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上肢型假肢行業(yè)技術(shù)突破向新而行!
發(fā)布時(shí)間:2020-12-11 17:00:00

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?;颊叽骷僦竽軌蛴懈鼜?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)


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