年人工膝關(guān)節(jié)行業(yè)技術(shù)分析：國內(nèi)推動(dòng)人工膝關(guān)節(jié)行業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展在2025年，人工膝關(guān)節(jié)行業(yè)技術(shù)正處于快速進(jìn)展與變革的階段。隨著科技的不斷進(jìn)步以及截肢患者對(duì)生活質(zhì)量要求的提高，人工膝關(guān)節(jié)技術(shù)的創(chuàng)新與突破成為行業(yè)關(guān)注焦點(diǎn)。從簡潔的被動(dòng)式結(jié)構(gòu)，到如今融合多種先進(jìn)技術(shù)的智能產(chǎn)品，人工膝關(guān)節(jié)行業(yè)技術(shù)在提升患者生活便利性與舒適性方面取得了顯著成果，但也面臨著諸多挑戰(zhàn)與問題。

一、人工膝關(guān)節(jié)技術(shù)進(jìn)展歷程

(一)被動(dòng)式人工膝關(guān)節(jié)的阻尼智能調(diào)控演進(jìn)

早期的智能人工膝關(guān)節(jié)以被動(dòng)式氣壓膝關(guān)節(jié)為主。這類膝關(guān)節(jié)能夠借助假肢關(guān)節(jié)內(nèi)部或健肢上的傳感器，實(shí)時(shí)測算穿戴者的行走步速。通過將步速劃分為不同等級(jí)，自動(dòng)掌握?qǐng)?zhí)行機(jī)構(gòu)對(duì)氣壓缸阻尼進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，使搖擺相的搖擺速度與穿戴者行走速度相匹配，讓步態(tài)更為自然。不過，其掌握方式多為開環(huán)掌握，“智能”程度有限，僅實(shí)現(xiàn)了步速跟隨功能。目前，國內(nèi)已勝利研制出類似原理的產(chǎn)品并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

為應(yīng)對(duì)簡單路況，后續(xù)研發(fā)基于多種傳感器信息，開發(fā)簡單的路況與動(dòng)作識(shí)別算法。此時(shí)的代表性產(chǎn)品采納液壓缸作為阻尼元件，相比氣壓缸，液壓缸體積更小，阻尼變化響應(yīng)更快，承重時(shí)支撐性更好。這些人工膝關(guān)節(jié)利用角度、力矩、加速度等多種傳感器，綜合推斷使用者的行走速度、步態(tài)相位以及突發(fā)狀況。在支撐期供應(yīng)足夠阻尼保障穩(wěn)定性，搖擺期依據(jù)步速調(diào)整阻尼，突發(fā)狀況下也能做出相應(yīng)阻尼掌握，還可依據(jù)患者步態(tài)需求設(shè)定特定工作狀態(tài)，如上下樓梯、斜坡行走等。

在阻尼掌握實(shí)現(xiàn)方式上，氣壓缸和液壓缸通常通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)調(diào)整連接氣(液)室之間通路的閥門開度來調(diào)整屈伸阻尼，不同產(chǎn)品在缸體數(shù)量、通路及閥門設(shè)計(jì)上存在差異。此外，還有利用電/磁流變液調(diào)整關(guān)節(jié)阻尼的產(chǎn)品，其原理是電/磁流變液在不同電場、磁場作用下轉(zhuǎn)變黏稠度，進(jìn)而轉(zhuǎn)變液體在液壓缸內(nèi)流通的阻尼。國內(nèi)部分高校曾開展相關(guān)討論，但受材料穩(wěn)定性、阻尼變化響應(yīng)速度及變電壓等因素限制，成果距實(shí)際應(yīng)用有較大差距，未能形成產(chǎn)品。

(二)主動(dòng)式人工膝關(guān)節(jié)的仿生運(yùn)動(dòng)掌握探究

主動(dòng)式人工膝關(guān)節(jié)近年來成為討論熱點(diǎn)，因其能在簡單路況下的費(fèi)勁動(dòng)作中為穿戴者供應(yīng)主動(dòng)助力，減輕行走負(fù)擔(dān)。其代表產(chǎn)品不僅能關(guān)心使用者從座椅站立，還能在上坡、爬樓梯時(shí)主動(dòng)發(fā)力。國內(nèi)外高校和科研機(jī)構(gòu)雖已開展設(shè)計(jì)和掌握方法討論，但產(chǎn)品尚未問世。

