智能时代的仿生手

智能仿生手按患者意识完成手指间各种功能的运动，成为近似人体的一部分。

2018年2月初，广东省工伤康复医院为患者陈先生安装“五指联动智能仿生手”（以下简称“智能仿生手”）。该院综合康复科及手外伤康复科假肢矫形器组组长艾旺宪告诉《中国医院院长》杂志记者，智能仿生手目前已经可以辅助陈先生完成系鞋带等一系列精细动作；而且，患者自己出院后回家，准备在春节期间相亲。

陈先生7岁时因意外导致左侧前臂截肢，目前在博士后工作站工作，三十多岁出头的年纪还有很多人生大事要完成。

据国内媒体报道，截至2016年，中国上肢残疾的人数达1000万左右，人群规模庞大。

截肢患者的福音

陈先生并不是第一位在广东省工伤康复医院享受到新技术福利的患者。早在2017年12月，广东省工伤康复医院就首次为一位失去四肢的患者成功安装了智能仿生手。

三年前，因水泥粉尘爆炸，前述患者刘先生全身95%面积皮肤烧伤，因为抢救的需要失去四肢。出院以后，他基本丧失日常生活自理能力，需要家人寸步不离的照料。在这样的情况下，刘先生对新技术的需求更为迫切。

2017年，刘先生了解到智能仿生手技术，转到广东省工伤康复医院就医。针对他的情况，医院康复医师联合物理治疗科、作业治疗科、假肢矫形科等多科室治疗师，组成专科康复团队。

随后，艾旺宪和团队同事“制定出系统的康复方案”。一开始，假肢矫形科为他配置电动轮椅，安装双膝离断假肢，让他自己能够自主移动和行走。不过，患者在右侧上臂及左侧前臂截肢以后，仅装配普通装饰手，仍然没有太多的生活自理能力。多学科联合团队需要全力解决这个难题。

经过前期的治疗和考虑，他们给刘先生提供的诊疗方案就是左侧安装智能仿生手。艾旺宪指出，假肢矫形科为确保患者选到适合自身需求的假肢，要求供应商提供不同类型的产品。患者选定智能仿生手类型之后，医生会为其安装，患者往往还需要试用一段时间。

联合团队和患者最终选定的智能仿生手，五根手指均有独立的电机驱动，指间各关节可独立屈伸。而且，大拇指能被动旋转，配合对掌位和非对掌位完成各种手部功能。腕部拥有手动旋转或电动旋转功能。

患者大脑对其实现直接控制，按意识控制手指各种功能的运动。

艾旺宪补充说，这个智能仿生手最大握力达140.1牛，捏力为26.5牛，三指最大捏力达36.6牛，钩提重可达45kg，单指钩重25kg。而且，它还装配有智能电池电量管理系统，一旦电量低于某个标准，能够发出震动警示。

而且，智能仿生手理论上最多可完成设计范围内的16组动作。一般患者会选择执笔、捏、握、扣扳机、握勺、敲键盘、顶压、点击鼠标8组动作。

患者为了更好地掌握这些技能，往往需要在医师指导下进行训练。上述动作基本上可满足患者的日常生活需求。比如，患者刘先生尤其喜欢练习输密码、执笔签名。过去，他去银行柜台取款时，银行按照相关规定不允许其妻代为签名，因此导致他一度无法在银行办理业务。

患者刘先生在医院安装智能仿生手一周以后，不仅能够完成预期的训练动作，自己还开发出新的精细动作，运用智能仿生手捏住牙签剔牙。

艾旺宪透露：“目前，进口智能仿生手费用一般为20万元至60万元不等。国产的费用在10万元左右。国家相关规定中，要求智能仿生手商家，4年对其进行一次寿命指导，如果患者使用期间维护得好，有的智能仿生手寿命将延长至七八年。中国虽然已经进入智能仿生时代，但智能仿生手真正投入临床使用的案例并不多见。相信该科技未来会逐步在康复医疗机构中推开。”

原理与发展需求

截至目前，开展截肢手术的综合医院，通常只负责为患者做手术。仅少部分综合医院会配备支具室，支具室提供的假肢一般是厂商负责安装。有些下肢截肢患者术后会转到康复医院，进行康复治疗及假肢安装。上肢截肢患者一般不需要康复治疗。以往患者选择装佩上肢假肢的情况并不多，即便安装通常也只是选择装饰手。

北京市垂杨柳医院一名手足外科医师告诉《中国医院院长》杂志记者，装饰手装配程序简单，患者甚至会在网上购买，由家属协助装配。装饰手的一个重要特点就是代偿功能微乎其微，也很难推广。

艾旺宪则补充道，20世纪80年代，中国出现肌电假肢技术。肌电假肢受残臂末端皮肤表面的肌电信号操作，根据大脑的指令活动。不过，当时普通肌电假肢技术并不成熟，尤其是电池和微电机技术相对落后，导致假肢体积粗大，操控不便。

而且，一些安装普通的前臂肌电假肢患者，慢慢地发现这种肌电假肢代偿功能有限：它仅具备张合功能，仅能实现辅助健康手穿衣服、开水龙头、开关灯等生活功能，性价比不高，自然也就没有广泛投入临床应用。

智能仿生手技术2008年引进中国，2011年通过原国家食品药品监督管理总局审批。智能仿生手与肌电假肢的操控原理相似，但整体功能与精细程度却超出其很多。患者大脑发出意识信号后，由残臂末端皮肤形成肌电信号，通过残臂皮肤与智能仿生手接受腔内的假肢臂端接触，将肌电信号通过假肢内的电极放大。放大后的肌电信号，再经减速器和增力结构，控制手臂及手指内的微型电机，驱动手指的功能运动。

智能仿生手按患者意识完成手指间各功能的运动，成为近似人体的一部分。“真人的一只手，有14个手指关节，能完成的精细动作有很多。目前，智能仿生手的技术，尚未达到每个关节都安装一个微电机的阶段，但已做到每根手指采用1个独立微电机的水平。这样的智能仿生手，完成14个动作，基本可以解决患者日常的生活需求。”艾旺宪强调。

尽管这一技术给患者带来了福音，但是并不是所有截肢患者都适用。“陈先生虽然已经截肢二十多年，但残肢表皮仍然能检测到肌电信号，同时前臂残肢不低于5厘米。因此，具备安装智能仿生手的必要条件。”“刘先生在安装智能仿生手之前，接受模拟肌电信号训练达3个月，通过虚拟手来训练抓、握等动作。智能仿生手安装之后，能逐步掌握8个动作。患者根据自身情况也能开发预期之外的动作。”

目前的智能仿生手采用的是接受腔连接残肢的安装方式，未来有可能开发残肢与假肢的容纳技术，实现假肢植入残肢皮肤之下的电极控制方式或脑-机控制的智能水平。艾旺宪补充：“将来每只智能仿生手也有可能达到，设计14个独立指关节微电机的精细程度。目前的技术水平，还可以安装上臂智能仿生手。但患者一般考虑到性价比、应用便利性等因素，估计使用上臂智能仿生手的患者，相对前臂患者较少。”

假肢矫形师的人才培养也应引起重视。目前中国开展该专业的院校有首都医科大学、四川大学华西医学院、上海理工大学、香港理工大学等。每个院校招生数量较少。艾旺宪是2013年香港理工大学培养的假肢矫形硕士之一。