韓國(guó)：3D打印的手矯形器可改善脊髓損傷患者的手功能

2020年2月11日,，南極熊發(fā)現(xiàn)在最近發(fā)表的“為脊髓損傷患者開(kāi)發(fā)3D打印的肌電手矯形器”論文中,，韓國(guó)研究人員提出了一種新穎的可穿戴醫(yī)療設(shè)備的設(shè)計(jì)方案,，該設(shè)備可以幫助脊髓損傷患者實(shí)現(xiàn)更好的手功能。

盡管世界各地的研究人員和制造商已經(jīng)設(shè)計(jì)了無(wú)數(shù)種假肢（從腳踝和腳到手和手臂的假肢）,，但研究人員指出了他們進(jìn)行這項(xiàng)研究的動(dòng)機(jī),，因?yàn)橹挥泻苌俚纳现�假肢能夠成功地�?shí)現(xiàn)功能性。先前的研究集中在材料和強(qiáng)度上,，而不是實(shí)際的承受能力和對(duì)患者的舒適性,。

為這項(xiàng)研究創(chuàng)建的矯形器通過(guò)定制的肌電圖（EMG）信號(hào)起作用，該信號(hào)將輸入發(fā)送到控制器,，所有這些信號(hào)都可以直觀地了解患者的意圖,。團(tuán)隊(duì)在SolidWorks中設(shè)計(jì)了零件，然后使用PLA在Moment2上進(jìn)行了3D打印,。該設(shè)備的制造成本約為230美元,，并且預(yù)計(jì)將來(lái)還會(huì)進(jìn)一步降低。

矯形器由前臂袖口,，手和指環(huán)部分組成,。袖帶還包括背側(cè)和掌側(cè)前臂夾板，其特征在于線(xiàn)性馬達(dá)控制著腕部的伸展,。

△手矯形器的示意圖設(shè)計(jì),，在每個(gè)指環(huán)部分和手部分的掌側(cè)設(shè)計(jì)了線(xiàn)纜引導(dǎo)結(jié)構(gòu)，以引導(dǎo)尼龍線(xiàn),。

當(dāng)腕部由線(xiàn)性電動(dòng)機(jī)伸出時(shí),，尼龍線(xiàn)會(huì)擰緊，這會(huì)增強(qiáng)腱固定的抓地力,。 因此,，腕部伸展導(dǎo)致包括拇指在內(nèi)的每個(gè)手指的指間和掌指關(guān)節(jié)同時(shí)彎曲,。

電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)，用戶(hù)可以抓住物體-這是該設(shè)備與眾不同的主要特征之一,，更多的人可以使用該設(shè)備進(jìn)行抓取,，特別是手腕控制不足的患者。

△3D打印矯形器的每個(gè)動(dòng)作

a當(dāng)通過(guò)sEMG信號(hào)激活線(xiàn)性電機(jī)時(shí),，手腕伸出,，這會(huì)導(dǎo)致腱固定。 另外,，隨著手腕的伸出,，連接到每個(gè)指環(huán)部分末端的尼龍線(xiàn)也被擰緊，從而增強(qiáng)了握力,。 b當(dāng)電動(dòng)機(jī)返回原位時(shí)，腕部伸出并釋放尼龍線(xiàn)的張力,，并且手處于空檔位置,。 c-e受試者正在使用矯形器拾起TRI-HFT中使用的易拉罐，骰子和木塊,。 f矯形器的俯視圖,。 g矯形器的底視圖。 箭頭指示連接每個(gè)指環(huán)和掌前臂夾板的尼龍線(xiàn),。

研究人員采用了帶有小型控制單元的Arduino微控制器板,，該便攜式控制單元的尺寸為10 cm×5.3 cm×1.7 cm，重量為81g,。

從表面電極記錄的sEMG信號(hào)經(jīng)過(guò)一些采集步驟（例如放大和帶通濾波）進(jìn)行處理,，以提高信號(hào)質(zhì)量。然后,，將處理后的sEMG信號(hào)的RMS值與自定義閾值進(jìn)行比較,。 Arduino開(kāi)發(fā)板根據(jù)RMS值的大小對(duì)是否進(jìn)行矯形器進(jìn)行分類(lèi)。

從2019年3月27日至2019年4月31日,，十名患有慢性SCI的患者（九名男性和一名女性,，年齡在31至65歲之間）參加了該研究。

總體而言,，當(dāng)研究人員與參與者一起工作時(shí),，他們發(fā)現(xiàn)矯形器能夠“顯著改善”頸椎SCI患者的手部功能，并且收到了有關(guān)該設(shè)備可用性的良好反饋,。研究人員還期望隨著參與者不斷適應(yīng)該系統(tǒng)而獲得更好的結(jié)果,。

“此外，如果我們?cè)隗w積和調(diào)整方面優(yōu)化矯形器,，它可以很快用于臨床,，并擴(kuò)展到其他神經(jīng)系統(tǒng)損傷的人,，例如中風(fēng)或臂叢神經(jīng)損傷患者，”研究人員總結(jié)說(shuō),。

“這仍然是研究的早期階段,，需要改進(jìn)一些領(lǐng)域。但是,，這種3D打印的肌電手矯形器似乎具有成本效益,，并且有望用作傳統(tǒng)設(shè)備的替代產(chǎn)品。我們希望這項(xiàng)研究將成為使用3D打印技術(shù)的輔助設(shè)備研究的基石,�,！�

編譯自：3dprint