郭耀 , 裴国献 , 赵巍 , 苏秀云
南方科技大学医院
当前,智能假肢已逐渐成为重建截肢患者残肢功能的首选方案。与传统的异体肢体移植相比,患者不仅无需忍受长期的免疫排斥反应及抗免疫药物带来的并发症,还可根据算法的升级而持续优化假肢功能。前沿的智能假肢通过外科手术构建的人机接口采集残肢肌电信号,精准识别大脑发出的肢体运动意图,实现智能假肢的多自由度直觉操控。用于智能假肢人机接口的外科技术包括靶向肌肉神经功能重建(Targeted Muscle Reinnervation,TMR)、再生外周神经接口(Regenerative Peripheral Nerve Interface,RPNI)、目标神经功能替代 (Targeted Nerve Functional Replacement,TNFR)、肌肉再分布技术(Muscle Redistribution Technique,MRT)以及主动-拮抗肌肉神经接口(Agonist-antagonist Myoneural Interface,AMI)。本研究旨在对比各术式解剖学原理及技术特点,为截肢患者提供最佳的骨科解决方案。
1.文献综述,全面掌握国内、外前沿人机接口构建技术的发展及应用现状;
2.新鲜尸体上肢标本8例,解剖并模拟5种主流的人机接口构建技术,对比分析各术式的解剖学原理及技术特点。
1.TMR与RPNI技术相对成熟,国外主流团队及国内上海华山医院徐文东教授、香港玛丽医院胡勇教授、南方科技大学医院裴国献教授均有临床应用;北京积水潭医院杨勇教授采用了MRT技术;深圳南山医院李文庆教授则采用了TNFR技术;新兴的AMI技术仅有美国布莱根妇女医院等少数团队应用。
2. TMR与TNFR技术特点:两种术式均将残肢内离断的神经主干游离、移位,并与目标肌肉运动神经进行缝合;区别在于TMR的缝合位点位于运动神经入肌点附近,旨在增加神经功能重建的成功率,而TNFR的缝合位点则远离入肌点,旨在减小软组织剥离范围,减少手术创伤。TMR技术的缺点在于远近端神经尺寸不匹配,存在术后轴突逃逸所导致的神经瘤复发风险;TNFR技术则由于缝合位点与靶肌肉距离过远,难以保证有效的神经再支配。
3. RPNI技术特点:术中直接用自体去除血管、神经支配的肌瓣包裹离断的神经主干末端,并将重建的神经-肌瓣结构置于残肢内受力较少的区域。该术式不涉及神经移位,无需显微操作,降低了手术难度;但该技术新增的肌电信号十分微弱,需依赖匹配的体内传感器进行后续的肌电信号采集。
4. MRT技术特点:将截肢者前臂肌腱组织锚定于皮肤真皮层,通过肌腱牵拉皮肤产生的形变信号控制假肢运动。该术式不对神经组织进行干预,手术原理与上述术式均不相同,避免了神经功能重建失败的风险,但要求残肢保留较多的肌腱组织以备术中操作。
5. AMI技术特点:AMI手术多用于下肢,其目的在于重建对于保持肢体平衡至关重要的本体感觉功能,与其余4种术式所重建的运动功能并不相同。AMI技术的核心操作是将下肢前、后侧对应激动肌和拮抗肌的肌腱进行缝合,形成完整的收缩-牵拉复合结构,每块肌肉的收缩均会引发对应肌肉的牵拉运动,从而重建肌梭内的本体感觉。其缺点在于手术复杂,并需要体内感觉传感器及适配算法的支持。
1.TMR技术成熟、疗效显著,适用于绝大多数高位截肢患者。
2.TNFR适用于目标区域软组织不适于大范围暴露患者的替代方案。
3.RPNI技术无需显微操作,手术简单,适用于自体肌瓣组织获取方便的初次截肢患者。
4.MRT技术适用于低位截肢患者,重建更为精细的假肢手部运动。
5.AMI技术着重于感觉功能重建,国内缺乏相应的工程技术支持,目前尚不具备临床推广的条件。