純主動(dòng)式掌握一般采納電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)屈伸運(yùn)動(dòng)，但電機(jī)在關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)中需持續(xù)運(yùn)行，且在起立、上下樓梯等動(dòng)作時(shí)需較大驅(qū)動(dòng)力，導(dǎo)致耗電量極高，電源問題成犯難以突破的瓶頸。因此，主被動(dòng)混合式人工膝關(guān)節(jié)假肢討論興起。例如，部分產(chǎn)品有驅(qū)動(dòng)和非驅(qū)動(dòng)兩種工作模式，驅(qū)動(dòng)模式下電機(jī)主動(dòng)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)，非驅(qū)動(dòng)模式則依靠液壓缸阻尼實(shí)現(xiàn)被動(dòng)運(yùn)動(dòng)。這種結(jié)合方式既能在需要大力矩時(shí)助力，又能節(jié)省能源，成為當(dāng)前討論熱點(diǎn)。

(三)基于人體生物信息的人工膝關(guān)節(jié)智能掌握進(jìn)展

目前的人工膝關(guān)節(jié)產(chǎn)品，無論主動(dòng)式還是被動(dòng)式，大多以角度、力、加速度等物理信息作為掌握源。然而，物理信息反映人的運(yùn)動(dòng)意圖存在滯后性。腦肌電等生物信號(hào)能直觀反映運(yùn)動(dòng)意圖，且先于動(dòng)作發(fā)生，對(duì)需與人體緊密協(xié)作的人工膝關(guān)節(jié)而言是抱負(fù)的掌握信息。

《2025-2030年中國人工膝關(guān)節(jié)行業(yè)市場調(diào)查討論及投資前景分析報(bào)告》指出，腦肌電掌握上肢假肢技術(shù)已相對(duì)成熟，但下肢假肢掌握更為簡單。下肢運(yùn)動(dòng)連貫，受步速、路況等多種因素影響，且需在完成動(dòng)作時(shí)保證身體穩(wěn)定支撐，對(duì)掌握精確?????性要求極高。自上世紀(jì)80年月起，國外就有學(xué)者嘗試將肌電信號(hào)應(yīng)用于人工膝關(guān)節(jié)掌握，但成果未投入使用。本世紀(jì)以來，國內(nèi)也開展了相關(guān)討論，包括利用肌電信號(hào)識(shí)別動(dòng)作、路況、步速，以及討論肌電信號(hào)與物理信息的對(duì)應(yīng)關(guān)系。但受殘疾人肌電采集方法、個(gè)體差異性、掌握識(shí)別精確?????性和實(shí)時(shí)性等因素限制，討論結(jié)果尚未應(yīng)用于實(shí)際產(chǎn)品，不過為將來應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。隨著生物醫(yī)學(xué)和腦肌電掌握技術(shù)的進(jìn)展，生物信號(hào)掌握下肢假肢有望在不久的將來實(shí)現(xiàn)。

二、國內(nèi)人工膝關(guān)節(jié)技術(shù)現(xiàn)狀與問題

經(jīng)過多年進(jìn)展，我國在人工膝關(guān)節(jié)技術(shù)方面開展了大量討論，初步構(gòu)建起研發(fā)技術(shù)體系，在膝關(guān)節(jié)仿生氣構(gòu)設(shè)計(jì)、假肢生物力學(xué)、智能假肢多信息融合掌握技術(shù)、基于生物信號(hào)的運(yùn)動(dòng)識(shí)別技術(shù)等領(lǐng)域把握了一批自主學(xué)問產(chǎn)權(quán)技術(shù)。但與國際先進(jìn)水平相比，仍存在較大差距，尤其是在產(chǎn)品化方面。

(一)人工膝關(guān)節(jié)生物力學(xué)基礎(chǔ)討論薄弱

對(duì)假肢生物力學(xué)的基礎(chǔ)討論不足，人工膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)缺乏與人體生物力學(xué)以及臨床應(yīng)用的深度結(jié)合。例如，對(duì)正常人體和截肢患者的運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)規(guī)律討論不夠深化，未充分探究截肢者運(yùn)動(dòng)過程中對(duì)人工膝關(guān)節(jié)的功能需求，以及截肢者個(gè)體差異、不同裝配技術(shù)對(duì)假肢應(yīng)用性能的影響。若不能從根本上明確這些理論依據(jù)，設(shè)計(jì)出的產(chǎn)品難以全方位滿意使用者的實(shí)際需求。

