Lecture+4+运动感觉系统的人工器官

1、运动、感觉系统的人工器官运动系统人工器官运动系统人工器官 运动系统人工器官可以帮助运动系统有缺陷的残疾人恢复肢体的运动功能。它主要包括人工关节和假肢。人工关节人工关节人工假肢人工假肢人工耳蜗人工耳蜗运动、感觉系统的人工器官运动、感觉系统的人工器官人工关节人工关节 人工关节，顾名思义，就是一种具有关节功能的器官。目前人工关节的置换包括髋、膝、肩、肘、腕、踝等关节。3 3v 人工关节人工关节 解除关节疼痛，恢复关节功解除关节疼痛，恢复关节功能，矫正关节畸形而制作的植入能，矫正关节畸形而制作的植入物。物。 人工关节5 520世纪40年代Campbell等设计了一种金属假体，由于疗效差未能推广。20世

2、纪50年代Wallidus等设计了绞链式限制性膝关节假体，因具备自身稳定性，近期疗效好，但远期松动率高。20世纪60年代Gunston发明了多心型假体后，现代人工膝关节的历史真正开始。20世纪70年代发明了全髁型假体等，他们的疗效十分明显，其中全髁型假体应用最为广泛，疗效最好，已经成为衡量其他各种表面型人工全膝关节假体的“金标准”。20世纪80年代我国开始人工膝关节置换术手术。目前，在全球范围内，每年有超过百万的病人接受此类手术，成功率高达90%以上。据不完全统计全球每年仅全髋关节置换就达80万例。我国根据民政部门报告,仅肢体不自由患者约有1500万,其中残疾约780万,全国骨缺损和骨损患者近

3、300万。随着社会、科技与医学的发展,人工关节的需求量将越来越大,故研制和发展人工关节材料具有现实和深远的意义。2010年刘欢做了人工关节置换手术，重出歌坛按置换部位分按置换部位分: : 髋关节/膝关节/肩关节/肘关节/小关节按固定方法按固定方法: : 骨水泥固定/生物固定/混合固定按组件分按组件分: : HIP: 全髋假体/半髋假体/肿瘤假体/翻修假体 KNEE: 全膝 /单髁/肿瘤假体/翻修1616按部位分：髋关节（HIP） 1717全膝关节（KNEE）1818髋关节按固定方式分类：髋关节按固定方式分类：骨水泥型：骨水泥型：全部件采用骨水泥固定； 按其柄的形态分为直柄和解剖柄； 按股骨柄表

4、面处理情况分为高抛光假体、亚抛 光假体和粗糙面假体； 按是否带有颈领分为颈领型和无领型。19192020非水泥型：非水泥型：与骨组织紧密接触，生物固定； 按其固定的部位分为:近端固定型、远端固定型和混合固定型假体； 按假体形态分为: 直柄型、解剖型和组配型； 按股骨假体表面处理的类型分为: 精钢砂表面、钛喷 涂表面、珍珠表面、钛丝表面、小梁金属骨表面和羟 基磷灰石（HA）表面，也有先喷涂钛或其他，再喷羟 基磷灰石（HA），称为双涂层表面2121 2121人工膝关节假体的现代发展阶段2727文献报告，我国RArate0.3%,OArate3%13亿人口估算：病人3600万晚期10%360万有强烈

5、治疗欲望10%36万前景广阔，经济增长/保险制度确立。2929随着人工关节技术发展，关节置换是可靠的治疗手段。全球开展关节置换，50万-80万/年，还在增长。在材料，技术方面趋于稳定。3030人工关节生物相容性（生物相容性（Bio-Compatibility）：）：材料本身部剧本毒性；不刺激人体组织；不引起过敏；不致癌；与组织酶长期接触后不出现老化；对血液成分无不良影响；不改变组织的PH值。生物力学相容性（生物力学相容性（Bio-mechanic Compatibility）：）：人体植入物与周围组织在力学上的反应要和谐，即人工关节与人体骨骼应有近似的弹性模量，其强度也不能有过大的差异，热膨胀

