肌電假手控制系統(tǒng)研究-肌電控制上肢假肢

肌電控制假手(Myoelectric Controlled ArtificialHand)是利用肌電作為控制信號的新型動力假手，它是一種生物電控制的典型的“人一機系統(tǒng)。”

1948年德慕尼黑大學(xué)制成第一個用肌電控制的假肢，以后從1953年開始到1962年，蘇聯(lián)用肌肉電位控制的實用假手獲得初次研制成。后來，肌電控制假手在美、西德、日本、英、加拿大、南斯拉夫、意大利、奧地利等都得到發(fā)展。我從60年代起，也開始了肌電控制假手的研究作。在夕｝，1971年肌電控制假手開始成為商品。

正常人手的動作控制是按照人的意志，首先引起大腦皮層運動區(qū)或有關(guān)位神經(jīng)元的興奮，然后以脈沖的方式將興奮傳導(dǎo)至腦干以至脊髓，到達運動神經(jīng)末梢并支配肌肉，后肌肉就按意志產(chǎn)生收縮并使手動作。殘肢者由于控制信號在殘端中斷，因而需要設(shè)法向假手傳遞送到殘端為止的信號，并通過假手動作的反饋信號調(diào)節(jié)假手動作使它確化。肌電控制假手的作用原理，就是利用殘肢者已失去的效應(yīng)器(手)的殘端肌肉上檢出的盡管微弱但卻能反映人的運動意志的肌電位變化，作為控制假手動作的控制信號，控制假手動作，從而代替人軀體上失去的效應(yīng)器(手)。

肌電信息的產(chǎn)生骨骼肌有兩大特點：

(1)收縮做;

(2)其運動受意識控制和神經(jīng)支配。這就為肌電信息用來作為控制信號提供了有利的條件。正常骨骼肌的隨意收縮來自大腦皮層的興奮，它是靠神經(jīng)系統(tǒng)傳導(dǎo)的。由于神經(jīng)纖維和肌原纖維第一章緒論是兩種完不同的組織，其間并無直接的細胞質(zhì)(或原生質(zhì))聯(lián)系。為了實現(xiàn)興奮由運動神經(jīng)向肌肉傳遞，就須通過神經(jīng)末梢及其支配的運動終板進行信息的傳遞。一般認為，終板處神經(jīng)沖動的傳遞是借化學(xué)物質(zhì)即乙酰膽堿(Ach)實現(xiàn)的。當(dāng)沖動傳到神經(jīng)末梢時，其中的突觸小泡釋放出乙酰膽堿經(jīng)擴散，透過接頭前膜，進入突觸槽，從而使接頭后膜通透性增高，去化引起肌肉動作電位，并很快擴散到整個肌纖維表面，影響運動系統(tǒng)，引起肌肉收縮。其過程可以用下列框圖來說明：

肌電信息產(chǎn)生框圖肌電信息與肌肉收縮的關(guān)系可以概述如下：由中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)出傳向運動神經(jīng)末梢分支的動作電位，傳遞著驅(qū)使肌肉收縮的信息。由于神經(jīng)末梢分支的電流太小，常不足以直接興奮大的多的肌纖維，但是通過神經(jīng)肌肉接頭處的特殊終板的類似放大作用(當(dāng)神經(jīng)沖動傳到終板時，釋放一些乙酰膽堿，增加膜對各種離子的通透性而有效地使細胞膜去化)，這樣就發(fā)一個動作電位沿著肌纖維而傳播，在動作電位的激發(fā)下隨之產(chǎn)生一次肌肉收縮。這種興奮和收縮之間的聯(lián)結(jié)是通過肌纖維內(nèi)幾種特殊的傳導(dǎo)系統(tǒng)實現(xiàn)的。

因此，我們可以明確以下概念：

(1)動作電位不是肌肉收縮的表現(xiàn)，而是發(fā)動肌肉收縮機制的重要分;

(2)由于肌電信號只與給與肌肉的令成比例，因此肌肉實際上不需要產(chǎn)生力，但作的肌肉仍然是發(fā)放肌電的適當(dāng)源泉。實踐還告訴我們，肌肉活動經(jīng)過訓(xùn)練，肌電的發(fā)生在一定條件下是可以改善和康復(fù)的。這對康復(fù)程領(lǐng)域為殘肢者盡可能利用殘端肌肉發(fā)放的肌電、實現(xiàn)對肌電假手的控制，創(chuàng)了更有利的條件。