Lecture运动感觉系统的人工器官

运(Yun)动、感觉系统的人工器官第一页，共八十七页。运动(Dong)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。第二页，共八十七页。人工关(Guan)节人工假肢人工耳蜗运动、感觉系统的人工器官第三页，共八十七页。人工关(Guan)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。第四页，共八十七页。3

人工关节(Jie)解除关节疼痛，恢复关节功能，矫正关节畸形而制作的植入物。

第五页，共八十七页。人工关(Guan)节5第六页，共八十七页。20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(Yuan)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。近代人工关节发展第七页，共八十七页。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(Yue)有1500万,其中残疾约780万,全国骨缺损和骨损患者近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，重出歌坛第八页，共八十七页。按置换(Huan)部位分:

髋关节/膝关节/肩关节/肘关节/小关节按固定方法:

骨水泥固定/生物固定/混合固定按组件分: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16人工关节的分类第九页，共八十七页。按部(Bu)位分：髋关节（HIP）

17第十页，共八十七页。全膝关(Guan)节（KNEE）18第十一页，共八十七页。髋关节(Jie)按固定方式分类：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。19第十二页，共八十七页。20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(Lei)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），称为双涂层表面第十三页，共八十七页。2121第十四页，共八十七页。人(Ren)工膝关节假体的现代发展阶段27第十五页，共八十七页。文献报告，我国RArate0.3%,OArate3%13亿人口(Kou)估算：病人3600万晚期10%

360万有强烈治疗欲望10%36万前景广阔，经济增长/保险制度确立。

29人工关节现状第十六页，共八十七页。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(Wen)定。30人工关节现状第十七页，共八十七页。人工关(Guan)节生物相容性（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（Bio-mechanicCompatibility）：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：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。材料要求第十八页，共八十七页。人工(Gong)关节能使用50年低摩擦机构简单固定性好

易于加工，价格低廉人工关节设计目标第十九页，共八十七页。人工(Gong)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人工关节的材料与设计第二十页，共八十七页。常用人工关节(Jie)材料第二十一页，共八十七页。金属(Shu)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：①钛合金表面的离子氮化和氧扩渗处理。②金属假体表面生物陶瓷涂层处理。③研制粗糙面或多孔面人工关节。④表面碱热活性处理。第二十二页，共八十七页。聚合物高分子材料在人工关节中也也有着(Zhuo)广泛的应用，典型的如聚乙烯、硅橡胶、超高分子聚乙烯等聚合物高分子材料第二十三页，共八十七页。碳质材料(Liao)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。碳质材料第二十四页，共八十七页。碳质生物材料的一般性质为:①生物相容性好;②化学性能稳定;③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(Po)坏应变大。第二十五页，共八十七页。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(Sui)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。第二十六页，共八十七页。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(Yu)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。陶瓷材料第二十七页，共八十七页。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。但其抗折强度和抗冲击韧性较低;陶瓷与(Yu)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。第二十八页，共八十七页。以HA为基,增强体通常为金属(Shu)、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。复合材料第二十九页，共八十七页。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(Deng)。

HA/高分子聚合物生物复合材料。HA/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。第三十页，共八十七页。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(Ju)乙烯、超高分子量聚(Ju)乙烯、陶瓷等。人工关节的结构设计第三十一页，共八十七页。关节柄部设计有以下几种形式:①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。②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。③骨组织长入的机械式固定。人工关节柄部设计成珊(Shan)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。④生物自锁固定: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。第三十二页，共八十七页。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(Jiu)、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。人工关节展望第三十三页，共八十七页。人工假(Jia)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、装配的人工肢体第三十四页，共八十七页。早期：公元前1世纪，人们很早就使用木棍等来替(Ti)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假肢的历史与发展第三十五页，共八十七页。早(Zao)期假肢第三十六页，共八十七页。近代假(Jia)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第三十七页，共八十七页。现代假(Jia)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90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第三十八页，共八十七页。未来(Lai)发展------下肢第三十九页，共八十七页。上(Shang)肢第四十页，共八十七页。现代假肢的(De)基本结构接受腔假肢关节连接件假脚第四十一页，共八十七页。假肢(Zhi)的分类分类方式：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第四十二页，共八十七页。◆上(Shang)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、半骨盆假肢一、按照截肢部位第四十三页，共八十七页。部分(Fen)足假肢TA(translateankle)利斯佛朗，肖帕特，皮罗果夫第四十四页，共八十七页。赛(Sai)姆假肢syme经过踝关节，残肢末端可以完全承重。第四十五页，共八十七页。小腿假(Jia)肢TT（translatetibia)BK((beellowkneeee))范围：踝关节以上，胫骨粗隆以下第四十六页，共八十七页。膝离断(Duan)假肢TK(ttrraanssllaatteekneeee)KD(kneeeediissaarrttiiccullaattiion)第四十七页，共八十七页。大腿(Tui)假肢TF(translateffeemorr)AK(aboveKneeee))范围：膝关节以上7cm-9cm，股骨小转子以下第四十八页，共八十七页。髋离断假(Jia)肢HD(hipdiissaarrttiiccullaattiion))范围：股骨小转子以上，到骨盆第四十九页，共八十七页。术后即装假肢截肢手(Shou)术后立即在手(Shou)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。二、按装配时间分第五十页，共八十七页。早期假肢——临时假肢①在伤口愈合后(Hou)2-4周进行。②消除水肿，促进肌肉萎缩和定型第五十一页，共八十七页。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(Cai)料选用、制作工艺、接受腔适合以及对线调整均需达到一定要求外，还具有较好的外观。第五十二页，共八十七页。①壳式假(Jia)肢②骨骼式假肢三、按照结构形式第五十三页，共八十七页。①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：用最小的重量达到很大的强度耐用性好便于维护和保养缺(Que)点：调整困难手感差第五十四页，共八十七页。②骨(Gu)骼式假肢

