Протезы кисти и терминальные устройства для верхних конечностей

Протезы кисти и терминальные устройства для верхних конечностей являются концевыми компонентами протеза руки, которые взаимодействуют с объектами, обеспечивая захват, щипковый захват или захват по типу крюка. Они различаются как по форме — анатомические кисти против разъемных крюков и инструментов, — так и по способу управления пользователем, начиная от систем с тросовым приводом от движений тела до миоэлектрических устройств, управляемых мышечными сигналами.

Definition

Терминальное устройство для верхних конечностей — это компонент на конце протеза руки, который выполняет функцию захвата — протез кисти, крюк или специализированный инструмент — и может управляться за счет движений тела через ремни и трос или с помощью внешнего (миоэлектрического) управления, приводимого в действие мышечными сигналами.

Scope

Данная тема охватывает функции и конструкцию терминальных устройств для верхних конечностей, основные стратегии управления (с приводом от движений тела и миоэлектрические, включая распознавание образов и целевую реиннервацию мышц), а также компромиссы между ловкостью, обратной связью, весом и надежностью. Это справочный обзор компонентов и управления протезами верхних конечностей, а не руководство по назначению или подбору.

Core questions

• Какие функции захвата должно обеспечивать терминальное устройство для верхних конечностей, и чем отличаются кисти и крюки?
• Как работают стратегии управления с приводом от движений тела и миоэлектрические стратегии?
• Как распознавание образов и целевая реиннервация мышц расширяют возможности управления многофункциональными устройствами?
• Какие компромиссы существуют между ловкостью, обратной связью, весом и надежностью?

Key concepts

• Терминальное устройство (кисть, крюк, инструмент)
• Захват и паттерны захвата
• Управление с приводом от движений тела (с тросовым приводом)
• Миоэлектрическое (с внешним питанием) управление
• Прямое управление против распознавания образов
• Целевая реиннервация мышц
• Сенсорная обратная связь и вес устройства

Mechanisms

Терминальное устройство обеспечивает захват посредством противоположных поверхностей (пальцев или зубцов крюка), которые открываются и закрываются. Устройства с приводом от движений тела используют ремни и трос, так что движение плеча или лопатки открывает или закрывает устройство, обеспечивая пользователю некоторую внутреннюю силовую обратную связь через трос. Миоэлектрические устройства обнаруживают электрические сигналы от остаточных мышц через поверхностные электроды и преобразуют их в действия устройства; при прямом управлении пара мышечных участков приводит в действие открытие и закрытие, в то время как управление с распознаванием образов интерпретирует скоординированные паттерны мышечной активности для выбора между большим количеством функций. Целевая реиннервация мышц хирургически перенаправляет остаточные нервы к интактным мышцам, создавая дополнительные интуитивные точки управления и улучшая сигналы, доступные для многофункционального миоэлектрического управления. Конструкции балансируют между ловкостью и количеством захватов, с одной стороны, и весом, стоимостью, надежностью и ограниченной сенсорной обратной связью, которую обеспечивают современные устройства, с другой.

Clinical relevance

Выбор терминального устройства и стратегии управления определяет, насколько хорошо человек может выполнять повседневные задачи и насколько легко он адаптируется к протезу верхней конечности и продолжает его использовать. Поэтому понимание доступных вариантов способствует принятию совместных решений в реабилитации. Данная тема описывает устройства, методы управления и доказательства для справки и образования; она не предоставляет индивидуальных рекомендаций по назначению, подбору или хирургическому вмешательству.

Evidence & guidelines

Доказательства в области управления протезами верхних конечностей включают контролируемые исследования и рандомизированное клиническое исследование, показывающее, что для отдельных пользователей с целевой реиннервацией мышц управление с распознаванием образов может превосходить обычное прямое управление при выполнении функциональных задач. Большая часть более широких доказательств состоит из лабораторных и небольших клинических исследований, а высокие показатели отказа от протезов верхних конечностей остаются признанной проблемой в данной области.

History

Протезы верхних конечностей долгое время основывались на разъемных крюках и кистях с приводом от движений тела, управляемых системами ремней и тросов. Миоэлектрическое управление с использованием сигналов остаточных мышц развивалось на протяжении второй половины двадцатого века, а последующие достижения в области многосуставных кистей, управления с распознаванием образов и целевой реиннервации мышц были направлены на расширение числа функций, которыми пользователь может интуитивно управлять.

Debates

Превосходят ли передовые миоэлектрические и многосуставные кисти более простые устройства в повседневном использовании?

Контролируемые исследования, включая рандомизированное исследование после целевой реиннервации мышц, показывают, что управление с распознаванием образов может превосходить прямое управление при выполнении задач, однако устройства с приводом от движений тела сохраняют преимущества в надежности, весе и обратной связи, а высокие показатели отказа от протезов усложняют утверждения об общем превосходстве.

Seminal works

• kuiken-2009
• hargrove-2017

Frequently asked questions

В чем разница между терминальными устройствами с приводом от движений тела и миоэлектрическими устройствами?

Устройства с приводом от движений тела управляются механически с помощью ремней и троса, приводимых в движение движениями тела, в то время как миоэлектрические устройства используют электроды для обнаружения мышечных сигналов и электрические двигатели для открытия и закрытия терминального устройства.

Что такое целевая реиннервация мышц?

Это хирургическая процедура, которая перенаправляет остаточные нервы к интактным мышцам, чтобы они генерировали дополнительные управляющие сигналы, что может обеспечить более интуитивные точки для управления многофункциональным миоэлектрическим протезом.