6、性能也应尽量一致，且植入物在循环载荷下不产生疲劳，耐磨性好。生物结合型：生物结合型：即植入物与周围的组织彼此依附结合。如人体骨长入人工关节的HA多孔涂层，并在两者间形成稳固的结合。植入必须血很少使用附加材料固定。人工关节人工关节能使用50年低摩擦机构简单固定性好 易于加工，价格低廉人工关节人工关节常用人工关节材料 金属及合金人工关节应用于人工关节的高分子材料碳质人工关节陶瓷关节人工关节的结构设计常用人工关节材料常用人工关节材料 金属材料的表面处理金属材料的表面处理为了改善金属材料人工关节的生物活性、耐磨性、耐蚀性及假体与骨两相界面的结合等,对金属材料的表面做了以下处理：钛合金表面的离子氮化和氧

7、扩渗处理。金属假体表面生物陶瓷涂层处理。研制粗糙面或多孔面人工关节。表面碱热活性处理。 聚合物高分子材料在人工关节中也也有着广泛的应用，典型的如聚乙烯、硅橡胶、超高分子聚乙烯等 碳质材料因其具备优良的生物相容性，且其弹性模量和骨较为接近，也被用于人工关节的制造。碳质生物材料的一般性质为碳质生物材料的一般性质为: : 生物相容性好;化学性能稳定; 机械性能好, 各向同性碳具有高强度和低弹性模量的特性, 其弹性模量与真骨相近似, 减少了应力集中, 破坏应变大。 目前国内外使用的碳质人工关节材料均为碳纤维增强复合材料。特别是碳纤维增强碳, 其弹性模量与抗压强度均与人骨相近, 生物相容性优良; 缺点是

8、抗弯强度低, 不能满足人工髋关节的力学要求, 因而碳质人工关节一般采用碳与金属配伍。 碳质人工关节在复杂的人体环境和受力状态下, 仍有发生磨损、碳纤维断裂、乃至假体破裂的可能。虽然碳质材料因生物惰性对全身的影响很小, 但磨损产生的碳颗粒仍可引起局部组织出现急性炎症反应。因此, 碳质材料制作人工关节尚需进一步探讨。陶瓷材料不仅具有高硬度、高弹性模量和高抗压强度以及优良的耐磨损等特点，而且具有良好的生物相容性和化学稳定性，因此也用于人工关节的制造，但因其较其他材料质脆易折，因此在人工关节的制造上受到限制。高纯Al2O3陶瓷化学性能稳定,生物相容性好,呈生物惰性，硬度高,耐磨性能好,磨损率低。但其抗

9、折强度和抗冲击韧性较低;陶瓷与超高分子量聚乙烯配伍的人工关节磨损率是金属低，但从远期效果看来其磨损碎片是引起关节置换后期失效的主要原因。HA材料是一种无毒、无副作用, 生物相容性好, 与人体骨接近的生物活性材料，具有骨引导性，作为关节柄部涂层材料则发挥了其优势，但是力学性能差。以HA为基,增强体通常为金属、陶瓷、高分子聚合物、生物玻璃以及碳质材料等,其形态有颗粒、短纤维或长纤维状等。主要的体系有以下几种主要的体系有以下几种: HA/金属生物复合材料已报导的金属增强或增韧的有FeCr合金金属丝、Ti颗粒、不锈钢纤维、Tiinconel601纤维和Ag颗粒等。 HA/高分子聚合物生物复合材料。 H

10、A/生物惰性陶瓷生物复合材料。 碳纤维增强高分子基生物复合材料。 碳- 碳生物复合材料。 关节柄主要有直柄和弯柄两大类。 关节头的设计先后使用了金属、乱层碳和陶瓷等材料。 关节臼材料也先后使用了金属、聚乙烯、超高分子量聚乙烯、陶瓷等。关节柄部设计有以下几种形式关节柄部设计有以下几种形式:压贴法固定。人工关节的柄部形状设计为与植入处的骨髓腔有解剖类似性,植入后人工关节能与骨紧贴固定。骨水泥固定。人工关节的柄部设计没有压贴法严格,在柄与骨的间隙中填充骨水泥,使人工关节与骨紧密结合。骨组织长入的机械式固定。人工关节柄部设计成珊瑚面或珍珠面,植入人体后骨组织沿多孔表面长入,从而达到机械咬合固定。生物自

