上肢假肢的基本构成

二、上肢假肢的基本构成

不同部位上肢截肢者应用的上肢假肢,尽管其功能和外形有较大的区别,但都是由手部装置、关节(腕、肘、肩)铰链、连接件、接受腔、固定牵引装置和操纵系统组成。

(一)手部装置(terminal device)

手部装置是代偿手部的外观和功能的假肢部件。现有种类较多,分为以下几类:

1.装饰性上肢假肢的手部装置 装饰性上肢假肢的手部装置主要是替代失去的手部外形的手部装置,给患者以心理上的安慰。主要类型有:

(1)装饰手:装饰手适用于部分手截肢假肢和装饰性假肢,它的特制内手套与残肢相连接,并通过美容手套定位于前臂上。这种形成手外形的内手套由泡沫材料模塑成型。

①内手套形成美容手套的支架手指用钢丝固定,作为保护层,可以预成型并通过包在泡沫塑料中的内螺栓与前臂连接。内手套分为男式、女式和儿童式等不同型号。

②美容手套:美容手套用PVC或硅橡胶制作,其外形、色泽和表面结构都近似于正常人手。(图1-3-7)

图示

图1-3-7 装饰性假肢的手部装置

(2)被动型手部装置:被动型手部装置适用于各个截肢部位的装饰性假肢,由机械手架、内手套和美容手套组成。

①机械手架:由拇指、食指和中指等三个手指构成,手可被动张开,能抓物,其弹簧张力使它能闭合,内装双头螺栓,使其与前臂连接。

②内手套:带有第四指和第五指的内手套套在机械手套外,既形成手的外形,又构成美容手套的支架。

③美容手套:与前述美容手套相同。

2.索控式假肢的手部装置 与索控式上肢假肢相配的假手有不同的结构,如常闭式假手和常开式假手。

(1)常闭式假手(图1-3-8):

①常闭式假手有三个手指(拇指、中指、食指)。假手通过拉牵引索开手,依靠弹簧张力闭手,在闭手位置手可以自动锁住。控制索由手的背侧或掌侧引出。

②带第四指和第五指的内手套套在机械手架外,呈现手的外形,并支撑美容手套。

③由PVC制作的这种美容手套在外形、色泽和表面结构上都近似于正常手。

图示

图1-3-8 常闭式假手

(2)常开式假手:

①常开式假手的机械手架有三个手指(拇指、中指、食指)。这种假手通过控制索拉紧闭手,并可在任何抓握位被自动锁紧。

②带第四指和第五指的内手套套在机械手架外,呈现手的外形,并支撑美容手套。

③由PVC制作的这种美容手套在外形、色泽和表面结构上都近似于正常手。

3.工具型假肢的手部装置 工具型假肢的手部装置种类繁多,通过一个连接件与工具型上肢假肢灵活、方便、快速地连接。主要类型有:

(1)标准钩状手:

①标准钩状手有一个活动手指和一个固定手指,它们的顶端与开手平面倾斜成45°夹角,通过底轴相连。

②这种钩状手依靠控制索牵拉而主动张开,通过可调式弹簧张力而闭合。

③钩状手通过带插头盘或不带插头盘的双头螺栓将钩状手与假肢的前臂连接。

(2)通用钩状手:

①通用钩状手有一个活动手指和一个刚性手指,它们的顶端与开手平面倾斜成30°夹角,通过底轴相连。钩状手指近端的齿状夹持器用来握取工具。闭合时两个手指形成一个鸟嘴形钩环。

②这种钩状手依靠控制索牵拉而主动张开,通过可调式弹簧张力而闭合。

③钩状手通过带插头盘或不带插头盘的双头螺栓将钩状手与假肢的前臂连接。

4.体外力源型假肢的手部装置 体外力源型假肢的手部装置分为电动手或电动夹,通过特殊的腕关节与前臂实现机械和电气连接,用于肌电假肢。主要类型有:

(1)积层成型盘式电动手:〔详见本节三、(二)3.(1)〕

(2)快换式电动手:快换式电动手适用于除了腕离断以外的所有长度的残肢。这种电动手的机械手架有三个手指(拇指、中指、食指),它装有带减速器的电动机和继电器来操纵抓握动作。它与前臂之间借助快换接头和腕关节而达到机械和电气连接,无需控制索。这种结构装置不仅可以调整手的旋前及旋后位置,而且假手与电动夹可互换。

这种电动手有不同的大小和不同的控制系统。装有第四指及第五指的内手套套在机械手架上。其美容手套在外形、色泽和表面纹理上都模拟了正常人手。

(3)积层成型盘式电动夹〔详见本节三、(二)3.(2)〕

(4)快换式电动夹:快换式电动夹适用于除了腕离断以外的所有长度的残肢。这种电动夹与上述电动机夹的区别在于:它与前臂之间是借助腕机械装置连接而达到机械性无导线的连接,在这种情况下,由快换接头提供连接。这种结构装置使其不仅可以调节旋前及旋后位置,而且电动夹与电动手可以互换。这种电动夹有不同的型号和不同的控制系统(数字、抓力、双通道控制器)供选用,也有节能型可供选用。

