助于远端的螺栓与假手相连接。手的旋前及旋后位置可以无级调整。这类摩擦腕关节有不同的型号和规格。

2.索控式前臂假肢 适用于不同截肢平面的前臂残肢,特别适用于不能配戴肌电控制假肢的患者。与体外力源型假肢相比,它具有重量轻,不需额外能源的优点,但必须配戴背带来控制手部装置的功能活动,因而影响穿戴的舒适性。

索控式前臂假肢(control cable below-elbow prosthesis)(图1-3-2),由机械假手、腕关节机构、残肢接受腔(前臂筒)及牵引索构成,接受腔多用塑料制作,腕关节机构可以被动地屈伸和旋转。也可设计成用肩背带来完成假手的抓握动作,外臂筒构成假肢的外形,且通过不同的腕关节与手部装置(系列假手或钩状手)形成可拆式连接。现代应用技术的发展,使这种假肢借助包肘全接触式接受腔而稳固悬吊于残肢上,前臂过短残肢可另外配戴肘上环带,已使短残肢配戴假肢不需要任何上臂固定装置。

(1)索控式假肢的腕关节 索控式假肢的腕关节,也有各种型式,带双头螺栓的各种固定可将假手与不同的腕关节相连,而腕关节又与前臂筒或接受腔相连。

1)摩擦式腕关节(friction type wrist unit):摩擦式腕关节是通过旋紧手部装置螺栓,利用其产生的摩擦力防止手部装置旋转的腕关节。

2)快换式腕关节(quick disconnect wrist unit):快换式腕关节带有卡槽反锥机构,可迅速更换手部装置的腕关节,在手部装置上装有专用连接头(图1-3-12)。

图1-3-12 快换式腕关节

3)万向式腕关节(universal wrist unit):万向式腕关节是采用球面结构,可将手部装置在半球面任意位置上固定的腕关节。

4)屈腕式腕关节(wrist flexion unit):屈腕式腕关节是采用手动方式被动屈曲,可选择2~3个角度位置随意锁定的腕关节(图1-3-13)。

图1-3-13 屈腕式腕关节

5)旋腕式腕关节(wrist rotation unit):旋腕式腕关节是利用前臂的回旋动作使手部装置随意锁定的腕关节。

3.体外力源前臂假肢

(1)电动前臂假肢 以微型电机为腕关节或手部装置动力,通过残存的前臂进行控制。

(2)肌电控制前臂假肢(图1-3-6)依靠由皮肤电极发出的肌电信号来控制假手的功能活动,其旋前、旋后运动可由不同的机械结构来完成。配戴肌电控制假肢的前提条件是要求有足够强的肌电信号用来控制手部装置,肌电信号由电极引出,放大后作为脉冲信号向控制系统传导。各类假肢通过不同的结构来控制手部装置的旋前及旋后运动。肌电控制假肢的能源是一个装在假肢里的6V可充电蓄电池。

肌电控制前臂假肢由一个肘下全接触式接受腔和一个树脂积层成型外臂筒构成。借助腕关节假肢上部与电动手相连接,同时它还包住假肢中特有的功能器件。

被动旋腕式肌电控制前臂假肢适合不同截肢平面的前臂残肢。手部装置的旋前及旋后功能活动只能被动地通过腕关节系统来调整。

主动旋腕式肌电控制前臂假肢适用于中等长度的前臂残肢,其主动旋转运动完成旋前及旋后动作。这些旋转运动可通过分离式接受腔的远端罩,借助旋腕装置直接传递到手部装置上。

中等长度前臂残肢只要能进行轻微的旋转运动也可配戴电动旋腕式肌电控制前臂假肢。这种旋转运动可作为信号脉冲控制假肢电动旋前及旋后。分离式接受腔的远端罩通过旋转控制开关驱动电动旋腕装置。

肌电控制旋腕式前臂假肢适用于不同截肢平面的前臂残肢,但前臂长残肢除外。其前提条件是应有不同的肌电信号来控制手部装置的张开和闭合,以及旋前及旋后运动。伸肌和屈肌的肌电信号在控制系统里被转化成4种脉冲信号,它们分别控制着手的张开、闭合及电动旋腕装置。

体外力源型假肢的腕关节是一种带连接器和同轴插座的腕关节,它将快换式电动手或电动夹与前臂筒连接起来,这种结构允许被动调整到所要求的旋前、旋后位置,手部装置可以随时互换。适用于中等长度前臂残肢的旋腕装置将具有主动旋前及旋后功能的残肢的旋转运动机械性地传递到电动手或电动夹上。

电动旋腕装置借助电机使电动手或电动夹做旋前和旋后运动,有两种不同的部件可控制电动旋腕装置。旋腕控制装置可用于残肢的旋转运动,四通道控制系统的肌电信号既可控制旋前、旋后动作,也可控制手部装置的动作。这种腕关节适用于除了腕离断以外的所有长度的残肢。它由以下部件构成:①积层成型环:积层成型环将电动手或电动夹与前臂连接起来,并装有快换接头。积层成型环有不同的直径。②连接器:连接器安装在积层成型盘内的腕关节锁中,并有同轴插头。③同轴插头:固定在连接器中的同轴插头,其远端借助滑动接触与腕关节可换插头形成电气连接,近端则与电极和蓄电池的导线连接。

4.前臂假肢的接受腔 前臂假肢接受腔的设计受到三方面因素的制约:一是悬吊机制;二是前臂的旋转机能;三是稳定适配的要求。随着假肢技术在材料、工艺方面的发展,出现了各种形式的接受腔,这些接受腔的产生都是综合解决上述几个因素而获得的。此外还应考虑在适当部位开口,增加透气性。

(1)插入式接受腔 适用于残肢比例55%~80%中长至长残肢截肢患者。依靠较大面积的残肢与接受腔的接触面料稳定悬吊和控制,同时避免了包容肘部,妨碍残肢旋转机能利用,在短残肢时往往需加上吊带。

(2)全接触式接受腔 采用全接触式前臂接受腔时,原则上接受腔的四壁应与残肢全面接触。根据残肢的长度,接受腔上缘的高度应有变化。短残肢时接受腔的上缘要高些,长残肢时上缘要低些。一般长残肢都采用和臂筒一体化的接受腔,短残肢最好采用分离式(双套筒)接受腔。

