假肢技术的研究热点及发展趋势

安装假肢是截肢者代偿缺失的运动功能，回归社会的有效手段。假肢使用的效果不仅与截肢部位和截肢手术有关，而且假肢接受腔、假肢部件及其控制方法的性能和质量也直接影响其使用性能。随着信息科学、传感技术、材料科学及其相关科学技术的发展，假肢的性能得到了很大提高，假肢技术的研究也取得了很大进展。目前假肢技术的研究热点主要集中在以下几个方面：

1 接受腔的计算机辅助设计和计算机辅助制造技术

假肢接受腔的好坏直接影响假肢穿戴的舒适性。近年来用硅胶等材料制作的接受腔衬套，在很大程度上提高了假肢穿戴的舒适性，但是不管是选用何种材料的衬套，接受腔的适配性都是首要的。尽管计算机辅助设计和计算机辅助制造技术（computer aided design/computer aided manufacture,CAD/CAM）应用于假肢接受腔的设计与制造已经有几十年的历史， 但是由于残肢形状及其骨骼和肌肉等组织参数的复杂性，CAD/CAM假肢接受腔通常还需要假肢技师根据经验进行修型。目前，研究残肢参数模型以及接受腔和残肢界面压力分布规律，建立假肢适配性评价准则，使接受腔CAD/CAM能够完全不依赖于假肢技师经验自动修型，是假肢接受腔研究的热点和难点。

2 智能化

假肢智能化技术主要有两个方面：①运动协调性，是指使假肢运动能够像人体一样，可以根据外界环境的变化随时调整运动轨迹，使得运动姿态协调美观，耗能最少。②智能传感，是指假肢具有感知外界作用力的大小、温度与湿度等能力，并能做出相应的反应。

目前下肢假肢的智能化主要以运动协调性和跟随性为主，上肢假肢则主要以智能传感技术为主。应用新型智能材料研究新型高效假肢驱动器(如人工肌肉)和研究假肢智能传感器(如人工皮肤)仍是智能假肢技术的研究热点。

3 仿生控制

假肢的仿生控制，尤其是如何采用使用者自身的信号灵活有效地控制上肢假肢，一直是假肢技术研究的热点问题之一。目前研究的仿生控制信号主要有人体自身的肌电信号、脑电信号、神经电信号和声音等，利用脑电信号、神经电信号和声音进行假肢控制还处于实验室研究阶段。表面肌电信号由于滞后时间短和抗干扰能力强，仍然是假肢的主要仿生控制信号源。其研究热点是如何利用较少通道信号控制较多自由度，通过信号辨识的方法从较少的信号源中映射出多种运动模式，为多指多自由度假手的仿生控制提供可靠实用的方法。

4 植入式骨整合假肢

植入式骨整合假肢由一端插入残端骨内腔，另一端穿过皮肤伸出体外的植入体，将残存的骨骼与假肢联接在一起，也称为直接接骨式假肢。这种假肢没有接受腔，从根本上解决了接受腔式假肢因接受腔－残肢界面透气性差，产生恶臭，因磨擦引起的残肢感染等问题，是假肢技术的发展方向。

目前，制约植入式骨整合假肢广泛应用的主要原因，除了穿过皮肤部分生物密封困难和抗冲击能力差等技术因素外，价格过高也是一个重要因素。英国的十多例临床实验表明，植入式骨整合假肢已经能够通过日常维护使其穿过皮肤部分不出现感染，只是在偶尔进行剧烈体育运动或受到突然的冲击时，才有时会出现植入体弯曲或断裂问题，已经具备了临床应用的基本条件。目前的研究热点有：①穿过皮肤部分生物密封技术；②具有保护残端骨和体内植入物的专用外假肢的设计。

可以预见，随着生物材料、组织工程、智能材料、仿生结构、电子信息等相关学科的迅速发展，假肢的智能化和仿生控制技术将会得到进一步提高，植入式骨整合假肢技术也必将日臻完善、成熟，逐步取代接受腔式假肢，为截肢者能够像健康人一样生活和工作、回归社会提供更好的条件。

作者简介：王人成博士，清华大学摩擦学国家重点实验室，智能与生物机械分室副教授。