11、锁固定: 人工关节柄部以等离子喷涂等方式涂覆如HA等具有生物活性的多孔涂层, 引导骨长入其表面微孔中, 从而形成牢固的化学键结合。人工关节作为一种重要的医疗器械,其研究和发展正方兴未艾。综合考虑现有用于人工关节制造的材料的优缺点,新一代的人工髋关节将由陶瓷股骨头、陶瓷髋臼、表面活性涂层的金属柄组成。计算机CAD/CAM被用于人工关节的快速设计和加工,人们已可根据病人骨骼的具体形状(由X光片、CT片提供的数据),生产出符合病人个体需要的人工关节,这样,在以后的人工关节的置换中就可完全避免因关节形状、尺寸不当引起的手术失败。人工假肢人工假肢 假肢：为截肢者弥补肢体缺损和代偿其失去的肢体功能而制造、

12、装配的人工肢体早期：公元前1世纪，人们很早就使用木棍等来替代失去的下肢行走近代：第一、二次世界大战战后现代: 1970年以后未来发展：今后几年甚至几十年早期假肢近代假肢近代假肢从20 世纪50 年代开始，是以符合生理解剖原理的接受腔出现在20 世纪60 年代, 以德国奥托博克公司为代表, 推出了具有革命性变革的组件式下肢假肢现代假肢现代假肢 在20 世纪70 年代, 各工业发达国家都相继推出了各自的组件式假肢，, 还把电子、气动、液压等技术引入假肢领域 进入20 世纪80 年代, 人们开始把大量的新技术和新材料引入假肢领域, 实现了假肢的 钛合金化、碳纤维化和计算机智能化控制 进入20 世纪9

13、0 年代后，人们开始针对肢残者的年龄、性别、体重和活动度等因素制定了假肢产品的分类标准未来发展-下肢上肢现代假肢的基本结构现代假肢的基本结构接受腔接受腔假肢关节假肢关节连接件连接件假脚假脚假肢的分类假肢的分类分类方式：分类方式： 按照截肢部位 按照装配时间 按照结构形式 按照使用目的 按驱动假肢的力源上肢装饰手指，部分手装饰套、装饰性假手、前臂假肢、肘离断假肢、上臂假肢、肩关节离断假肢、肩胛胸廓截肢假肢下肢部分足假肢，赛姆假肢，小腿假肢、膝离断假肢、大腿假肢、髋离断假肢、半骨盆假肢部分足假肢部分足假肢 TA (translate ankle) 利斯佛朗，肖帕特，皮罗果夫赛姆假肢赛姆假肢 sym

14、e 经过踝关节，残肢末端可以完全承重。小腿假肢小腿假肢 TT（translate tibia) BK(beellow kneeee) 范围：踝关节以上，胫骨粗踝关节以上，胫骨粗 隆以下隆以下膝离断假肢膝离断假肢 TK(ttrraanssllaattee kneeee) KD(kneeee diissaarrttiiccullaattiion)大腿假肢大腿假肢TF(translate ffeemorr)AK(above Kneeee)范围：膝关节以上膝关节以上7cm-9cm，股骨小，股骨小转子以下转子以下髋离断假肢髋离断假肢HD(hipdiissaarrttiiccullaattiion)范围：

15、股骨小转子以上，到骨盆股骨小转子以上，到骨盆 术后即装假肢即装假肢截肢手术后立即在手术台上直接为患者制作石膏接受腔，并安装临时假肢，让患者术后立即穿上临时假肢进行必要的生活起居训练。优点：加快伤口愈合减少残肢痛和幻肢痛，减少淤血水肿，加快康复速度，利于患者心理康复。早期假肢早期假肢 临时假肢 在伤口愈合后2-4周进行。 消除水肿，促进肌肉萎缩和定型正式假肢正式假肢正式假肢是指为长期正常使用而制作的定型假肢，也称为永久性假肢。安装正式性假肢的条件；是经过包括安装临时假肢在内的各种截肢术处理、残肢已基本定型后安装的假肢。这种假肢安装完毕后一般不再需要过多的修改和调整。除材料选用、制作工艺、接受腔适