(3)明斯特式接受腔(muenster socket)明斯特式接受腔是一种包髁式前臂接受腔,是德国的Hepp Kuhn(亥普·库恩)于1950年发明的,采用包容肱骨髁和鹰嘴上部悬吊,接受腔口型尽量接近肱二头肌腱口形成一个腱槽,可省去固定于上臂的皮围背带、环带和肘关节铰链。其适用范围广,长残肢、短残肢者都可用,尤其适用于安装前臂肌电假手(图1-3-14)。

图1-3-14 明斯特式接受腔

(4)西北大学式接受腔(Northwestern university socket)西北大学式接受腔也是一种包髁悬吊式前臂接受腔,是由美国西北大学于1971年开发的接受腔形式,与明斯特式接受腔的区别在于腔的前臂肘弯处根据前臂残长割出一定长度的口型。由于前侧的开口形状,更适宜肘关节的屈伸动作,此外对髁部的包容弹性更好。因此,更适用于中、长残肢(图1-3-15)。

图1-3-15 西北大学式前臂假肢接受腔

5.前臂假肢的背带及控制索系统 本系统由背带、上臂围箍、肘铰链和开手单式控制索构成。固定在上臂的围箍和与之相连的肘关节铰链主要起固定前臂残肢较短假肢的作用,而背带和牵引索构成开手力的传递系统。

(1)前臂8字背带(below-elbow figure 8 harness)(图1-3-16):用于前臂假肢的一种背带,因固定于非截肢侧腋窝部的环带交叉于背部而使背带看上去呈“8”字形而得名。8字形背带通常采用2.5cm宽的涤纶带制成。

图1-3-16 前臂8字背带

(2)前臂9字背带(below-elbow figure 9 harness)(图1-3-17):用于前臂假肢的一种背带,因固定于非截肢侧腋窝部的环带与控制索相连接而使背带看上去呈“9”字形而得名。

图1-3-17 前臂9字背带

(3)上臂围箍(cuff):用于前臂假肢的一种悬吊装置。由皮革制成,系于上臂半周与肘铰链相连接,起悬吊固定假肢的作用。背带的背后交叉中心应处于第七颈椎突起的下方,自中央略偏向健侧。它由腋窝套环、前吊带的控制索带组成,前吊带从三角肌的上部引出,分成两支固定于围箍;控制索带通过肩胛骨下方,用吊环与控制索相连,并可用皮带扣调节控制索带的松紧。截肢者操纵假肢开手时,利用残侧上臂的前屈运动以及双肩的前屈动作,使背带吊环与固定于围箍的导向架之间距离增大,从而拉动控制索带打开手指。

(4)肘关节铰链

1)肘关节铰链 主要用于前臂残肢过短假肢。它将两根支条安装在接受腔两侧。

2)倍增式肘关节铰链(step-up elbow hinge)是用于肘关节活动范围小,不能实现足够屈肘动作的前臂短残肢的一种支条式肘关节。分为齿轮式和连杆式等多种结构,利用齿轮和连杆原理,能把残肢的屈曲动作放大约两倍。图1-3-18是一种四杆结构倍增式肘关节铰链。

图1-3-18 倍增式肘关节铰链

3)工具型上肢肘关节铰链 工具型上肢假肢的肘铰链一般采用多轴铰链肘关节。图1-3-19是一种双轴式支条肘关节铰链,用两个传动轴连接两根支条的肘关节。其特点是容易屈肘,多用于工具型前臂假肢。由于采用双轴转动,使铰链的屈曲运动更接近于人的生理肘关节运动,转动灵活、省力。

图1-3-19 工具型上肢肘关节铰链

(四)肘关节离断假肢

很少有人施行肘关节关节离断术,但这种手术形成的残肢的髁部却有利于假肢的悬吊固定。因此,不应对骨远端进行装饰性矫正术。肘关节离断假肢(elbow disarticulation prosthesis或through elbow prosthesis,简称TE prosthesis)适用于肘关节离断或上臂残肢过长(保留了上臂85%以上)的截肢者。肘关节离断患者既可配戴装饰性假肢,又可配戴功能型假肢。目前各种假肢都可供肘关节离断患者选配,多数情况下,混合型假肢是第一选择。装饰性假肢重量最轻,但只有有限的被动功能;索控式假肢的假手和肘关节的功能活动需借助肩带来完成;混合型假肢采用自身力源和体外力源共同作用。肘关节靠肩背带来驱动,而假手的功能活动受到肌电信号的控制,其能源是一个6V的充电蓄电池。现代肘关节离断假肢的全接触式接受腔不用包住肩部,通过肱骨髁部残肢末端的膨大部分就足以保证假肢的稳固悬吊,肘关节铰链连接假肢的前臂和上臂。

1.装饰性肘关节离断假肢 装饰性肘关节离断假肢适合于肘关节离断患者配戴,尤其适合于那些放弃配戴功能型假肢的患者。装饰性肘关节离断假肢重量轻、操作简便,但只具备有限的被动功能,可做辅助手或携带物品。高达肘下的全接触式接受腔借助髁部残肢末端的膨大部分可以保证假肢的稳固悬吊,而且不妨碍肩关节的活动范围。外臂筒借助侧支条与假肢前臂相连接,铰链关节可自由运动或由线闸操纵。装饰手或被动型假手可借助不同的腕关节与前臂相连接。外形、色泽和表面结构上都与正常手相似的美容手套构成假肢的外形,使假手具有逼真的外形。

2.索控式肘关节离断假肢 这种功能型假肢适合于肘关节离断者,特别适合于不可能配戴肌电控制假肢的患者。与体外力源型假肢相比,它具有重量轻,不需另外能源的优点,但必须配戴背带控制手部装置和锁肘功能活动,因而影响了穿戴的舒适性。高达肘下的全接触式接受腔借助髁部残肢末端的膨大部分可以保证假肢的稳固悬吊,且不妨碍肩关节的活动范围。外臂筒可借助侧支条与前臂假肢相连接,侧支条关节可自由运动或由线闸控制。系列假手或钩状手可作为手部装置借助不同的腕关节与前臂相连,且可互换。

索控式肘离断假肢的手部、腕关节采用与前臂假肢相同的机构;前臂筒多用塑料制成,上臂接受腔用合成树脂积层成型;肘关节采用被动式侧面带锁的铰链,可使肘关节被动地固定在几种屈肘位上,假肢的功能活动是借助残肢的运动及肩胛带牵引索来完成的,其三重控制索分别控制着手部装置、屈肘和锁肘。

