近日，北京积水潭医院手外科杨勇团队研发的仿生机械假指获得成功应用。
该款仿生机械假指利用手指残端作为动力驱动，应用自适应欠驱动手指结构设计，并采用新型构型进行整体建模和运动仿真。经过不断测试和改进，该款仿生机械假指很好地实现了在不同场景和任务中的灵活应用。
小王是一名音乐达人，吉他弹奏水平一流。然而，一场意外车祸造成了他右手中指的严重损伤，经过多次手术治疗，仍没能保住手指，中指仅剩近节部分手指。小王对未来的音乐生活充满无限向往，希望能够重新拥有灵活的手指，拿起心爱的吉他。
与小王类似的病例在手外科并不少见。由于各类疾病和意外事故，每年有很多人不得不进行手部部分截肢。有研究显示，手部部分截肢在西方国家的年发病率约为1/18000。
手部部分截肢的治疗进展缓慢，主要是因为重建运动和感觉功能的技术复杂，加上手部结构和功能表现多样，使得临床很难找到标准化和可扩展的解决方案。
▲仿生机械假指可完成各种手部动作
手指截肢
患者可选方案有限
针对小王这种手指截肢患者的解决方案有两种：第一种是安装假指，包括形态逼真的静态装饰性假指，以及满足患者运动需求的功能性假指；第二种是进行手指再造手术，通过移植足趾或（和）拇趾皮甲瓣，修复手部的指甲、皮肤、神经、血管、肌腱等。第二种解决方案能够使手指的外观接近正常，同时保留了皮肤的触觉，但会对患者脚部功能造成一定的破坏，对步态以及跑跳等特殊动作的完成产生一定影响。
一些手指截肢患者借助残留的手指尚能保留部分手功能，相比之下，患者更加担心再造手指对足部功能的破坏，于是不愿接受手指再造手术，宁愿选择手部外观和功能的永久残缺。
鉴于已有方案的局限性，为了解决这一临床难题，更好地满足患者需求，北京积水潭医院手外科杨勇团队结合国内外文献资料，与工程师团队多次沟通、深入探讨，尝试制作了一款仿生机械假指。这款仿生机械假指应当拥有多个自由度；能够帮助患者恢复手指长度，重建自然抓握功能；组件的材质应坚固耐用，让患者可以放心大胆使用；指尖指腹的材质应考虑日常生活中的不同场景，与物体接触时可保护物体表面。
仿生机械假指
可满足多种需求
小小假指虽只有三五厘米长，研发过程其实颇费工夫。从假指的研发流程来说，首先，要根据患者的截指平面进行取模；其次，通过3D打印进行整体建模；再次，制作出一套简易的驱动装置，再观察假指的活动幅度和整体协调性；最后，通过运动仿真，获得准确的运动学参数曲线，再经多次测试和调整，才能进入后续的制作流程。
杨勇团队将临床的实际需要与工程技术中的医疗器械设计制作相结合，组建了医工研发团队，以生物力学与机械工程结合为切入口，研发出一款自适应欠驱动的仿生机械假指，创新性地解决了假指在结构、动力、设计等方面的技术难题，取得了在手部部分缺损治疗上的突破。
这款仿生机械假指在结构设计上，选用了假手设计中常用的自适应欠驱动机械假指结构，利用掌指关节驱动假指的两个指间关节，即可完成手指的耦合运动（根据原生手指的屈伸运动过程设计的连杆与指节，使假指在自然屈伸过程中能良好地耦合原生手指的运动轨迹），同时获得较好的自适应抓取功能。
在仿真分析过程中，医工团队对假指的抓取范围进行了建模计算，确定其运动范围，又对假指进行轨迹插补，得到指尖末端的运动轨迹。假指的细节设计同样体现巧思，医工团队选择耐用金属框架，而在指端采用摩擦力大、耐磨的橡胶头设计，实现假指在不同场景和任务中的灵活应用。
佩戴假指的小王
重拾吉他
测试结果显示，这款掌指关节驱动的仿生机械假指通用性强，能够实现对常见物体的稳定抓取，拥有较好的自适应性和抓取稳定性。佩戴该款仿生机械假指的小王，在捏握、圆柱抓握、抓握稳定性中都表现良好。小王可以用假指轻松提起1.5升的矿泉水，也可以五指配合熟练地使用筷子，还能完成键盘打字等日常动作。对手指的灵活性非常满意的小王，还用自己心爱的吉他即兴为大家弹唱了一曲。
手是身体重要的组成部分，功能和外观都很重要。下一步，杨勇团队将针对不同截指平面的特点，进一步完善假指的结构、功能和外观，使假指更微型化，佩戴更简易、更美观，满足更多患者的多样化需求。
文：健康报记者 范洪岩 通讯员 靳晓方
视频来源：北京积水潭医院
编辑：王建影 于梦非
校对 ：杨真宇
审核：徐秉楠 陈飞