16、合以及对线调整均需达到一定要求外，还具有较好的外观。 壳式假肢 骨骼式假肢壳式假肢壳式假肢 假肢的结构类似甲壳类昆虫肢体结构，用壳体承受肢体的重量，且壳的外形制成人体肢体的形状。优点：a)用最小的重量达到很大的强度b)耐用性好c)便于维护和保养缺点：a)调整困难b)手感差骨骼式假肢骨骼式假肢 也称为内骨骼式假肢，组件式假肢优点：a)可任意选择适合患者的各种部件，从而使患者达到最佳状态b)便于调整c)可缩短制作修理时间d)外观能得到改善缺点：a)价格高b)耐用性c)装饰套易破损 日常用假肢 运动假肢 作业用假肢日常用假肢 一般患者日常使用的假肢。运动假肢运动假肢作业用假肢 将假肢制作成特殊的形状

17、，以满足特殊的工作需要。、自身力源、外部力源假肢的装配程序假肢装配前后的康复训练假肢装配前后的康复训练 残肢的肌力训练、关节活动训练。 躯干的体位平衡训练。 假肢的穿戴训练。 步行训练（包括了步态训练及平地、上下台阶、斜坡训练）。假肢与残肢的保护假肢与残肢的保护保持假肢（接受腔）内及残肢清洁保持假肢（接受腔）内及残肢清洁 预防：每日定时（一般在晚上）清洗。预防：每日定时（一般在晚上）清洗。注意假肢裂纹、松动及异常声音。注意假肢裂纹、松动及异常声音。 预防：注意假肢关节防水，定期维修。预防：注意假肢关节防水，定期维修。若残肢有伤即应停用假肢，防止伤口磨损、感染。若残肢有伤即应停用假肢，防止伤口磨

18、损、感染。 预防：积极治疗残肢伤病。预防：积极治疗残肢伤病。残肢的萎缩。残肢的萎缩。 预防：保持残肢一定的运动量，自行调节内衬套或袜套。预防：保持残肢一定的运动量，自行调节内衬套或袜套。下肢假肢应注意鞋后跟的高度。下肢假肢应注意鞋后跟的高度。 预防：自行更换鞋跟不同的假肢时，应找假肢制作师调整假预防：自行更换鞋跟不同的假肢时，应找假肢制作师调整假肢后跟高度，防止对线混乱，平衡困难以至摔伤。肢后跟高度，防止对线混乱，平衡困难以至摔伤。肩胛胸廓间截肢肩胛胸廓间截肢/ /肩关节离断假肢肩关节离断假肢混合混合型肩型肩离断离断假肢假肢索控索控式肩式肩离断离断假肢假肢装饰装饰性肩性肩离断离断假肢假肢上臂假

19、肢上臂假肢索索控控式式上上臂臂假假肢肢装饰装饰性上性上臂假臂假肢肢肌电肌电控制控制上臂上臂假肢假肢混合混合型上型上臂假臂假肢肢肘、腕关节离断及部分手截肢假肢肘、腕关节离断及部分手截肢假肢装饰装饰性肘性肘关节关节离断离断假肢假肢装饰装饰性腕性腕关节关节离断离断假肢假肢食指截除后装饰性假肢食指截除后装饰性假肢前臂假肢前臂假肢图图4 4为被动式前臂机械手为被动式前臂机械手1 11-11-1图图1 1与与1-11-1为装饰性前臂假肢为装饰性前臂假肢2 23 34 4图图2 2为索控式前臂假肢为索控式前臂假肢图图3 3为肌电控制前臂假肢为肌电控制前臂假肢单侧骨盆截断单侧骨盆截断/ /髋关节离断假肢髋关节

20、离断假肢髋髋离离断断假假肢肢大腿假肢大腿假肢小腿假肢小腿假肢普及型小腿假肢普及型小腿假肢游游泳泳专专用用小小腿腿假假肢肢膝、踝关节离断及赛姆假肢膝、踝关节离断及赛姆假肢膝关膝关节离节离断假断假肢肢赛赛姆姆假假肢肢半足假肢半足假肢Company Logo 全球人工耳蜗市场约为75-80亿美金，合人民币500亿左右 澳大利亚科利耳（Cochlear）公司约占全球市场70%；被峰力控股公司Sonova收购的先进仿生（AB）公司市场份额18%；其余为奥地利Med-EL公司 全球人工耳蜗每年增长速率为10-15%，高于助听器4-7%的增速人工耳蜗人工耳蜗Company Logo 绝大多数感音神经性聋的病