(二)人工膝關(guān)節(jié)仿生氣構(gòu)設(shè)計(jì)創(chuàng)新匱乏

國內(nèi)人工膝關(guān)節(jié)產(chǎn)品的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)多仿照國外思路，連桿機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)常通過修改參數(shù)來滿意穩(wěn)定性和敏捷性要求，缺乏實(shí)現(xiàn)特定功能的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。比如，較少探究拋開現(xiàn)有連桿機(jī)構(gòu)和阻尼缸形式，通過模擬人體關(guān)節(jié)、肌肉作用方式設(shè)計(jì)新型機(jī)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)功能。此外，氣(液)壓缸的相關(guān)參數(shù)設(shè)計(jì)普遍缺乏標(biāo)準(zhǔn)和理論依據(jù)，難以實(shí)現(xiàn)突破性創(chuàng)新。如何依據(jù)人體下肢運(yùn)動(dòng)生物力學(xué)討論，確定假肢與人體運(yùn)動(dòng)參數(shù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，設(shè)計(jì)出符合人體膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的阻尼缸，是亟待解決的關(guān)鍵問題。

(三)智能人工膝關(guān)節(jié)多信息融合掌握技術(shù)討論欠深化

國內(nèi)在人工膝關(guān)節(jié)智能掌握方面主要基于傳感器信息進(jìn)行步態(tài)識(shí)別，理論討論雖取得肯定識(shí)別效果，但對(duì)下肢運(yùn)動(dòng)簡單狀況下的最優(yōu)掌握策略討論不夠深化。這導(dǎo)致智能膝關(guān)節(jié)的掌握和信息識(shí)別僅為簡潔對(duì)應(yīng)關(guān)系，在突發(fā)狀況和簡單動(dòng)作時(shí)難以實(shí)現(xiàn)抱負(fù)掌握效果，患者使用的平安性也難以充分保障。

(四)人工膝關(guān)節(jié)零部件加工及組裝工藝水平低

受氣(液)壓缸密封技術(shù)、熱處理工藝、軸承等關(guān)鍵零部件質(zhì)量掌握的限制，國內(nèi)人工膝關(guān)節(jié)產(chǎn)品質(zhì)量和使用性能難以大幅提升。產(chǎn)品的基本結(jié)構(gòu)和部件性能直接影響智能掌握效果，這些問題已成為制約人工膝關(guān)節(jié)技術(shù)進(jìn)展的瓶頸，急需突破。

三、人工膝關(guān)節(jié)行業(yè)技術(shù)進(jìn)展展望

回顧國內(nèi)外人工膝關(guān)節(jié)技術(shù)的進(jìn)展歷程，其技術(shù)進(jìn)步與相關(guān)應(yīng)用技術(shù)的成熟親密相關(guān)。隨著截肢者對(duì)假肢功能和性能要求的不斷提高，交替上下樓梯已成為當(dāng)前智能人工膝關(guān)節(jié)追求的主要功能之一，主動(dòng)式及主被動(dòng)混合式人工膝關(guān)節(jié)也漸漸成為討論重點(diǎn)。同時(shí)，隨著神經(jīng)接口掌握技術(shù)的日益成熟，利用腦肌電等生物電信號(hào)掌握下肢假肢將成為將來討論和進(jìn)展的熱點(diǎn)趨勢(shì)。

目前，國內(nèi)在人工膝關(guān)節(jié)各方面技術(shù)討論上并不落后，但對(duì)使用者需求的基礎(chǔ)理論討論和臨床應(yīng)用討論不夠深化，致使產(chǎn)品設(shè)計(jì)缺乏理論支撐，創(chuàng)新性不足。在將來的討論中，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)相關(guān)基礎(chǔ)討論，為人工膝關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì)供應(yīng)有力支持，推動(dòng)人工膝關(guān)節(jié)行業(yè)技術(shù)不斷進(jìn)展，更好地服務(wù)于截肢患者，提升他們的生活質(zhì)量。

更多人工膝關(guān)節(jié)行業(yè)討論分析，詳見中國報(bào)告大廳《人工膝關(guān)節(jié)行業(yè)