也称为内骨骼式假肢，组件式假肢优点：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便于调整可缩短制作修理时间外观能得到改善缺点：价格高耐用性装饰套易破损第五十五页，共八十七页。①日常用假(Jia)肢②运动假肢③作业用假肢四、按照使用目的第五十六页，共八十七页。①日常用假肢一(Yi)般患者日常使用的假肢。第五十七页，共八十七页。②运(Yun)动假肢第五十八页，共八十七页。③作(Zuo)业用假肢将假肢制作成特殊的形状，以满足特殊的工作需要。第五十九页，共八十七页。Ⅰ、自(Zi)身力源Ⅱ、外部力源五、按照驱动假肢的力源第六十页，共八十七页。假肢的(De)装配程序36782145第六十一页，共八十七页。假肢装配前(Qian)后的康复训练残肢的肌力训练、关节活动训练。健肢功能训练。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）。第六十二页，共八十七页。假(Jia)肢与残肢的保护—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。—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。—若残肢有伤即应停用假肢，防止伤口磨损、感染。

预防：积极治疗残肢伤病。—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。—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肢后跟高度，防止对线混乱，平衡困难以至摔伤。

第六十三页，共八十七页。肩胛胸廓间截肢(Zhi)/肩关节离断假肢混合型肩离断假肢索控式肩离断假肢装饰性肩离断假肢第六十四页，共八十七页。上(Shang)臂假肢索控式上臂假肢装饰性上臂假肢肌电控制上臂假肢混合型上臂假肢第六十五页，共八十七页。肘、腕关节离断及部分(Fen)手截肢假肢装饰性肘关节离断假肢装饰性腕关节离断假肢食指截除后装饰性假肢第六十六页，共八十七页。前(Qian)臂假肢图4为被动式前臂机械手11-1图1与1-1为装饰性前臂假肢234图2为索控式前臂假肢图3为肌电控制前臂假肢第六十七页，共八十七页。单侧骨盆截(Jie)断/髋关节离断假肢髋离断假肢第六十八页，共八十七页。大(Da)腿假肢第六十九页，共八十七页。小腿假(Jia)肢普及型小腿假肢游泳专用小腿假肢第七十页，共八十七页。膝、踝关节离断(Duan)及赛姆假肢膝关节离断假肢赛姆假肢半足假肢第七十一页，共八十七页。全球人工耳蜗(Wo)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%的增速全球人工耳蜗市场人工耳蜗CompanyLogo第七十二页，共八十七页。绝大多数感音神经性聋的病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(Shi)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。耳聋的病理学基础CompanyLogo第七十三页，共八十七页。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(Zao)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。CompanyLogo第七十四页，共八十七页。国际(Ji)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10导人工耳蜗系统；我国研究始于70年代末期。历史回顾CompanyLogo第七十五页，共八十七页。

人工耳蜗：人的耳蜗毛细胞是接受声音的感觉细胞。当(Dang)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。第七十六页，共八十七页。人工(Gong)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接受器-刺激器；电极。CompanyLogo第七十七页，共八十七页。

人工耳蜗由体(Ti)外和体(Ti)内装置两部分组成。体外部分：包括麦克风、言语转换器、发射线圈；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。第七十八页，共八十七页。声音处理过(Guo)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。第七十九页，共八十七页。100016000Hz4000500200080002505mm1030201828

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15CI植(Zhi)入后的听力保留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CompanyLogo第八十页，共八十七页。麦克风接受声信(Xin)号，通过言语处理器，将声信(Xin)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(Xin)号通过听神经传到听觉中枢进行辨别处理产生听觉。人工耳蜗的工作原理第八十一页，共八十七页。人工(Gong)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。CompanyLogo第八十二页，共八十七页。哪些人适应(Ying)植入人工耳蜗?第八十三页，共八十七页。小(Xiao)儿患者选择标准双耳重度或极重度感音性聋（PTA3Fs≥80dB）。年龄在12个月~9岁。佩戴3~6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：5岁以下患儿，不能建立有效的听觉交流能力；5岁以上患儿，开放式言语