浑然一体：神经肌肉骨骼假肢

上肢截肢多因外伤、疾病等原因造成，如工伤、恶性肿瘤等，上臂截肢后，给患者的日常生活带来诸多不便，为了提高患者双手的实用价值及改善外观，必须装配功能性上肢假肢，这也是患者的普遍要求。假体移植目前已经开始向浑然一体的方向发展，假体与肢体在骨骼、神经（运动神经+感觉神经）、肌肉浑然一体（三位一体）。下面例说进展。

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病例介绍

患者，男，46岁，工作时不慎被机器挤压左前臂及左手，即觉疼痛、流血、活动受限，由他人送至当地医院就诊，诊断：“左前臂、手部挤压伤”，急诊行“左前臂残端修整”，术后给予三抗治疗，病情稳定后出院(未见详细病历)。最初使用的是电驱动的假臂，假臂通过接受腔连接到他的身体上，并由表面电极控制。患者有背部疼痛和不适，这使得他很难控制假臂。为寻求更好治疗再次入院接受神经移植、神经肌肉骨骼接口植入术。

地点

瑞典哥德堡的萨尔格伦斯卡大学医院

技术参与方

查尔默斯理工大学生物机电和神经康复实验室

哥德堡大学

 Integrum AB 

奥地利维也纳医科大学

美国麻省理工学院

治疗过程

用于控制假臂的神经移植

为了准备神经肌肉骨骼接口，患者接受了神经移植，目的是通过残肢残余肌肉提取与张开和握紧手有关的神经信号。神经移植包括尺神经改道至肱二头肌短头运动支，桡神经深支改道至肱三头肌外侧头运动支。将尺神经处的神经瘤和桡神经远支切除。这些神经的远端被接合到肌皮神经和桡神经的运动支末端。

神经肌肉骨骼接口

为了提取用于假臂马达控制的信号，将电极缝合到肱二头肌两个头以及肱三头肌长头和外侧头的肌外膜上。与传统假臂中使用的表面电极一样，这些电极能够检测患者残余肌肉的随意收缩信号，从而启动假手内的马达。为了获取感觉反馈，将螺旋卡夫电极置于患者的尺神经附近，并将另外一个电极置于患者的正中神经附近。通过电刺激在截肢过程中被切断的传入神经纤维，卡夫电极传递来自假臂拇指上的三个传感器的触觉感觉反馈信号。植入电极与假臂之间的连接是通过改变患者先前放置的骨整合植入物来实现。之前的接合件螺钉和中心螺钉被当前的神经肌肉骨骼接口替换，神经肌肉骨骼接口包含一个馈通连接器，连接器使得能够进行从接合件远端（体外）至固定件近端（体内）的有线电子通信。两根引线从固定件的近端向髓内方向延伸并经皮质穿出，连接到位于骨外的两个连接器上。终止在神经或肌肉电极的引线从这些连接器延伸到各自的目标神经和肌肉。监测了电极阻抗随时间推移的变化，目的是评估电极和通信接口的功能。

神经肌肉骨骼假体安装

患者在术后4～6周安装上自给式假臂，假臂不需要外部电池、电线或设备来维持功能，并由肌外膜电极控制。评估了患者在以下两个任务中对假臂的操作精度，从而评估对假臂的功能控制：在握紧手期间假手能够向物体施加的力的最小增量（抓取力），以及在张开和握紧动作期间手活动的最小增量（位移）。在通过表面电极控制假手时进行了这些评估（手术前），在通过肌外膜电极控制假手时再次进行了这些评估（安装假臂后1个月）。此外，在加入肌外膜电极之前和之后，还测定了最大随意收缩时这两种控制源的信噪比。利用心理测试来测定感觉灵敏度。

 随访情况见录像

日常生活中，患者控制假臂时使用的均是通过植入的肌外膜电极获取的信号。因为患者熟悉带有表面电极的假手的操作方式，因此不需要经过训练即可使用神经肌肉骨骼接口。在术后4周的首次随访中观察到患者经过神经再支配的肌肉有肌电活动（通过肌外膜电极记录），并且幅度随时间推移而增加。术后10～40周，假手的操作被切换到这些直觉控制信号。所有患者的假臂控制精度均有所提高。

 由于假臂功能的改进，患者已经恢复全职工作。

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病例述评

患者植入神经和肌肉电极，并通过其控制骨整合假臂和获得体感反馈的效果，且接受了临床随访。在日常生活中，患者可以在没有指导的情况下有效使用假臂，并能够获得直觉体感反馈，因此不需要正式训练。该手术增强了这些患者先前植入的骨整合假臂的功能。在未来，新的骨整合接口将添加其他类型的神经肌肉电极，从而可能可以使用更复杂的神经接口。

在假肢中实现感觉反馈的主要困难是创建神经接口，以使用者可以轻松感知的方式向神经系统传递大量感觉信息。理想情况下，假手的传感器数量应该与接口的分辨能力相匹配，这样患者就可以在假手上传感器能够探测的所有部位获得感觉。此项研究的意义并不在于感知和测量的感觉的数量，而在于实现了整合且完全自给的假臂；通过植入的电极，假臂可以在日常生活中可靠地使用，可以对假手进行直觉控制并获得体感反馈。

本次笔记分享了一位患者在上臂截肢后接受神经肌肉骨骼假臂治疗的结局，该患者可以持续数年无指导地凭直觉每日使用假臂。