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韩国:3D打印的手矫形器可改善脊髓损伤患者的手功能

发布时间:2020-02-13      来源:      浏览人数:6人
2020年2月11日,南极熊发现在最近发表的“为脊髓损伤患者开发3D打印的肌电手矫形器”论文中,韩国研究人员提出了一种新颖的可穿戴医疗设备的设计方案,该设备可以帮助脊髓损伤患者实现更好的手功能。

尽管世界各地的研究人员和制造商已经设计了无数种假肢(从脚踝和脚到手和手臂的假肢),但研究人员指出了他们进行这项研究的动机,因为只有很少的上肢假肢能够成功地实现功能性。先前的研究集中在材料和强度上,而不是实际的承受能力和对患者的舒适性。

为这项研究创建的矫形器通过定制的肌电图(EMG)信号起作用,该信号将输入发送到控制器,所有这些信号都可以直观地了解患者的意图。团队在SolidWorks中设计了零件,然后使用PLA在Moment2上进行了3D打印。该设备的制造成本约为230美元,并且预计将来还会进一步降低。

矫形器由前臂袖口,手和指环部分组成。袖带还包括背侧和掌侧前臂夹板,其特征在于线性马达控制着腕部的伸展。


△手矫形器的示意图设计,在每个指环部分和手部分的掌侧设计了线缆引导结构,以引导尼龙线。


当腕部由线性电动机伸出时,尼龙线会拧紧,这会增强腱固定的抓地力。 因此,腕部伸展导致包括拇指在内的每个手指的指间和掌指关节同时弯曲。

电动机启动时,用户可以抓住物体-这是该设备与众不同的主要特征之一,更多的人可以使用该设备进行抓取,特别是手腕控制不足的患者。


△3D打印矫形器的每个动作

a当通过sEMG信号激活线性电机时,手腕伸出,这会导致腱固定。 另外,随着手腕的伸出,连接到每个指环部分末端的尼龙线也被拧紧,从而增强了握力。 b当电动机返回原位时,腕部伸出并释放尼龙线的张力,并且手处于空档位置。 c-e受试者正在使用矫形器拾起TRI-HFT中使用的易拉罐,骰子和木块。 f矫形器的俯视图。 g矫形器的底视图。 箭头指示连接每个指环和掌前臂夹板的尼龙线。

研究人员采用了带有小型控制单元的Arduino微控制器板,该便携式控制单元的尺寸为10 cm×5.3 cm×1.7 cm,重量为81g。



从表面电极记录的sEMG信号经过一些采集步骤(例如放大和带通滤波)进行处理,以提高信号质量。然后,将处理后的sEMG信号的RMS值与自定义阈值进行比较。 Arduino开发板根据RMS值的大小对是否进行矫形器进行分类。

从2019年3月27日至2019年4月31日,十名患有慢性SCI的患者(九名男性和一名女性,年龄在31至65岁之间)参加了该研究。

总体而言,当研究人员与参与者一起工作时,他们发现矫形器能够“显著改善”颈椎SCI患者的手部功能,并且收到了有关该设备可用性的良好反馈。研究人员还期望随着参与者不断适应该系统而获得更好的结果。

“此外,如果我们在体积和调整方面优化矫形器,它可以很快用于临床,并扩展到其他神经系统损伤的人,例如中风或臂丛神经损伤患者,”研究人员总结说。

“这仍然是研究的早期阶段,需要改进一些领域。但是,这种3D打印的肌电手矫形器似乎具有成本效益,并且有望用作传统设备的替代产品。我们希望这项研究将成为使用3D打印技术的辅助设备研究的基石。”

编译自:3dprint
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