(5)电动手指假手〔详见本节三、(一)5〕

(二)腕关节

上肢假肢的腕关节是手部装置与前臂连接的部件。正常人的腕关节可以完成掌屈、背伸、尺侧偏和桡侧偏四种动作,因此在设计上肢假肢的腕关节机构时,应首先考虑代偿这些功能。此外,前臂截肢还丧失了前臂的旋前、旋后动作,也要由腕关节机构来代偿。到目前为止所设计的腕关节仍然以代偿腕部的屈伸和旋前、旋后功能为主。目前使用的腕关节,最基本的作用是安装假手的构件,还可以发挥屈曲、旋转的机能。

1.装饰性假肢的腕关节 装饰性假肢的腕关节种类比较多,主要类型有:①带螺栓的连接器。②带内螺栓的连接器手。③屈曲连接器。④滚花旋盘。⑤木制腕接头。(https://www.daowen.com)

2.索控式假肢的腕关节 索控式假肢的腕关节也有各种型式,带双头螺栓的各种固定可将假手与不同的腕关节相连,而腕关节又与前臂筒或接受腔相连。主要类型有:

(1)摩擦式腕关节(friction type wrist unit):包括面摩擦式腕关节(plate friction type)与轴摩擦式腕关节(axial friction type);

(2)快换式腕关节(quick disconnect wrist unit);

(3)万向式腕关节(universal wrist unit);

(4)屈腕式腕关节(wrist flexion unit);

(5)旋腕式腕关节(wrist rotation unit)。

3.体外力源型假肢的腕关节 带连接器和同轴插座的腕关节将快换式电动手或电动夹与前臂筒连接起来。这种结构允许被动调整到所要求的旋前、旋后位置,手部装置可以随时互换。适用于中等长度前臂残肢的旋腕装置,将具有主动旋前及旋后功能的残肢的旋转运动机械性地传递到电动手或电动夹上。

电动旋腕装置借助电机使电动手或电动夹做旋前和旋后运动,有两种不同的部件可控制电动旋腕装置。旋腕控制装置可用于残肢的旋转运动,四通道控制系统的肌电信号既可控制旋前、旋后动作,也可控制手部装置的动作。电动旋腕装置适用于除了前臂残肢外的所有长度的残肢。电动旋腕装置通过一个电机使电动手旋前及旋后。电动旋腕装置被装入前臂筒中,它与手部装置快换接头之间建立起机械性和电性连接。装置的功能活动受旋转控制装置或四通道控制系统操纵。

(三)肘关节

上肢假肢的肘关节用于肘上截肢的患者,肘关节机构是重要的部件;前臂残肢过短假肢则需要使用一种特殊的肘关节铰链,正常人的肘关节是一种复合关节,肘关节主要完成屈曲伸展动作,同时肘关节屈曲时前臂的旋转也起很大作用。因此,在设计上肢假肢的肘关节机构时,应首先考虑代偿屈曲功能,使前臂筒做屈曲动作,同时又能以最小的力使肘部在任何伸臂位置上固定。到目前为止,设计的肘关节以代偿肘部的屈伸功能为主,用于装饰性和索控式上肢假肢中,通常采用肩带来控制肘关节机构。

1.装饰性假肢的肘关节 装饰性假肢中的肘关节常用的是一种单轴式机构,有带锁和不带锁之分,每种关节又可分为组件式或塑料外壳式。主要类型有:

(1)组件式肘关节。

(2)塑料外壳式肘关节,包括不带锁肘关节和手动单轴肘关节。

(3)肘关节铰链。

2.索控式上肢假肢的肘关节 主要类型有:

(1)索控单轴肘关节。

(2)铰链式肘关节,包括索控单轴铰链肘关节和倍增式铰链肘关节。

3.工具型铰链肘关节。

4.电动肘关节(electric elbow unit)。

(四)肩关节

上肢假肢的肩关节用于肩关节离断假肢和上肢带摘除假肢连接肘关节与肩部接受腔,主要代偿肩部的屈曲、外展功能。

1.装饰性假肢的肩关节 装饰性假肢的肩关节主要类型有普通肩关节、万向肩关节和外展肩关节。

2.索控型假肢的肩关节 上述装饰性假肢的肩关节也可用于索控型假肢中,此外还可用于上肢带摘除患者。主要类型有隔板式肩关节和万向球式肩关节。

(五)上肢假肢的接受腔

1.定义 上肢假肢接受腔是指臂筒中包容上肢残肢部分,它是人体上肢残肢部分与假肢连接的界面部件,是人-机系统的接口,对悬吊和支配假肢有重要作用。上肢假肢接受腔对假肢的适用性能有关键性的影响。因此,对接受腔的基本要求是必须与残肢很好地伏帖,而且要符合运动解剖学的要求。

2.接受腔的材料和常用术语

(1)接受腔的材料:作为接受腔的臂筒材料要求质轻而刚柔适度,对人体无毒害和便于加工制作。常用制作上肢接受腔的材料有皮革、塑料、高分子材料和复合材料,其中丙烯酸合成软树脂接受腔是现代假肢的重要标志之一,近几年来碳纤复合材料使接受腔向轻型化发展。此外,改性聚丙烯板材也用于制作接受腔。

