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[1]或數(shù)個足趾[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，而且表面電極檢出的肌電信息是肌群的募集信息，不完全反映人腦對某一動作的運動指令。人體感受的外電場干擾又相對十分強大達 V 級。

這些因素都影響肌電控制假手的動作準確性，尤其對多自由度電子假手影響更為嚴重。1978年 Herberts[7]報道三自由度肌電控制的假手，控制準確率達57％。

八十年代Denning 等采用新方法控制的準確率達72％。然而多數(shù)學者均認為，只有達到誤動作率小于5％的假手才有實用價值?，F(xiàn)在有人開始應(yīng)用模式識別和人工

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，進展甚微，而要實現(xiàn)95％以上控制準確率仍困難重重。

（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。作者們對足趾移植再造手指有豐富的實踐經(jīng)驗，再造手指的動作受大腦指令的控制，動作可以做到準確無誤；又有裝配電子假手的經(jīng)驗與條件，所以設(shè)計在前臂截肢殘端上移植一個足趾，大腦通過再造手指運動作為信號源，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作準確率己達100％，現(xiàn)報告如下：

病例介紹

陽東華，女，19歲，入院日期1996年9月10日，住院號：300313?；颊哂谌朐呵?年半，因工作不慎右手與腕部被機器壓碎，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實驗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厘米處縱形向遠側(cè)，經(jīng)殘端作皮膚與深筋膜魚嘴狀切口，達相應(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。于拇長屈肌淺側(cè)分出橈動脈及其伴行靜脈較細。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．供趾切取：左足第二足趾的游離。自第二跖骨頸平面足背向遠側(cè)，經(jīng)第一、第二趾蹼分別作皮膚切口，向遠側(cè)延伸跨越至跖側(cè)相應(yīng)點，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脈及其伴行靜脈。分離顯露足背動脈與第一跖背動脈及其延伸至第二足趾的內(nèi)側(cè)趾動脈，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（足背動脈與大隱靜脈），將游離足趾移植至右前臂殘端。各部組織對合：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，足背動脈與橈動脈對端縫合10針。因橈動脈外徑僅1.5毫米，故擴張后沿其縱軸作45度斜切后才能勉強對合。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。觀察再造手指的動脈血供與靜脈回流均良好，切口逐層關(guān)閉?；贾允嗤斜Ｗo。術(shù)后72小時動態(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)計的功能測試與訓(xùn)練項目包括：

（1）負重適應(yīng)性訓(xùn)練；

（2）重量感受性訓(xùn)練；

（3）手臂穩(wěn)定度測定與訓(xùn)練；

（4）再造指控制功能的測定與訓(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。手臂殘端負重能力比訓(xùn)練前提高4倍。重建了重量感受識別能力，對重量的識別誤差由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)，但患肢己能準確傳遞大腦運動信息。經(jīng)專家檢測，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動作，其控制指令操作一百次無一次失誤，準確度達100％，即誤動作率為0％。隨著康復(fù)時間延長，骨端愈合更牢固，神經(jīng)再生更完善，再造指的控制將會更快速靈活。

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 兩個標軸上活動，而且橈骨還能旋前、旋后。故可準確按觸六個開關(guān)。

（2）數(shù)字編碼控制原理。亦容

易學會，正確度高。本系統(tǒng)采用全電子控制伺服系統(tǒng)、五機械觸點、電路簡單、性能穩(wěn)定、操作方便、控制準確性高，適合于殘疾人使用，亦未發(fā)生錯誤動作。

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，對指合攏允許間隙 l2毫米(即仿真硅橡膠手套厚度)。控制系統(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。

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

討論

作者認為，在進行足趾移植于截肢殘端的再造手指應(yīng)考慮下達各點：

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

（2）手術(shù)時應(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)練達到再造手指側(cè)向動作的要求。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）二個趾神經(jīng)原設(shè)計分別與尺側(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間已長達1年半。截肢殘端明顯廢用性萎縮，尤以橈動脈外徑己縮小至1.5毫米，與足背動脈的外徑3毫米明顯的不一致。橈動脈縫合端經(jīng)擴張與45度斜切后才勉強對端縫合，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。

傷肢的測試與康復(fù)訓(xùn)練對電子假手的應(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)練測試前后，殘端負重功能比訓(xùn)練前提高了四倍，并重建重量感受識別能力，對重量識別的誤差由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)練與測試，使主要指標達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確性，減少誤動作率提供了有用的途徑與實例，而且還在假肢研究中看到了醫(yī)學與工程學緊密結(jié)合新途徑的優(yōu)越性。

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