假肢组件与设计
假肢组件与设计是假肢与矫形器领域的一个分支，关注构成肢体假肢的工程部件，以及选择、配置和对齐这些部件以恢复功能的原则。它涵盖了残肢接口、结构和关节组件，以及与地面或物体相互作用的末端部件，将假肢视为一个与个人需求相匹配的机械系统。
Definition
假肢组件与设计是指对外部肢体假肢的结构、关节、接口和末端部件的研究，以及选择、组合和对齐这些部件以替代缺失肢体节段的工程和生物力学原理。
Scope
本领域旨在向读者介绍外部肢体假肢的主要组件类别：连接设备与残肢的接受腔和悬吊系统、假肢足和踝关节组件、膝关节机制，以及上肢手和末端装置，同时探讨区分它们的权衡设计（重量、稳定性、能量回馈、控制、耐用性）。它是一个关于组件和设计逻辑的参考和教育性概述，而非安装规程或处方指南。
Sub-topics
Core questions
- 每个假肢组件必须满足哪些功能需求，以及设计选择如何在稳定性、移动性、重量和能量成本之间进行权衡？
- 接受腔-残肢接口如何传递负荷并悬吊设备？
- 被动、液压和微处理器控制关节在提供的行为上有何不同？
- 上肢设备中如何捕获用户控制信号并将其转化为动作？
Key concepts
- 接受腔和悬吊接口
- 静态和动态对齐
- 能量储存与回馈
- 站立期稳定性与摆动期移动性
- 微处理器控制
- 身体驱动与外部驱动控制
- 组件重量和耐用性权衡
Mechanisms
肢体假肢通常组装成一个链条：接受腔捕获并卸载残肢，悬吊机制使设备保持附着，结构支架传递负荷，关节（踝、膝、腕）在步态或任务周期中塑造运动，以及末端组件（足或手/末端装置）与环境互动。设计平衡了相互竞争的目标——在站立时更稳定的膝关节在摆动时可能更难弯曲；储存和回馈更多能量的足可能更重或稳定性更差。对齐将组件相对于负荷线定位，以便地面反作用力或抓握力产生预期的关节行为。在上肢设备中，该链条还包括一个控制源（通过线束的身体动力，或肌电信号），用户通过调节该控制源来操作末端装置。
Clinical relevance
组件选择和设计影响一个人使用假肢站立、行走或执行任务的效率和安全性，了解各种选择有助于康复团队内部做出明智的共同决策。本领域描述了设计空间和组件行为的证据；它对设备进行特征描述以供参考和教育，而不是作为个体处方或安装决策的基础。
Evidence & guidelines
假肢组件的比较证据在不同组件类别之间存在不均衡。系统评价已经考察了假肢踝足机制和微处理器控制膝关节，而对照研究则评估了肌电控制策略。大部分证据基础由小型生物力学和交叉研究组成，且评价反复指出结果和人群的异质性。
History
外部肢体假肢在20世纪从刚性木制和皮革设备发展为模块化内骨骼系统，具有可互换组件。后来的几十年引入了储能足、液压和微处理器控制膝关节，以及功能日益强大的肌电手，将设计从纯粹的结构替代转向主动塑造运动并响应用户和环境的组件。
Debates
- 增加多少功能才能证明更复杂、昂贵的组件是合理的？
- 微处理器膝关节和多关节手等先进组件在某些用户中提供了可衡量的功能益处，但评价指出效果大小可变，且存在成本、重量和可靠性问题，因此将组件复杂性与个体需求相匹配仍然存在争议。
Related topics
Seminal works
- hofstad-2004
- kuiken-2009
- hahn-2021
Frequently asked questions
- 肢体假肢的主要组件有哪些？
- 典型的肢体假肢包括连接残肢的接受腔和悬吊系统、结构支架、踝关节或膝关节等关节，以及末端组件——下肢设备的足或上肢设备的手或末端装置。
- 被动组件和微处理器控制组件有什么区别？
- 被动组件以固定特性对负荷进行机械响应，而微处理器控制组件则使用传感器和控制器在运动的不同阶段实时调整阻力或行为。