此外,有一种索控单轴肘关节铰链适用于肘离断假肢(图1-3-20)。其特点是容易屈曲,也可用于工具型前臂假肢。

图1-3-20 索控单轴肘关节铰链

3.混合型肘关节离断假肢 混合型肘关节离断假肢采用自身力源和体外力源共同作用。这类假肢适用于肘关节离断患者,其前提条件是要有足够强的肌电信号用于分别操纵电动手或电动夹。高达腋下的全接触式接受腔借助髁部残肢末端的膨大部分可以保证假肢的稳固悬吊,且不妨碍肩关节的活动范围。外臂筒包住电极和导线,电极弹性地悬吊在接受腔中,并借助单轴关节支条与假肢前臂相连接,铰链可自由运动或由线闸控制。肘关节靠肩背带来驱动,屈肘和锁肘功能活动受肩背带控制。而假手的功能活动受到肌电信号的控制,腕部和手部装置与前臂假肢相同。系列电动手或电动夹作为手部装置使用,借助腕关节与前臂相连接,且可互换。

电动旋腕装置适用于除了前臂残肢外的所有长度的残肢。电动旋腕装置通过一个电机使电动手旋前及旋后。电动旋腕装置被装入前臂筒中,它与手部装置快换接头之间建立起机械性和电性连接。装置的功能活动受旋转控制装置或四通道控制系统操纵。

4.肘关节离断假肢的接受腔 肘关节离断假肢接受腔的形式基本上与上臂中长残肢的要求相同。由于肱骨末端的内外上髁处呈平坦状,对其骨突起处的修整务必慎重。(图1-3-21)

图1-3-21 肘关节离断假肢接受腔

(五)上臂假肢

上臂截肢时应尽可能少截除骨及软组织,因为保留的任何残肢都有益于假肢的适配。残肢的长度对假肢的悬吊固定起着重要作用,而且残肢作为杠杆臂影响着假肢的功能活动。

上臂假肢(above-elbow prosthesis,简称AE prosthesis),亦称经肱截肢假肢(trans-humeral prosthesis,简称TH prosthesis),适用于上臂截肢者。不同截肢平面的上臂假肢,既可配戴装饰性假肢,也可配戴功能型假肢。目前各种形式的上臂假肢可满足所有肘上截肢平面的患者配戴。假肢的选择取决于残肢的长度、肌肉的功能以及患者的体力情况和对假肢的了解程度。现代上臂假肢一般由一个包裹肩部、带背带的全接触式接受腔和一个树脂积层成型外臂筒组成,外臂筒通过肘关节与假肢远侧部件相连。装饰性上臂假肢虽然重量最轻,但它只有被动功能,它多用组件式部件制作。索控式假肢功能件的运动是靠三重控制索来完成的。混合型假肢采用体内、外力源共同作用,其肘关节运动受肩背带控制,而假手活动受肌电控制。在肌电控制假肢中,功能(手部装置和肘的关系)控制由电极引出的肌电信号来执行,其能源为一个6V可充电蓄电池。

1.装饰性上臂假肢 装饰性上臂假肢特别适合于放弃穿戴功能型假肢的患者,这种假肢重量轻,操作简便,但只能被动运动,可作为辅助手,装上外形、色泽和表面结构都近似正常人手的美容手套,使假肢具有逼真的外形。

这类假肢适合于不同截肢平面的上臂残肢,它大多由组件式部件制成,并且用泡沫装饰外套因人而异地塑其外形。全接触式接受腔包裹肩部的容积与残肢长度有关,它借助一根背带悬吊于肩胛带上。外臂筒通过肘关节与假肢前臂相连。装饰手或被动手作为手部装置使用,借助不同的腕关节固定于前臂上。外形、色泽和表面结构都近似正常人手的美容手套显示了假肢的外形,使假肢具有逼真的外形。

装饰性假肢中的肘关节常用的是一种单轴式机构,有带锁和不带锁之分,每种关节又可分为组件式或塑料外壳式。

(1)组件式肘关节(图1-3-22)

图1-3-22 组件式肘关节

1)组件式肘关节:适用于上臂长残肢,带棘轮锁装置的单轴肘关节借助前臂管与假手连接,并通过积层成型盘与上臂连接,前臂管和积层成型盘的旋转位置可分别调整。

2)带棘轮锁装置的单轴肘关节:适用于上臂短残肢,通过前臂管与远端部件连接,并借助上臂管的积层成型盘与上臂杆相连,前臂管和积层成型盘的旋转位置可分别调整。

3)带自位拉锁的组件式肘关节:适用于上臂残肢和肩离断患者,带可倾式拉锁的单轴肘关节借助组件式连接件连接上臂与前臂管,可分别调整前臂和上臂的旋转。

(2)塑料外壳式肘关节 这种带有半球体的肘关节远端通过固定在关节轴上的侧铰链与塑料前臂筒连接;近端与肘部连接的方式有两种,一种是通过肘部球体的木接头与上臂筒(上臂接受腔)相连,另一种是通过积层成型盘与上臂筒(上臂接受腔)连接。

按运动限位可分为不带锁和带锁两种:①不带锁肘关节:屈肘角度不能固定,贝伦索止前运动器可以限制前臂的自由摆动幅度。②手动单轴肘关节:以被动方式来实现肘关节屈曲的固定和解除,通过棘轮锁将关节锁紧在不同的屈肘位。

2.索控式上臂假肢 索控式上臂假肢适用于不同截肢平面的上臂残肢,特别适用于不可能配戴体外力源型假肢的患者。与体外力源型假肢相比,它具有重量轻,不需另外力源的优点,但必须配戴背带控制索,从而影响了穿戴的舒适性。

这类功能型假肢是一种常见的上臂功能性假肢,其手部、腕关节与前臂相同,前臂筒与上臂筒多用塑料制成;肘关节屈肘机构为主动式带锁结构,可实现主动屈肘。这种假肢的功能活动是借助残肢的运动及肩胛带完成的,三重控制索分别控制着手部装置屈肘以及锁肘的功能活动。假肢功能件的手部运动、屈肘、锁肘是靠三重控制索来完成的。背带的效能取决于肩胛带的活动度、残肢的长度和肌肉情况等,这些解剖学特征确定了全接触式接受腔包裹肩部的范围。这种背带的效能取决于肩胛带的活动度、残肢的长度和肌肉情况等。外臂筒和假肢前臂通过肘关节相连,肘关节可装或不装棘轮锁。系列假手或钩状手可作为手部装置,通过不同的腕关节与前臂相连,并可互换。

