肘部再造：从被动铰链到智能动力肘的技术构成与演进

1.肘关节的功能肘关节是代偿人体肘关节的屈伸功能、连接假肢前臂和上臂的结构，是肘离断假肢、上臂假肢、肩离断假肢的重要部件之一。正常人体的肘关节是一个由肱尺关节、肱桡关节、桡尺近侧关节三个关节组成的复合关节。人体肘关节在主要完成屈曲与伸展运动的同时，还参与前臂的旋前和旋后运动。由于上肢假肢主要通过腕部旋转来实现人体前臂旋前旋后动作，故而现代上肢假肢只要求肘关节具有屈伸运动一个运动自由度。
假肢肘关节要求有屈伸自由度，并能在任意位置锁定或解锁。肘关节的屈曲角度范围要达到140°~150°。肘部的旋转运动由肩关节提供。肘关节的用途不同，对其功能的要求也不同。无论用于哪种类型的假肢，肘关节最基本的作用是实现屈肘和伸肘活动，并能在任意屈曲位置锁定和解除锁定。
2.肘关节的类型（1)按照功能用途分类:肘关节分为装饰性、索控和电动肘关节。装饰性肘关节用于装饰性假肢，索控肘关节用于索控假肢，电动肘关节主要用于肌电假肢。（2)按照结构分类：肘关节分为组件式肘关节和铰链式肘关节。组件式结构的装饰性肘关节又有骨骼式结构与壳式结构之分。

3.肘关节的应用肘关节主要用于肘关节离断假肢、上臂假肢、肩离断假肢。对前臂截肢但残肢极短的患者，也须要在假肢上安装肘关节。对上臂截肢但残肢过长、肘离断截肢以及前臂截肢但残肢过短的截肢者，安装带肘关节的假肢时，应在考虑肘关节安装尺寸、假肢长度、肘关节最大屈曲角度等因素前提下选用合适类型的肘关节。

4.组件式肘关节

（1)装饰性假肢的组件式肘关节：专用于装饰性上肢假肢的组件结构的肘关节。装饰性假肢有骨骼式和壳式结构之分。用于装饰性假肢的组件式肘关节因此也有骨骼式和壳式结构之分。由此导致用于装饰性假肢的组件式肘关节有多种类型。装饰性假肢的组件式肘关节主要用于装饰性肘离断假肢、上臀假肢、肩离断假肢。装饰性假肢的组件式肘关节虽然不需要进行主动活动，但应能被动活动。此类肘关节因而没有操控系统及相应结构。根据关节被动活动的方式，此类肘关节分为两种结构类型。

1)自由摆动式单轴肘关节：这种肘关节是一种结构简单的单轴关节。患者穿着假肢步行时，肘关节在上臂的带动下随着步行的节奏自由摆动。摆动的幅度可以调节，但屈曲角度无法锁定。

2)手动单轴肘关节：这种肘关节也是单轴结构，但多了屈曲角度锁定功能。与自由摆动式单轴肘关节相比，手动单轴肘关节的屈曲角度是患者自己预先用健手设定并锁定的。患者活动时假肢肘关节保持设定角度不变。关节设计有用于领定角度的机构。比较典型的是棘轮机构，也有其他机构。上述两类装饰性肘关节都有骨骼式和壳式两种结构，分别用于骨骼式假肢和壳式假肢。

（2)索控假肢的组件式肘关节：索控假肢的组件式肘关节为单轴壳式结构。该关节的核心是有一个拉索控制的棘轮机构。棘轮机构的作用是来实现锁定关节和解除关节锁定的功能。对棘轮的操作通过牵拉牵引索来进行。患者牵拉牵引索以操作棘爪，对肘关节的回转动作进行固定或解除固定。这种操作是交替进行的，即在关节锁定状态下牵拉一次，关节解锁；再牵拉一次，关节再次锁定，如此反复。索控假肢的组件式肘关节主要用于壳式结构的索控肘离断假肢、索控和混合型上臂假肢、索控和混合型肩离断假肢。用于这些假肢时，患者能自己通过牵引索控制肘关节的屈曲活动、能将肘关节在任意屈曲角度锁定并解除锁定。而肘关节的屈曲活动则是在解除肘关节锁定后依靠牵拉另一根固定在前臂部的拉索来完成。