(2)接受腔软衬套(soft insert):用泡沫塑料、皮革、硅橡胶等制作的接受腔内衬套,放在残肢与接受腔之间,用于分散作用于残肢上的压力,穿起来更舒适。

(3)检验接受腔(check socket):国外在制作接受腔时,还采用检验接受腔,为检验假肢接受腔的适配情况,而在假肢制作阶段采用透明的热塑板材制作接受腔,以保证装配质量。

(4)全接触式接受腔与插入式接受腔:制作假肢接受腔要充分考虑残肢的条件,特别注意残肢的活动自由度和肌肉状况、骨凸和敏感的疤痕、皮肤缺陷以及神经瘤的情况。

①全接触式接受腔(total contact socket):要根据解剖学和生物力学来设计,使残肢表面整体与接受腔内壁表面能紧密接触配合。

②插入式接受腔(plug fit socket):残肢与接受腔内壁面有适当间隙,利用残肢袜套来调整适配程度的接受腔。

(5)临时接受腔(temporary socket):用石膏绷带或热塑板材等材料制作的用于临时假肢的接受腔。

(六)上肢假肢悬吊装置和控制系统

1.定义 上肢假肢悬吊装置亦称固定装置,固定牵引带分为背带、悬吊带等各种带状装置。控制系统主要指在自身力源假肢中,利用控制索系统或者在体外力源假肢中利用残肢肌电信号、微动开关或声音控制上肢假肢动作的系统。

在索控式假肢中很难将悬吊装置和控制系统分开,例如背带(harness),就是用于悬吊上肢假肢穿戴于肩部、胸廓等处并将上肢区域及躯干的动作转换为绳索牵引力以控制假手动作的专用带状装置。从上述定义可以看出背带既起到悬吊固定假肢的作用,又有牵引的功能。

2.上肢假肢的悬吊与固定 上肢假肢在截肢者穿戴时要受到假肢自重和所提携物品所产生的向下拉力,必须通过必要的接受腔结构或附加的固定装置来实现假肢的悬吊。同时,还必须克服假肢即接受腔与残肢之间的相对旋转与侧向运动,使截肢者能够利用残肢良好地操纵假肢的各种动作。概括而言,上肢假肢的悬吊可以通过以下两方面的机制来实现。

(1)悬吊带系统:悬吊带系统包括背带、肩背带、上臂背带、围箍、围档等皮革带,这是传统上肢假肢的悬吊固定方法。迄今仍在相当一部分上肢假肢中应用,只是材料、结构和形式都在不断改进。

(2)利用残端的解剖结构,即接受腔对肘关节、肩关节、肩胛带的包容,实现悬吊固定,具体形式可参考上肢接受腔部分。

作为上肢假肢组成部分的背带及控制索系统是将假肢与截肢者身体相连接,并操纵假手及关节运动的结构,其功能有以下四个方面:①悬吊假肢;②操纵假手装置的开合;③肘关节的屈曲;④肘关节的锁定。

3.控制索系统(control cable system)是指在索控式上肢假肢中,连接于上肢假肢背带与肘关节或手部装置之间,能有效传递上肢区域或躯干动作的绳索系统整体。可分为以下系统:

(1)单式控制索系统(single control cable system)是用一根绳索进行单一控制的系统。其代表性的系统是索控式前臂假肢的手部装置操纵系统。前臂假肢的牵引带没有弹性,通过控制索控制手部装置的开闭。

(2)复式控制索系统(double control cable system)是用一根绳索可起到两个控制功能效果的控制系统。一般用在索控式肩部假肢和索控式上臂假肢上,用来操纵肘关节的屈曲和手部装置的开闭。

(3)三重控制索系统(triple control cable system)是采用三组单式控制索控制上肢假肢的系统。例如直接式肩离断假肢通过肩胛带的运动带动背带来控制,分别控制手部装置、屈肘和锁肘。

控制索功能的执行情况取决于肩胛带的活动度,残肢的条件以及肌力的状况,接受腔要依靠背带悬吊于肩胛带上。

(4)钢丝套索(Bowden cable)即鲍登索,是索控式假肢中用于传递动作的部件,由易弯曲的钢丝缆索和包覆在外部的金属软套管构成。类似于自行车线闸的带弹簧套管的钢丝套,其特点是牵引力的传递效率高。对背带的基本要求有以下几点:①能将假肢可靠悬吊固定在残肢上。②截肢者配戴后舒适,无压痛或不适。③操作方便,力求减少操作使用时对衣袖的磨损。④为操纵假肢提供力源。

4.背带的选择与制作要因人而异,除了能充分发挥残肢的残存功能外,还应综合考虑截肢者的既往习惯、性别、职业差异,同一种假肢,往往有不同形式的背带,单一化会给部分患者造成操纵假肢的困难。因此,必须根据各个截肢者的不同情况,如肌力、操纵能力、耐受性来修改设计方案,直至截肢者能满意地操纵假肢。