索控式上肢假肢的肘关节常用索控单轴肘关节(图1-3-23),这种关节是一种利用控制索来控制肘关节固定的单轴肘关节,适用于上臂假肢和肩离断假肢。关节内的棘轮锁可将关节调整到不同的屈肘位,由控制索锁紧和开锁,内装升降器可调整弹簧张力,有助于抬高前臂。

图1-3-23 索控单轴肘关节

3.混合型上臂假肢 混合型上臂假肢采用体内、体外力源共同作用,适用于不同截肢平面的上臂残肢,其肘关节运动靠肩背带控制,而假手活动受肌电控制,其前提条件是有足够强的肌电信号分别用于电动手或电动夹。全接触式接受腔包裹肩部的容积与残肢长度有关,它由一根背带悬吊在肩胛带上。外臂筒包住电极和导线,并通过一个装有无极调整锁的机械肘关节与假肢前臂相连,借助肩背带来完成假肢的屈肘和锁肘动作。系列电动手或电动夹作为手部装置使用,借助腕关节与假肢前臂相连接,且可互换。

4.肌电控制上臂假肢 这类假肢适用于不同截肢平面的上臂残肢,其前提条件是,必须有不同的肌电信号用于控制手部装置和肘关节的功能活动。肌电控制上臂假肢的功能控制(手部和肘关节)由肌电信号来执行,装配的前提条件是必须有不同的肌电信号用于控制手部装置和肘关节的功能活动;这种假肢的接受腔与其他功能性上臂假肢相同;弹性悬吊在接受腔里的电极接受了肱二头肌和肱三头肌产生的肌电信号,它们在控制系统里转换为四种脉冲信号,然后向手部装置和肘关节传导,手部和腕部结构与前臂假肢相同。外臂筒包住电极和导线,并通过电动肘关节与假肢前臂连接。系列电动手或电动夹作为手部装置使用,借助腕关节与前臂相连接,且可互换。

(1)国外研制了一种肌电及微机控制的三自由度上臂假肢,配有多条微处理程序,可在肌电控制下完成多种日常生活动作的协调控制。这种假肢具有手指、腕、肘各一个自由度,三个自由度全部由肱二头肌和肱三头肌肌电控制,以两肌肉同时收缩产生的肌电作为切换信号,具有发光二极管和声音信号指示切换部位。在程控状态下,可由肌电控制手指握力和腕的旋转。

(2)电动肘关节(electric elbow unit)一般采用微型电机驱动,图1-3-24是由纽约大学与豪斯莫公司共同开发的HUSH电动肘关节,用于骨骼式上肢假肢,通过双向开关,可实现肘关节的屈曲和伸展。

图1-3-24 电动肘关节

5.上臂假肢的接受腔 上臂假肢接受腔一般要包住肩峰,目前上臂接受腔一般采用全接触式接受腔,除了与残肢全面接触,还要求具有自身悬吊机能,肩关节的运动不受限制。其上缘高度随残肢长度而不同,残肢越短,接受腔的上缘越高。

(1)上臂短残肢 为了保证接受腔的稳定性,其上缘至少要包过肩峰2.5~4cm;在不使患者感到疼痛的情况下,腋窝部分接受腔的壁尽可能抬高。

(2)上臂中长残肢 接受腔的上部要略低于肩峰,以免影响肩关节的外展,要包住三角肌外壁部,为肩关节的屈曲运动留下少许空间。接受腔的口型形成一个前下方有胸大肌沟槽、后下方有背阔肌沟槽的三角形。(图1-3-25)

图1-3-25 上臂残肢长度与接受腔的关系

(3)LAPOC吸着式接受腔(图1-3-26)日本LAPOC吸着式接受腔的口型特点如下:在上口部,前后带有开肩式的突出翼(肩轭),其横截面呈凸镜状,中心部从前后方向夹住肱骨头,宽度为4cm,前、上、下沿翻边,向外张开。上臂前屈、后伸时不会受到锁骨和肩胛冈的限制。

图1-3-26 LAPOC吸着式接受腔

6.上臂假肢的背带及控制索系统 本系统由背带的控制索构成。上臂截肢者利用其假肢至少要实现以下三种功能:①控制手部装置;②前臂的屈曲运动;③肘关节的闭锁及其解除。因此肩带的形式及其操纵比较复杂。肩胛带和上臂残肢运动为以上控制提供了条件。有许多不同的悬吊固定及牵引控制系统实现上述功能,有采用两根控制索的二重控制系统,其中一根同时控制开手和屈肘,另一根控制肘关节的松锁和伸肘;也有采用两根控制索的三重控制系统,分别控制开手、屈肘和伸肘。

(1)上臂8字形背带(above-elbow figure 8 harness)(图1-3-27)用于上臂假肢的一种背带,因固定于非截肢侧腋窝部的环带交叉于背部而使背带看上去呈“8”字形而得名。

图1-3-27 上臂8字形背带

(2)胸廓带式上臂背带(above-elbow chest strap harness)用于上臂假肢的一种背带,由绕非截肢侧胸廓一周的皮带构成。

(3)上臂假肢的三重控制系统(above-elbow trip control cable system)上臂假肢的三重控制系统种类、式样也比较多,OTTOBOCK索控式假肢的控制特点是由有部分弹性的背带与控制索共同控制着假手或钩状手的功能活动、前臂的屈曲及锁肘。

1)开手索:开手索是由一个空心的橡胶带及更长的控制索构成。橡胶带从后侧腋窝线引出,固定在后侧隔板上。贝纶电缆线穿过鲍登索线壳,达到前臂的内侧,再通过离合器和虎口连成一体。后部索的控制使双肩胛骨内缘间距变宽,才能自如地控制。

2)开肘索:肘关节锁的开闭索由一个空心的橡胶带和由其引导的控制索构成。开闭索从腋窝的前侧顶点引出,越过颈部的后侧而连到肘关节的锁闭棘爪上。

3)肘屈曲索:肘屈曲索是由一个25mm~30mm宽的皮带和一根控制索构成的。肘屈曲索从对侧肩前侧腋窝线引出,穿过肩峰,再穿过背的中部至上臂,再到前臂的外侧,固定到肘关节前4.5cm处,通过上臂残肢的前屈而使肘关节屈曲。

(六)肩关节离断假肢、肩胛带离断假肢

半肩胛带离断术(forequarter amputation)切除了整个的肩部(包括肩胛骨、锁骨及附着其上的肌肉)。这种情况配戴假肢相当困难,因为此时假肢接受腔的悬吊功能不良。