21、理基础来源于毛细胞的丧失或功能缺陷，实可称为感音性聋； 只有少数感音神经性聋的病理基础是听觉中枢通路或皮层上的病变，此为真正的神经性聋； 人工耳蜗针对前者（即感音性聋，毛细胞的病变）的一种康复手段。Company Logo引起毛细胞的病变：引起毛细胞的病变：先天性聋；耳毒性药物中毒性聋；脑膜炎后遗症；梅尼埃病；噪声性聋；突发性聋；老年性聋；自身免疫性内耳病；细菌性或病毒性迷路炎等。Company Logo 国际上有150年历史，以单导到多导的形式发展； 1966年用6导电极置入耳蜗，得到声调的变化； 70年代，3M公司生产单导人工耳蜗(第一个进入市场)； 1978年澳大利亚墨尔本大学植入首例1

22、0导人工耳蜗系统； 我国研究始于70年代末期。 人工耳蜗：人工耳蜗：人的耳蜗毛细胞是接受声音的感觉细胞。当耳蜗毛细胞损伤严重时，就会出现严重的耳聋。 人工耳蜗就是替代已损伤毛细胞，通过电流听觉神经重新获得声音信号的一种电子装置。 Company Logo人工耳蜗系统的构成部分人工耳蜗系统的构成部分 人工耳蜗用于成人及儿童中重度以上感音神经性聋康复的神经替代物，是目前唯一用于人体的市场化的神经替代物。 功能：取代病变的内耳毛细胞而直接电刺激听神经而产生听觉。 品牌繁多，但都有以下几个主要部分组成：体外麦克风声信号转变为电信号；言语处理器对电信号进行分析并选好刺激方案；传送线圈；通过手术埋入体内的

23、接受器-刺激器；电极。 人工耳蜗由体外和体内装置两部分组成。 体外部分：体外部分：包括麦克风、言语转换器、发射线圈； 体内的部分：体内的部分：包括接收线 圈、处理器、刺激电极及参照电极组成。声音处理过程1、声音由麦克风收集；2、收集的声音被传到言语处理器-电池供电的小型电脑；3、言语处理器滤波、分析并将声音数字化，变为编码信号；4、编码的信号从言语处理器传到传输线圈；5、传输线圈将编码信号传至皮下的耳蜗接受器；6、人工耳蜗投放声音的电能量到耳蜗内的电极序列上手术中 植入的电极；7、电极刺激残余神经纤维然后通过听觉系统将声音信息送至大 脑待翻译；8、信号到大脑。Company Logo10001

24、6000 Hz40005002000 80002505 mm1030201828 25 15CI植入后的听力保植入后的听力保留留CI-电极仅插入到耳蜗的无功能区域 根据残余听力调整插入深度：1 千赫兹 插入18- 20毫米 1 圈Otte等, 1978的原图经修改后 麦克风接受声信号，通过言语处理器，将声信号进行数字编码等处理，通过发射线圈经皮肤传送到植入体内的接收线圈，将这种携带有相应频率及电流强度的脉冲继续传送到多个刺激电极，信号通过听神经传到听觉中枢进行辨别处理产生听觉。 Company Logo人工耳蜗的适应症人工耳蜗的适应症 对于双耳重度或极重度聋患者，不能受益于特大功率助听器，诊断病变位于耳蜗者，可以选择人工耳蜗植入。Company Logo小儿患者选择标准 双耳重度或极重度感音性聋（PTA 3Fs80 dB）。 年龄在12个月9岁。 佩戴36个月合适助听器，听力康复训练后听力改善基本无效或微效：1.5岁以下患儿，不能建立有效的听觉交流能力；2.5岁以上患儿，开放式言语认知50%；3.2 kHz及以上频率的助听听阈在言语谱范围之外。 无手术禁忌症，如急、慢性外中耳炎发作期和其他全身器官不适合手术禁忌症。 父母及家人