5.链式肘关节铰链式肘关节是结构上与组件式肘关节完全不同的另一类肘关节。铰链式肘关节通常由双侧支条和铰链构成。安装时，双侧铰链应同轴且运动轨迹完全重合。铰链式肘关节的安装尺寸比组件式肘关节小得多，几乎不受安装尺寸的限制。特别适用于前臀残肢极短的患者安装带肘关节的假肢。对于上臂极长残肢或肘离断截肢的患者，如果他们对肘关节安装尺寸要求非常苛刻时，也可考虑用铰链式肘关节。对于采用皮革接受腔、不适合安装组件式肘关节的上臂截肢者和肘离断截肢者，应选用铰链式肘关节。铰链式肘关节有多种结构类型。

（1）摆动式铰链肘关节

1)单轴铰链肘关节：上臂支条和前臂支条用单轴连接起来，实现关节的屈伸活动，结构简单。通常使用一对关节分别安装在接受腔内外两侧。

2)多轴铰链肘关节：通常为双轴。可通过调整肘关节屈曲轴的偏移使肘关节易于屈曲，同时扩大肘关节屈曲角度。

3）倍增式铵链肘关节：这种肘关节由三根杆件组成。杆件通过回转副或齿轮相连接，可以将前臂残肢的屈曲角度放大近一倍，以取得用较小的残肢肘关节的活动实现较大范围的假肢肘关节活动的效果。用于残肢肘关节活动范围小、不能实现足够屈肘动作的前臂短残肢的截肢者。

(2）索控单轴铰链肘关节：该关节的工作原理与索控组件式肘关节的基本相同。两者都是通过牵拉牵引索来控制肘关节的锁定、解锁和屈曲。它们之间的区别主要存在于适用的截肢者类型、结构尺寸和安装位置等方面。首先，索控单轴铰链肘关节主要适用于上臂残肢过长，没有足够空间安装组件式肘关节的上臂截肢者和肘离断截肢者；其次，本关节结构为较轻薄的长片|四崩状，非常轻便；最后本关节通常安装在接受腔内侧，外侧则安装单轴铰链肘能节是关节。

6.电动肘关节电动肘关节由电机经减速器减速后直接驱动前臂相对于上臂转动，实现肘关节的屈曲活动。电动肘关节一般不需要自动增力机构，但通常需要力平衡装置。这是由于作用于电动肘关节的载荷与假手及其抓持物体的重量和前臂在水平面上投影的长度成正比。在手臂伸展过程中，前臂在水平面上投影的长度是变化的，且变化幅度很大。为此，通常在关节处安装一个储能弹簧，平衡这种载荷变化的幅度。电动时关节既可采用开关控制，又可采用肌电控制。采用肌电控制时，要求截肢者具有较好的肌电信号，且能够得到较好的肌电信号控制训练。7.前臂和上臂的柔性连接这种结构用于连接上臂围帮和前臂接受腔。虽然没有关节结构，但能够通过柔性变形而跟随残关节进行活动，故而称之为柔性连接,亦称为柔性肘关节。柔性连接起位置固电动肘关节定、悬吊插入式接受腔的作用。根据材料特性分为软、硬两类。硬质柔性连接是一种将钢索装在螺旋弹簧制的钢索保护套中连接前臂接受腔和上臂围帮的连接方式。用于残肢有可内外旋功能的前臂截肢长残。软性柔性连接是一种用衬有布条的皮革或尼龙带连接前臂接受腔和上臂围帮的连接方式。