肩关节离断假肢(should disarticulation prosthesis,简称SD prosthesis)适用于肩关节离断、上臂截肢残肢长度小于上臂全长30%(肩峰下8cm以内)的截肢者。这类截肢者因为失去了控制肩部运动的能力,目前多装配装饰性假肢。尽管也可为肩关节离断者装配功能型假肢,但技术难度很高。假肢种类的选择取决于残肢的情况、肌肉的功能以及患者的体力情况和对假肢了解的程度。装饰性和功能型假肢都可供肩关节离断患者配戴。应当注意,配戴功能型假肢时,对患者和康复工作小组的要求都是相当高的。装饰性上臂假肢虽然重量最轻,但它只有一定的被动功能,它多用组件式部件制作;功能型假肢既可以是索控式,也可以是体内、外力源共同作用的混合型假肢。因为高位截肢患者操纵三重控制系统很困难,所以可采用被动型或电动型肘关节,后者借助背带开关或肌电控制而发挥功能活动。

肩部离断的所有假肢都由一个包肩式的全接触内接受腔和树脂积层成型的外臂筒构成,通过肩关节与假肢上臂、肘关节、前臂、假手相连。

1.装饰性肩关节离断假肢 这种假肢适合于肩关节离断和半肩胛带截肢的患者,特别适合于放弃配戴功能型假肢的患者以及控制功能型假肢有困难的高位截肢患者。这种假肢具有重量轻、操作简便、只能被动运动的特点。这种假肢由组件式部件制成,并通过带连接罩的因人而异的泡沫装饰外套构成假肢的外形。包裹肩部的接受腔通过背带固定于肩胛带上。截肢范围较大的肩关节离断患者,需采用另外的外臂筒来协调身体平衡。肩关节与假肢上臂相连,而上臂假肢又通过肘关节与前臂相连。装饰性或被动型假手,借助不同的调节器与前臂相连。外形、色泽和表面结构上都近似正常人手的美容手套,使假手具有逼真的外形。

装饰性肩离断假肢(图1-3-1)的重量轻,具有被动功能,采用组件式部件制作,包裹肩部的接受腔通过背带固定在肩胛带上,肩关节与假肢上臂相连,上臂以下部分与上臂假肢相同;国内制作的这种假肢由塑料上臂筒、前臂筒和装饰手构成。

(1)装饰性组件式肘关节

1)适用于肩离断患者的组件式肘关节:由带棘轮锁装置的单轴肘关节通过前臂管与假手连接,其近端借助连接器与肩关节连接,前臂管和积层成型盘的旋转位置可分别调整。

2)带自位拉锁的组件式肘关节:适用于肩离断患者,带可倾式拉锁的单轴肘关节借助组件式连接件连接上臂与前臂管,可分别调整前臂和上臂的旋转。

(2)装饰性假肢的肩关节 OTTO BOCK组件式肩离断假肢是一种装饰性假肢,其关节分为普通肩关节和万向肩关节。

1)普通肩关节:普通肩关节适用于肩离断和上肢带解脱术患者,这种在两个平面运动的肩关节可借助铰链与假肢的上臂连接,借助积层成型盘与肩峰罩连接。肩关节的前后位置及外展均可调整。

2)万向肩关节(图1-3-28):万向肩关节适用于肩离断和上肢带解脱术患者,这种可以多向运动的肩关节借助连接器与上臂管连接,通过叉形肩支架与肩峰罩连接。球窝关节运动的自由度是可以调整的。

图1-3-28 万向肩关节

图1-3-29 外展肩关节

3)外展肩关节(图1-3-29):外展肩关节装有一个简单的单轴铰链,可做外展运动。

2.索控式肩关节离断假肢 这类功能型假肢适合于肩关节离断患者,尤其适合于不可能配戴体外力源型假肢而又需要使用功能型假肢的患者。与体外力源型假肢相比,它具有重量轻且不需外来能源的优点,但必须配戴背带控制索,不仅影响了穿戴的舒适性还要求患者积极配合。背带的功能执行状况取决于肩胛带的活动度、残肢的条件以及肌肉的情况等。这些解剖条件也决定了接受腔包裹肩部的体积。接受腔借助背带悬吊于肩胛带上。由肩关节连接假肢上臂,上臂通过肘关节与前臂相连。系列假手或钩状手可作为手部装置使用,借助不同的腕关节与前臂相连。这种假肢的功能活动通过肩胛带的运动带动背带来控制。三重控制索分别控制着手部装置、屈肘和锁肘。与索控式上臂假肢相比,由于配戴了胸廓带而使背带更难发挥功能活动。

索控式肩离断假肢必须配戴肩带,要求患者积极配合,肩带功能执行状况取决于肩胛带的活动度、残肢的条件以及肌肉的情况,假肢的其他部件与上臂假肢相同,与索控式上臂假肢相比,由于配戴了胸廓带而使三重控制索的背带更难发挥功能活动。上述装饰性假肢的肩关节也可用于索控型假肢中,此外还有以下肩关节可用于上肢带摘除患者。

(1)隔板式肩关节(图1-3-30):隔板式肩关节适用于上肢带摘除患者。这种关节由两块钢板重叠而成,可完成上臂的屈伸运动。

图1-3-30 隔板式肩关节

图1-3-31 万向球式肩关节

(2)万向球式肩关节(图1-3-31):万向球式肩关节的球窝关节的运动自由度可以调整,适用于肩关节和上肢带摘除患者。

3.混合型肩关节离断假肢 混合型肩离断假肢属体内、体外力源共同作用。这类体内、体外力源共同作用的假肢可供肩关节离断和胸肩胛区截除患者配戴,其前提条件是需有足够强的肌电信号分别用于控制电动手和电动夹。全接触式接受腔的容积、电极的弹性悬吊的排列方式以及背带的功能活动均与残肢条件有关。截除范围较大时,需要配戴另外的外臂筒来协调肢体平衡。肩关节连接假肢上臂,上臂通过肘关节与前臂相连。患者通过肩背带来完成假肢的屈肘和锁肘功能。电动手和电动夹均可作为手部装置使用,借助腕关节与假肢前臂相连,并且可以互换。

4.四自由度肌电控制全臂假肢 美国研制的四自由度肌电控制全臂假肢的肩、肘、腕、手指各有一个自由度,上臂上举时,肩关节的运动是相当于外展与前屈的合运动。四个自由度由胸部、背部和肩部引出的三路肌电信号控制。三块肌肉收缩的组合构成不同的信号模式,完成假肢的协调运动控制和各自由度直接控制。可解决双全臂截肢者喝水、取食等问题。

