韩国：3D打印的手矫形器可改善脊髓损伤患者的手功能

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