智能時代的仿生手

智能仿生手按患者意識完成手指間各種功能的運動，成為近似人體的一部分。

2018年2月初，廣東省工傷康復醫院為患者陳先生安裝“五指聯動智能仿生手”（以下簡稱“智能仿生手”）。該院綜合康復科及手外傷康復科假肢矯形器組組長艾旺憲告訴《中國醫院院長》雜志記者，智能仿生手目前已經可以輔助陳先生完成系鞋帶等一系列精細動作；而且，患者自己出院后回家，準備在春節期間相親。

陳先生7歲時因意外導致左側前臂截肢，目前在博士后工作站工作，三十多歲出頭的年紀還有很多人生大事要完成。

據國內媒體報道，截至2016年，中國上肢殘疾的人數達1000萬左右，人群規模龐大。

截肢患者的福音

陳先生并不是第一位在廣東省工傷康復醫院享受到新技術福利的患者。早在2017年12月，廣東省工傷康復醫院就首次為一位失去四肢的患者成功安裝了智能仿生手。

三年前，因水泥粉塵爆炸，前述患者劉先生全身95%面積皮膚燒傷，因為搶救的需要失去四肢。出院以后，他基本喪失日常生活自理能力，需要家人寸步不離的照料。在這樣的情況下，劉先生對新技術的需求更為迫切。

2017年，劉先生了解到智能仿生手技術，轉到廣東省工傷康復醫院就醫。針對他的情況，醫院康復醫師聯合物理治療科、作業治療科、假肢矯形科等多科室治療師，組成專科康復團隊。

隨后，艾旺憲和團隊同事“制定出系統的康復方案”。一開始，假肢矯形科為他配置電動輪椅，安裝雙膝離斷假肢，讓他自己能夠自主移動和行走。不過，患者在右側上臂及左側前臂截肢以后，僅裝配普通裝飾手，仍然沒有太多的生活自理能力。多學科聯合團隊需要全力解決這個難題。

經過前期的治療和考慮，他們給劉先生提供的診療方案就是左側安裝智能仿生手。艾旺憲指出，假肢矯形科為確保患者選到適合自身需求的假肢，要求供應商提供不同類型的產品。患者選定智能仿生手類型之后，醫生會為其安裝，患者往往還需要試用一段時間。

聯合團隊和患者最終選定的智能仿生手，五根手指均有獨立的電機驅動，指間各關節可獨立屈伸。而且，大拇指能被動旋轉，配合對掌位和非對掌位完成各種手部功能。腕部擁有手動旋轉或電動旋轉功能。

患者大腦對其實現直接控制，按意識控制手指各種功能的運動。

艾旺憲補充說，這個智能仿生手最大握力達140.1牛，捏力為26.5牛，三指最大捏力達36.6牛，鉤提重可達45kg，單指鉤重25kg。而且，它還裝配有智能電池電量管理系統，一旦電量低于某個標準，能夠發出震動警示。

而且，智能仿生手理論上最多可完成設計范圍內的16組動作。一般患者會選擇執筆、捏、握、扣扳機、握勺、敲鍵盤、頂壓、點擊鼠標8組動作。

患者為了更好地掌握這些技能，往往需要在醫師指導下進行訓練。上述動作基本上可滿足患者的日常生活需求。比如，患者劉先生尤其喜歡練習輸密碼、執筆簽名。過去，他去銀行柜臺取款時，銀行按照相關規定不允許其妻代為簽名，因此導致他一度無法在銀行辦理業務。

患者劉先生在醫院安裝智能仿生手一周以后，不僅能夠完成預期的訓練動作，自己還開發出新的精細動作，運用智能仿生手捏住牙簽剔牙。

艾旺憲透露：“目前，進口智能仿生手費用一般為20萬元至60萬元不等。國產的費用在10萬元左右。國家相關規定中，要求智能仿生手商家，4年對其進行一次壽命指導，如果患者使用期間維護得好，有的智能仿生手壽命將延長至七八年。中國雖然已經進入智能仿生時代，但智能仿生手真正投入臨床使用的案例并不多見。相信該科技未來會逐步在康復醫療機構中推開。”

原理與發展需求

截至目前，開展截肢手術的綜合醫院，通常只負責為患者做手術。僅少部分綜合醫院會配備支具室，支具室提供的假肢一般是廠商負責安裝。有些下肢截肢患者術后會轉到康復醫院，進行康復治療及假肢安裝。上肢截肢患者一般不需要康復治療。以往患者選擇裝佩上肢假肢的情況并不多，即便安裝通常也只是選擇裝飾手。

北京市垂楊柳醫院一名手足外科醫師告訴《中國醫院院長》雜志記者，裝飾手裝配程序簡單，患者甚至會在網上購買，由家屬協助裝配。裝飾手的一個重要特點就是代償功能微乎其微，也很難推廣。

艾旺憲則補充道，20世紀80年代，中國出現肌電假肢技術。肌電假肢受殘臂末端皮膚表面的肌電信號操作，根據大腦的指令活動。不過，當時普通肌電假肢技術并不成熟，尤其是電池和微電機技術相對落后，導致假肢體積粗大，操控不便。

而且，一些安裝普通的前臂肌電假肢患者，慢慢地發現這種肌電假肢代償功能有限：它僅具備張合功能，僅能實現輔助健康手穿衣服、開水龍頭、開關燈等生活功能，性價比不高，自然也就沒有廣泛投入臨床應用。

智能仿生手技術2008年引進中國，2011年通過原國家食品藥品監督管理總局審批。智能仿生手與肌電假肢的操控原理相似，但整體功能與精細程度卻超出其很多。患者大腦發出意識信號后，由殘臂末端皮膚形成肌電信號，通過殘臂皮膚與智能仿生手接受腔內的假肢臂端接觸，將肌電信號通過假肢內的電極放大。放大后的肌電信號，再經減速器和增力結構，控制手臂及手指內的微型電機，驅動手指的功能運動。

智能仿生手按患者意識完成手指間各功能的運動，成為近似人體的一部分。“真人的一只手，有14個手指關節，能完成的精細動作有很多。目前，智能仿生手的技術，尚未達到每個關節都安裝一個微電機的階段，但已做到每根手指采用1個獨立微電機的水平。這樣的智能仿生手，完成14個動作，基本可以解決患者日常的生活需求。”艾旺憲強調。

盡管這一技術給患者帶來了福音，但是并不是所有截肢患者都適用。“陳先生雖然已經截肢二十多年，但殘肢表皮仍然能檢測到肌電信號，同時前臂殘肢不低于5厘米。因此，具備安裝智能仿生手的必要條件。”“劉先生在安裝智能仿生手之前，接受模擬肌電信號訓練達3個月，通過虛擬手來訓練抓、握等動作。智能仿生手安裝之后，能逐步掌握8個動作。患者根據自身情況也能開發預期之外的動作。”

目前的智能仿生手采用的是接受腔連接殘肢的安裝方式，未來有可能開發殘肢與假肢的容納技術，實現假肢植入殘肢皮膚之下的電極控制方式或腦-機控制的智能水平。艾旺憲補充：“將來每只智能仿生手也有可能達到，設計14個獨立指關節微電機的精細程度。目前的技術水平，還可以安裝上臂智能仿生手。但患者一般考慮到性價比、應用便利性等因素，估計使用上臂智能仿生手的患者，相對前臂患者較少。”

假肢矯形師的人才培養也應引起重視。目前中國開展該專業的院校有首都醫科大學、四川大學華西醫學院、上海理工大學、香港理工大學等。每個院校招生數量較少。艾旺憲是2013年香港理工大學培養的假肢矯形碩士之一。