5.肩部假肢的接受腔 肩部假肢的全接触式接受腔的形状像一顶帽子扣在肩部,根据不同的截肢平面有以下形式:

(1)肩关节离断接受腔应在不妨碍肩胛骨内收、外展的情况下做得深些,肩峰处应留有一定的空间,后缘沿着肩胛骨椎体,前缘达到乳线的位置。(图1-3-32)

图1-3-32 肩关节离断接受腔

(2)上肢带解脱术假肢的接受腔的包裹范围要加大,可延伸到对侧肩包住锁骨,以增加支撑性;按与对侧肩平齐的位置,将接受腔补接出肩部,以便安装肩关节。

6.肩部假肢的背带及控制系统(图1-3-33)本系统由胸廓肩背带、弹力悬吊带及控制索构成。肩关节离断的截肢者仅能利用肩胛骨的外展、内收,肩的上抬、下沉,健侧肩胛骨的外展及扩胸等有限运动,因此用作假肢的力源非常有限。行上肢带解脱术的截肢者,可用力源就更少了。肩部假肢最好的情况下,只能与上臂假肢一样,进行肘关节的屈曲、肘关节锁的开闭和手指的开闭等控制活动,肩关节仅能被动地屈伸和外展,不能进行主动控制。

下面介绍一种索拉式肩部假肢系统,用最少的背带控制主动动作,可不使用腰带。

图1-3-33 肩部假肢的背带

(1)胸廓带式肩背带(shoulder disarticulation chest strap harness)用于肩部假肢的背带,由绕非截肢胸廓一周的皮带构成。

(2)弹力悬吊带 安装在接受腔前面的弹力带很重要,主要用于肘关节的锁定。如果难于打开锁定装置时,可将此带放长;若难于锁定时,则将此带缩短。

(3)控制索系统 ①开肘索:肘的锁定和打开由安装在胸廓带上的控制索利用肩的外展操作。②复式控制索:在索控式肩部假肢中,肩的屈曲、伸展动作用来操纵肘关节的屈曲和手部装置的开闭。

四、上肢假肢装配适合性检查

上肢假肢组装完成之后,要在康复医师、作业治疗师、假肢制作师的共同协作下,检查其是否可以正常操作,检查其在适配、功能、舒适和外观等方面是否满足设计要求,称为适合性检查(fitting)或检验(check-out)。功能和舒适程度受到年龄、全身状况、截肢原因和部位、残肢情况、假肢部件的型号和质量、装配时间和质量、训练、患者使用环境的积极性、居住环境等因素影响。又可分为试样检验(initial check-out)和最终检验(final check-out)。

试样检验又称初检,是在假肢主要部件初步完成组装后,将其初步装配好并让患者试用,以检查假肢的主要部件能否满足使用要求。最终检验简称终检,是在假肢全部制作完成后,在正式交付患者使用前进行的检验,是假肢装配、使用训练工作的最后评定。假肢装配是一个非常复杂的人-机-环境相结合的过程,要求在假肢装配过程中,必须在截肢者身上进行系统的细致的适合检查,确保尽可能地得到良好的装配效果。

通过适合性检查,不仅能使患者初步掌握操纵和使用假肢的方法,了解假肢的功能代偿,更重要的是发现和解决假肢制作和装配方面存在的问题,考核性能指标、舒适程度和外观质量。例如:接受腔是否伏帖,各关节活动是否正常,各部位装置是否合适,戴上假肢后,皮肤是否有疼痛和不舒适的感觉。在适合检查中,要及时认真听取患者对假肢的评价和改进意见。上肢适合性检查是一项耐心细致的工作,将直接影响上肢假肢的使用效果,必须由医(康复医生、治疗师)、工(制作人员)、患(患者及家属)三方面的密切合作和及时交流沟通,才能保质保量地完成,只有终检合格的假肢才允许交付截肢者正式使用。

(一)检查处方要求

首次检查的假肢,对照处方检查相应的尺寸要求;再次检查的假肢,对照前一次的修改要求检查。

(二)检查穿戴是否容易和是否能穿到正确位置

一般应以截肢者感觉到残肢末端已接触到接受腔的底部为准,残肢穿戴不到位,有可能是接受腔的容积不够大,或残肢出现水肿等原因引起体积变大。残肢末端出现疼痛,可能是接受腔尺寸过大,或残肢萎缩,体积变小引起。

(三)检查接受腔与残肢是否伏帖和受压的耐受程度

残肢加以适当衬垫后应与接受腔内壁伏帖,操纵假肢时应无疼痛感觉,向接受腔施加压力,患者不应出现疼痛或不舒适感。

1.检查方法 检查时,可对假肢施加一定力量,模拟假肢提、拿、推、拉动作,残肢无疼痛,取下假肢后,检查残肢皮肤无变色现象。如有异常,其原因可能是:

(1)接受腔口型形状不合适;

(2)接受腔内有螺丝等突出物;

(3)残肢的皮肤尚未定型。

2.前臂假肢:

(1)检查下垂拉力的稳定性,也可称为移动长度的检查,戴上假肢后,测定接受腔上缘的下滑距离,当假肢处于臂伸直位置时,在末端装置上,加上23kg的垂直牵引力,接受腔下移的位移量应小于2.5cm。

(2)在同样条件下,取下假肢后,残肢皮肤无变色现象,肩背带也不应有损伤。

3.上臂假肢:

(1)检查抗下拉、下垂拉力的稳定性,按与前臂假肢同样的方式进行,加23kg左右牵引力,接受腔下移的位移量不应大于2.5cm,肩背部不得出现破损情况,肩背带的接缝处的皮革等要缝牢。

(2)检查拉扭转力的稳定性,将肘关节固定在90°位,在手腕处(距肘关节轴30cm处)挂上弹簧秤,用1kg的力向内侧或外侧拉动前臂部,患者可以抵抗该力作用的转动。

(四)检查对线是否符合生物力学要求

1.对线 对线是指在空间确定假肢部件之间及其和患者之间的相对关系。上肢假肢只起运动(包括平衡)身体作用,必须根据人体上肢解剖学的构造和各部分的配合关系,通过对线来调整和确定假手、腕关节、肘关节、肩关节和接受腔之间的位置和角度关系,使之既符合人体的自然肢位,又便于假手在日常生活和工作中发挥操物的代偿功能。

