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佩戴假肢能夠改善肢體缺失患者外觀，幫助其恢復(fù)肢體功能，尤其是對(duì)心理調(diào)整、心理恢復(fù)很有好處。患者戴假肢后能夠有更強(qiáng)的自理能力，可以更好地完成社會(huì)生活及工作。為截肢者提供質(zhì)量?jī)?yōu)良的假肢是社會(huì)、行業(yè)、患者共同的需要。
多因素驅(qū)動(dòng)行業(yè)發(fā)展
近年來(lái)，國(guó)家高度重視殘疾人康復(fù)服務(wù)需求。２０１６年１０月，國(guó)務(wù)院發(fā)布《關(guān)于加快發(fā)展康復(fù)輔助器具產(chǎn)業(yè)的若干意見(jiàn)》提出，推動(dòng)“醫(yī)工結(jié)合”，支持人工智能、腦機(jī)接口、虛擬現(xiàn)實(shí)等新技術(shù)在康復(fù)輔助器具產(chǎn)品中的集成應(yīng)用，支持外骨骼機(jī)器人、照護(hù)和康復(fù)機(jī)器人、仿生假肢、虛擬現(xiàn)實(shí)康復(fù)訓(xùn)練設(shè)備等產(chǎn)品研發(fā)。為截肢者提供反饋?zhàn)匀坏募僦乾F(xiàn)階段我國(guó)康復(fù)事業(yè)發(fā)展的迫切需求。
咨詢(xún)機(jī)構(gòu)調(diào)查顯示，２０１８年，全球上肢型假肢市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)１０億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率超過(guò)１１％，市場(chǎng)規(guī)模有望在２０２０年增長(zhǎng)至２３億美元。
目前，我國(guó)上肢功能性假肢行業(yè)市場(chǎng)需求從低端的機(jī)械型假肢向肌電型假肢過(guò)渡，高端產(chǎn)品市場(chǎng)需求較大。數(shù)據(jù)顯示，２０１７年，我國(guó)上肢功能性假肢產(chǎn)量為２．４６萬(wàn)件，同比增長(zhǎng)７．７％。預(yù)計(jì)２０２３年，我國(guó)上肢功能性假肢需求量將達(dá)５．１０萬(wàn)件。
目前雖然已有不少成熟的假肢手產(chǎn)品，但有調(diào)查顯示，成年假肢用戶(hù)對(duì)假肢的拒絕率達(dá)４５％，其中近端截肢者、高齡截肢者對(duì)于假肢手的排斥率較高。除了存在磨損等舒適度問(wèn)題之外，假肢手拒絕率高的主要原因還在于其感知能力低、假體與感知需求之間存在差異等。假肢手能夠輔助截肢者完成一定的基本動(dòng)作，但缺乏可靠的感覺(jué)反饋是產(chǎn)品面臨的較大挑戰(zhàn)，在很大程度上阻礙了其實(shí)用性和功能體現(xiàn)。真正實(shí)現(xiàn)假肢手的感知反饋不僅需要解決諸多技術(shù)問(wèn)題，還需要解決大腦、神經(jīng)方面的科學(xué)問(wèn)題。
感覺(jué)反饋增強(qiáng)使用體驗(yàn)
機(jī)械上肢型假肢使用感的人性化，高度依賴(lài)假肢的反饋技術(shù)。近幾十年來(lái)，許多研究致力通過(guò)植入電極、感覺(jué)神經(jīng)功能重建等有創(chuàng)方式，或通過(guò)機(jī)械反饋、振動(dòng)反饋、電觸覺(jué)反饋等無(wú)創(chuàng)方式實(shí)現(xiàn)假肢手的感覺(jué)反饋，一定程度上提高了假肢手的操作能力和截肢者對(duì)假肢手的接納度。
植入性電極
植入性電極技術(shù)通常包括在神經(jīng)內(nèi)植入縱向束內(nèi)電極、束內(nèi)電刺激陣列、猶他斜面刺入式電極陣列及扁平束內(nèi)電極等植入性神經(jīng)電極。
洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院研究發(fā)現(xiàn)，在截肢者殘端的尺神經(jīng)和正中神經(jīng)處植入束內(nèi)多通道電極可實(shí)現(xiàn)神經(jīng)內(nèi)刺激。植入神經(jīng)電極后，截肢者使用假肢手對(duì)物體大小、高度的辨別準(zhǔn)確率達(dá)７５．５％。雖然植入性神經(jīng)電極能給截肢者帶來(lái)假肢手的感覺(jué)反饋效果，但這種方法也會(huì)帶來(lái)一定風(fēng)險(xiǎn)，其需要使用大量自體神經(jīng)組織，并對(duì)神經(jīng)組織有一定損傷。此外，植入神經(jīng)電極也有弊端：一是該技術(shù)不一定能將電極如愿配置在神經(jīng)內(nèi)部所需位置；二是移植后不容易固定電極體，電極容易受外力影響而游動(dòng)，因此不利于長(zhǎng)期移植。
腦感知皮層微電流刺激
除了在截肢殘端植入電極生成刺激形成反饋外，目前還有不少研究致力于在大腦皮層植入電極形成腦機(jī)接口，使高位截肢者通過(guò)腦電控制假肢，提供假肢反饋。一個(gè)植入性電極陣列可以記錄１００～２００個(gè)神經(jīng)元的信號(hào)，記錄下來(lái)的神經(jīng)信號(hào)最終會(huì)被編譯為相應(yīng)的運(yùn)動(dòng)指令，從而驅(qū)動(dòng)假肢完成運(yùn)動(dòng)。
