基于射频感应控制的掌指人工关节研究.pdfVIP

第 卷 第 期 中 国 生 物 医 学 工 程 学 报 # ;=)0)# 年 月 !!’ ! -./0,1,234*0+5367/38,9/-+5,0:/0,,*/0: 3?@AB!!’ !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! 文章编号： （ ） !#$%$!!!’%!#%($%! 基于射频感应控制的掌指人工关节研究 赵春宇 ， 陈大跃 ， 谢国权 ， 朱成刚 ， 黄震宇 ， 顾玉东 ， 董 震 （ 上海交通大学，上海 ； 复旦大学附属华山医院，上海 ） ) !!!’!) !!!’! 摘 要： 针对目前临床上存在大量掌指臂丛神经损伤患者无法医治的状况，提出了通过植入带有驱动电机的 掌指人工关节来行使掌指功能的治疗方案。文中研究了植入式人工关节的结构、机械传动、控制信号的获取和传输 等。为解决驱动电机的电源问题，作者提出了运用电磁感应的经皮能量传输技术来驱动植入电机的旋转，利用反映 掌指动作意识的肌电信号来控制射频磁场的发射，使得体内线圈感应体外射频磁场后驱动电机转动。最后研究了一 套临床关节植入的手术方案，并在三例尸体上进行了功能实验，验证了植入的人工关节能满足人体掌指的基本功能。 关键词： 经皮能量传输；掌指关节；植入式 中图分类号： 文献标识码： *’$) + 引言 随着现代工业、交通运输和城市建设的发展，每年不可避免地会有大量的工伤事故发生，在这当中头、肩 部的对撞性损伤、上肢的持续性牵拉伤占有很大的比例，造成受伤患者的上肢臂丛神经的严重损坏，其特点 是患者的肢体完整，但神经受损，无法按人脑的动作意识刺激肌肉收缩，实现手的动作功能，久而久之造成肌 肉萎缩，彻底丧失了手的功能。 ［］ 临床上出现的臂丛神经损伤主要可以分为两大类 ，即臂丛神经的振荡和臂丛神经的断裂以及根性撕 裂。对于臂丛神经的振荡损伤，一般发生在轻度撞击或牵拉伤的初期，出现肢体运动功能障碍，但经过一定 的电刺激康复治疗和休息，休克的臂丛神经可以得到恢复。对于臂丛神经的断裂和撕脱患者，由于损伤平面 较高，神经再生的程度和速度都无法适应肌肉变性的影响。尽管目前也研究出了一些药物治疗方法，以促进 神经再生和延缓肌肉萎缩，可是临床效果不够明显，因此对于后两种神经损伤，主要还是通过神经移位手术 来治疗，将身体其它部位未受损伤的神经与受损关节部位的神经对接，控制受损关节的活动，若受损部位离 终器较近（如肩、肘关节），手术后效果尚好，若离终器较远（如腕、掌指），效果很差。近来的临床调查表明，对 于掌指关节的臂丛神经损伤，目前暂无有效的治疗方案。 为此，提出了切除受损掌指关节，植入带有电机驱动的人工有源掌指关节。它运用体外射频磁场感应能 量传递作为电机驱动能量源，通过上臂的肌电信号，控制体外射频磁场的发放，从而实现按人的意识指挥掌 指人工关节的开合，完成手掌的抓握动作。 ! 植入式人工掌指关节控制系统的基本原理 整个植入式掌指人工关节控制系统原理如图 所示。 系统的控制信号取自于上臂或肩部的肌电信号。对于上臂未受损伤的患者，肌电信号可直接取自肱二 头肌、肱三头肌；若上臂严重损伤，则可取同侧肩部、背部的肌电信号，而这些部位的肌电信号与掌指动作的 对应关系，可依照目前肌电假肢采用的动作 肌电信号的训练方法，经过一段时间的训练，使其达到控制 要求。这种肌电信号经过信号放大器和单稳态电路，将它转换成数