检查上肢假肢时,基本肢位应是:两手放松垂直于身体两侧,肘关节轻度屈曲,前臂无旋前、旋后,腕关节伸展,手掌平行于躯干,掌心向内,各关节轻度屈曲。

2.前臂假肢的对线检查 在进行前臂假肢的对线检查时,主要检查腕关节的安装位置和角度。

(1)从侧面看,残肢的中心线是通过腕关节连接盘的后缘,腕关节连接盘与水平面是否保持5°~10°的屈曲位。

(2)从前面看,自肩峰引下的垂线通过腕关节连接盘的中心,腕关节连接盘应与水平面呈5°~10°的内收角。

3.上臂假肢的对线检查 在进行上臂假肢的对线检查时,主要检查肘关节的安装位置和角度。

(1)肘关节位置的确定:从侧面看,腕关节连接盘后缘,连接盘与水平面成5°~10°的前倾角;从前面看,自肩峰引下的垂线通过连接盘中心,连接盘面内收5°~10°。

(2)上臂假肢的对线位置:上臂前屈5°~10°,前臂前屈5°~10°,手部内收5°~10°,前臂部不得接触到身体的骨盆。

4.肩部假肢的对线检查 在进行肩部假肢的对线检查时,主要确定肩关节的安装位置与角度,其余和上肢假肢相同。

(1)从侧面看,肩关节的中轴线与自肩峰引下的垂线成5°~10°的屈曲位。

(2)从前面看,肩关节相对于自肩峰引下的垂线内收5°~10°。

(3)从顶部看,肩关节相对于通过肩峰的人体中心线内旋5°~10°。

(五)检查假肢长度

检查上肢假肢长度时,应在穿戴时保持两肩水平的状态下,使假手拇指末端或钩状手的末端与健侧拇指末端平齐或稍短。

1.前臂假肢中,自肘关节到假手拇指末端长度可比健侧短1cm。

2.上臂假肢中,肘关节轴与肱骨外上髁的位置一致,而前臂残侧可比健侧短1~2cm。

(六)检查肘关节屈曲角度

1.前臂假肢:戴上假肢后假肢侧的曲肘程度应与健侧相同,接受腔口型不应妨碍肘关节正常活动,戴上和脱下假肢时,其主动屈肘度必须与被动屈曲度完全相同。

2.检查上臂假肢的屈肘程度时,应将前臂筒悬处于90°位置上。

(1)被动屈曲范围:假肢肘关节的屈曲应达到135°,继续做屈肘动作,测量由此施加在屈肘牵引索上的力不得超过4.5kg。检查方法是:在肘关节未锁住和前臂屈曲90°的状态下,在距离肘关节30cm处用弹簧拉力计测量,应能支持负荷22kg。达不到标准值的原因可能是前臂筒凹陷口深度不够,或是肘关节调整值不够。

(2)主动屈肘范围:检查时应让患者主动屈肘到最大屈曲角度,测量该角度值,应达到135°。达不到标准值的原因,可能是控制系统不佳,或是肩背带、牵引带不适合,过长、过松等原因。

(3)假肢侧肘关节完全屈曲时,患侧肩的屈曲角不应超过45°。

(七)检查控制系统的操纵效率

患者戴上假肢后固定牵引装置应能有效控制假肢的传动机构,患者操纵假肢应无勒痛感。

1.前臂假肢的操纵效率:

(1)检查用于手指开闭时牵引索的传递效率,效率应在70%以上。

(2)让患者把假手放在嘴边与裤子前面纽扣处,主动进行手指的开闭,当肘屈曲90°时,测定手指的张开距离,再与手指被动张开的最大距离做比较,其主动完全开闭必须达到70%以上。

(3)患者戴上假肢后,屈肘至90°时,手指应能完全张开;在上臂外展时屈肘夹角为50°时,手指张开距离不应小于40㎜。

2.上臂假肢的操纵效率:

(1)检查用于手指开闭时牵引索的传递效率应在50%以上。

(2)检查在嘴边和裤前纽扣位置手指的开大距离,方法与前臂假肢相同,应达到被动开手距离的50%以上。

(3)检查牵引索能否有效地控制假手的开闭、屈肘和松锁等机构,在上臂外展至60°时,锁住机构仍可保持于不活动状态,患者在穿戴假肢后,常规步行时,肘关节锁住机构不应自主锁住。

(4)患者戴上假肢后,屈肘夹角达90°时,末端装置的手指应能完全张开和闭合。

(八)检查假肢的重量

由于手在肢体的最远端,加上持重,会产生很大的力距,作用在残肢上。因此必须限制并力求减轻假肢(特别是手部装置)的重量,通常要求:①手部装置重≦0.3㎏;②前臂假肢≦0.5㎏;③上臂假肢≦0.8kg;④肩关节离断假肢≦1.4kg。

(九)外部动力假肢的适合性检查要点

除参考索控式假肢外,应注意检查开手、闭手的随意性和误动作的多少;指间压力应不小于4kg;拇指、中指间开手的距离不应小于8cm;开手、闭手噪音不应大于45分贝。肌电假手适合检查(出厂检验)表1-3-2介绍了肌电假手适合检查的项目,可供读者进一步了解外部动力假肢适合检查项目时参考。

表1-3-2 肌电假手适合检查表

五、上肢假肢新结构

现代假手利用截肢者残存的功能作为控制信号源,把动力源和信号源分开,实现假肢的多功能化。在上肢假肢的最新研究中,围绕着控制的可靠性、仿生性和提高患者的舒适性方面进行研究与开发。智能驱动器(Smart Actuator),应用电控的变换,齿轮实现体积、重量、功率和速度的最佳匹配,可以同时满足电动假手在力量、速度和工作效率等方面的要求;超声马达在假手中的应用,具有力量大、噪声小、日常生活有效性高的特点;将神经肌肉的再造和神经电极相结合,能够达到下意识的反应对运动的控制,一般采用神经移植,即将神经移植到代用肌肉中,仍然用肌电信号控制;有感假肢研究有了新进展,对握力、温度的反馈信息是通过其他的代用方式(振动信号)反馈给使用者。在控制方式中,最佳方案是能按照人的意志来控制假手。外部动力上肢假肢研究趋势:

(一)外部动力上肢假肢向多平面、多自由度发展

提取运动神经系统的脉冲到达肌肉所产生的肌电信号,肌电控制假手占据主导地位,多自由度假手肌电信号控制可与人的意念相一致,在单自由度假肢中得到广泛应用。前臂截肢肌电假手已经实用商品化。上臂截肢、肩关节离断假手,主要以控制信号的提取与处理、结构的轻型和系统的可靠性作为研究的突破口。具有手指捏合、旋腕、屈肘功能的“三自由度实用型肌电控制上臂假肢”,全部采用肌肉电信号,有微型单片处理机进行信号处理和实施控制。日本一直在研究多种控制方式的电动、气动和液压传动的外部动力上肢假肢。如:十二自由度全臂假肢、七自由度全臂假肢等。

