一种两级合规性准被动假肢手腕的多维度评估：在桡侧肢体缺失情况下的功能、生物力学、认知及用户体验方面的结果

《Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation》：Multidimensional evaluation of a two-level-of-compliance quasi-passive prosthetic wrist: functional, biomechanical, cognitive and user-experience outcomes in trans-radial limb loss

　　

摘要

背景

上肢假体的进步极大地扩展了桡骨截肢者的功能能力，但由于现有假体设备的移动限制，补偿性动作仍然很常见。本研究评估了一种具有两个自由度和可调柔顺性的准被动假体手腕的功能表现，该假体遵循“同步手-腕操作”原理（在伸手时柔顺，在抓取开始时自动变硬），重点关注临床功能、补偿策略、认知负荷和用户体验。

方法

六名男性假体使用者（平均年龄53±13岁）在连续两天内完成了两次实验。第一次实验包括使用南安普顿手部评估程序（SHAP）进行熟悉和临床评估。在第二次实验中，通过运动捕捉技术（Vicon，英国）评估了六项标准化手动任务中的补偿策略，并与年龄和性别匹配的健康对照组进行了比较。假体使用者以随机顺序在柔顺状态（ON）和完全刚性状态（OFF）下完成了所有程序。临床、时空和运动学结果使用线性混合效应模型进行分析。主观评估包括NASA任务负荷指数（NASA-TLX）、系统可用性量表（SUS）以及一份定制问卷，用于评估该设备在其预期柔顺操作模式下的整体使用体验。

结果

在SHAP评估中，柔顺状态下的平均手部功能得分显著低于刚性状态（55.0分对比58.3分，下降约5%；p=0.034），并且在26个项目中有4个项目的完成时间更长（平均增加1.4秒，增加18-44%；p<0.05）。生物力学分析显示，在所有任务中，柔顺状态下的伸手阶段持续时间延长，而手部总轨迹的变化很小。特定任务的运动学适应现象明显：当在柔顺状态下抓取时，近端关节的补偿动作减少，使关节活动范围更接近健康对照组。特别是在涉及表面交互或复杂的手-物对齐的任务中，需要额外的运动策略。主观评估表明认知负荷处于中等水平（NASA-TLX：48/100），可用性高于平均水平（SUS：74/100），并且整体接受度较高。

结论

多自由度的准被动假体手腕可以减少近端关节的补偿动作，尽管会引入更长的执行时间和新的运动需求。功能益处很大程度上取决于具体任务。这些发现强调了在增加机械复杂性与可用性之间取得平衡的重要性，以优化临床结果和用户满意度。