美國(guó)加州理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)曾在大腦皮層表面約３毫米深的組織中采集腦電信號(hào)，將大腦皮層深層的神經(jīng)信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，通過(guò)大量訓(xùn)練使患者逐漸掌握如何用意念控制假肢手。目前的大腦皮層植入電極一般可以使用５年，但仍然存在兼容性、電極偏移等問(wèn)題。腦機(jī)接口雖然是一項(xiàng)突破性技術(shù)，但離實(shí)際應(yīng)用還有一段距離。
誘指感反饋
截肢后的殘端部位與手指存在一定的解剖映射關(guān)系，利用這種映射關(guān)系可以刺激殘端使截肢者感到其失去的手指被觸摸，這種現(xiàn)象被研究者稱(chēng)為誘指感現(xiàn)象。
經(jīng)皮神經(jīng)電刺激可以在截肢殘端實(shí)現(xiàn)誘指感。經(jīng)皮神經(jīng)電刺激的電流脈寬、幅度、頻率等參數(shù)可調(diào)節(jié)，可不同程度地刺激皮膚中的感受器及神經(jīng)末梢，從而使截肢者產(chǎn)生多種感知，如輕觸、按壓、震動(dòng)、麻木、疼痛等。該感覺(jué)反饋技術(shù)因其無(wú)創(chuàng)、自然等特點(diǎn)，成為現(xiàn)階段假肢手感覺(jué)反饋領(lǐng)域研究熱點(diǎn)，被認(rèn)為是可能實(shí)現(xiàn)的、最自然的假肢手感知反饋方法之一。
視覺(jué)反饋
大腦對(duì)于假肢的感知和理解，很大程度上依賴(lài)于視覺(jué)通路，因此視覺(jué)反饋對(duì)于假肢手來(lái)說(shuō)是很重要的反饋方式。東京大學(xué)研究者設(shè)計(jì)了一套虛擬現(xiàn)實(shí)與觸覺(jué)反饋結(jié)合的系統(tǒng)，可用于緩解截肢者的傳入阻滯性疼痛。截肢者健側(cè)手掌佩戴數(shù)據(jù)反饋手套，頭戴ＶＲ設(shè)備，在ＶＲ環(huán)境中用健側(cè)手去抓取目標(biāo)物體，通過(guò)相關(guān)設(shè)備與數(shù)據(jù)反饋手套捕捉截肢者健側(cè)的運(yùn)動(dòng)，將健側(cè)運(yùn)動(dòng)在ＶＲ環(huán)境中鏡像為殘肢運(yùn)動(dòng)，即由真實(shí)健側(cè)手控制虛擬患側(cè)手完成抓取任務(wù)，任務(wù)完成時(shí)會(huì)有聲音和振動(dòng)提示。在虛擬現(xiàn)實(shí)和振動(dòng)反饋下，截肢者疼痛感明顯減輕。
２０１６年，哥德堡查爾默斯理工大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在一項(xiàng)研究中，利用網(wǎng)絡(luò)攝像頭對(duì)截肢者殘端的識(shí)別碼進(jìn)行定位，隨后在屏幕上將虛擬假肢與殘肢對(duì)齊，通過(guò)對(duì)肌電圖的分析獲取殘肢端的運(yùn)動(dòng)速度，同時(shí)顯示虛擬假肢并引導(dǎo)截肢者完成相應(yīng)康復(fù)動(dòng)作。訓(xùn)練一年后，截肢者的幻肢疼痛感降低了４７％。隨后在此基礎(chǔ)上，２０１８年有研究通過(guò)對(duì)殘肢端肌電圖進(jìn)行解碼，通過(guò)偵測(cè)殘肢端肌電信號(hào)判斷截肢者的動(dòng)作意圖，然后將動(dòng)作投影在屏幕上，截肢者看著屏幕，就像對(duì)著鏡子做動(dòng)作，增強(qiáng)了假肢使用體驗(yàn)。
提升反饋效果是關(guān)鍵
目前，我國(guó)假肢市場(chǎng)中，Ｏｔｔｏｂｏｃｋ和Ｏｓｓｕｒ兩大國(guó)外品牌占據(jù)較高市場(chǎng)份額，國(guó)內(nèi)上肢功能性假肢大型企業(yè)數(shù)量較少，僅有科生等少數(shù)幾家規(guī)模稍大的企業(yè)。在核心技術(shù)方面，國(guó)外品牌假肢產(chǎn)品覆蓋面全、假肢類(lèi)型多、控制與反饋效果好；國(guó)產(chǎn)假肢具有成本優(yōu)勢(shì)，但使用效果與國(guó)外品牌相比仍有差距，競(jìng)爭(zhēng)力有待提高。
隨著科技的發(fā)展，不少先進(jìn)技術(shù)逐漸應(yīng)用于假肢研發(fā)。目前，市面上已經(jīng)出現(xiàn)多款仿生假肢，與真實(shí)肢體一般無(wú)二，但假肢較高的拒絕率和較低的普及率仍然是很?chē)?yán)峻的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。為假肢用戶(hù)提供易于使用、感覺(jué)反饋可靠的假肢，需要工程師、醫(yī)生從工程技術(shù)、神經(jīng)科學(xué)等多方面聯(lián)合考慮。
在政策紅利和科技發(fā)展的背景下，上肢型假肢行業(yè)一方面展現(xiàn)出方興未艾、大有可為的發(fā)展趨勢(shì)，另一方面也面臨著核心技術(shù)、康復(fù)配套環(huán)境的差距，未來(lái)發(fā)展任重而道遠(yuǎn)。
注：文章來(lái)源于互聯(lián)網(wǎng)