(二)直接提取中枢神经系统指令的上肢假肢

神经信息控制的七自由电子假手模拟装置提取神经信息,利用神经信息来控制电子假手,七个自由度电子假手装置可做指伸、指屈、腕伸、腕屈、旋前、旋后、伸肘、屈肘、上臂前展、上臂后收、上臂外展、上臂内收、上臂前转、上臂后转十四个动作。利用植入式神经——传感器接口,将力或温度信号直接传给感觉神经的研究在英国进行,使用中很自然地产生感觉。此外,加强对肌电信号和各种生物体内控制信息,包括声音的控制信息的提取和处理的研究;从分子尺度研究的应用DNA假肢,将根据截肢者的DNA制作一个有知觉的,大脑能指挥、神经能协调的声控假手;还有以镍钛记忆合金的可递形状记忆效应产生的回复力作为动力,以声音或语言信号作为控制源,无机械噪音的人工假手。

1.具有位觉、力觉、压觉和触觉等感觉系统的上肢假肢 增加各种感觉反馈系统,有感觉的智能型假手,具有对被抓握物体形状的适应能力的假手,对握力和温度感觉反馈功能的假手。有力反馈的假手,奥托博克公司生产的指端装有滑移传感器的智能化力度控制假手,可根据所抓握物体的滑移情况自动调节抓握力度,从而解决了肌电假手拾取鸡蛋或饮料纸杯等薄脆物体的安全抓握问题。

2.微机控制的上肢假肢:

(1)带微机的假肢 利用计算机识别肌电反馈、声音和视向等信号并控制假肢完成各种动作。为了使患者在日常生活中充分发挥手的作用,在假手里安装了15个马达,其中上臂由3个马达驱动,肘部由2个,腕部由1个,各个手指1个。反馈信号作为控制,识别肌电内所含的信息,如抓、捏等动作。采用患者声带振动和视向(Look sight)定位的同时控制,声带命令系统是通过一个附于喉部的压缩型拾音提取信号的,经滤波获得高低音成分作为控制命令信号,这部分可由一台微机系统处理数据。视向命令系统是根据人们看一个空间物体时头部总是随视线方向自然地转向和倾斜习惯而设计的。当计算机确定物体在空间的位置时,驱动所有的马达,使假肢像正常手臂一样,朝向眼睛看物体时的方向运动。

(2)引进微处理机 在信息处理和控制系统中采用微处理机,可以实施协调控制和反馈系统,以及进行自学习、自适应控制等。智能肌电假肢:通过肌肉电信号的强弱控制假手的握力和速度的力控型;指尖带有传感器的感应型。

(3)带有比例控制的假手 美国“波士顿臂”(Boston Arm)肌电控制上臂假肢,由肱二头肌和肱三头肌引出的肌电信号控制肘关节的伸屈,其钩状指用牵引索靠自身体力带动,为两个自由度,采用比例控制方式,并有反馈信息。盐湖城犹他大学研制的“犹他假臂”(Utah Arm)具有被动的肩关节屈伸和外展,带有动力装置的手指捏合、旋腕、屈肘和肱骨旋转等动作的组合式系列假肢,肌电比例控制,Ⅱ型在控制系统中引进了微处理机,它将提供多通道的信号发生和控制系统,以及多种类型的脉宽度调制电机的方法。

(4)仿真电子假手 仿真电子假手有模拟人手的指关节,外形更像人手。由于它能在健手的帮助下,使手指弯曲度根据实际需要而改变,使精细和要求高的操作得以实现。如:操作电脑键盘、写毛笔字等。仿真电子假手的控制信息源可适用多种信息,如:人体生物电(肌电、神经信息)或再造成指。手指可以分别调节与组合操作,具有自锁功能。腕关节可以旋转、伸屈、摆动,有助于自理生活,特别是与健手配合可实现几十种日常事务动作的操作。

(5)仿生上肢假肢 全功能意念控制的生物手臂是由神经信号控制的,微感应器在残肢的肌肉上测得来自大脑的神经信号并将它传到芯片器,经过过滤和放大,最后由机械部分来执行这些命令。英国研究人员发明了一种用电子驱动的“仿生假手”,可使残疾儿童能够同时用双手完成日常的工作。这种新型假手是为先天手部畸形、手在腕部或腕部以下被部分截除的儿童设计的。这种仿生假手外面包着硅套,手指由小马达驱动。儿童可以把手臂伸到假手里,握自行车把、剪纸或拿着一本书。假手的拇指和食指的伸屈,是在向一条与假手内的小马达和变速箱相连的电极加电时完成的。

(6)“再造指”控制的单自由度上肢假肢 为解决肌电假肢控制准确率低的问题,关键是抗干扰性,要在外界的干扰信号中分离出控制所需的微弱的肌电信号。上海交通大学的“再造指”将显微外科技术用于康复工程领域,将患者脚趾移植到前臂残端,在截肢者残臂端上再造一个“指”,用以作为能准确传递人脑运动信息的信息源,再用物理学方法将控制信息转化为操作指令,解决了抗干扰的难题,实现了电子假手的准确控制。“再造指”控制的单自由度(可做指伸、指屈两个动作)电子假手及“再造指”控制的三自由度(可做指伸、指屈、旋前、旋后、腕伸、腕屈六个动作)电子假手,帮助患者实现生活自理,如:打毛衣、写字、拿杯子喝水、打电话、提箱包等。

(7)模拟人体神经、肌肉的新型控制、动力装置的上肢假肢 研制模拟人体神经、肌肉的新型控制、动力装置,除气动假肢中已采用、研制的人造肌肉外,犹他大学在犹他四自由度假肘中使用了人造肌肉机构。上海科声假肢公司开发了下肢肌电控制上肢假肢:截肢者残肢肌肉缺失严重,或全臂截肢又很肥胖,难以用常规方法取得控制假肢的肌电信号。由于截肢者在行走时一般不会使用假肢,且下肢肌肉与上肢肌肉有一定对应关系,因此在坐位或站位用下肢肌电控制上肢假肢是完全可行的。提取通过运动神经系统的信号;局部带血管神经肌、腱移植神经源,利用微机控制、中枢神经控制肘关节的仿真研究。

(张晓玉)



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