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第二章 临床康复工程学基础
这是一篇关于临床康复工程学基础的思维导图，主要内容有基本力学概念、肌骨系统生物学、人体运动的生物力学分析、假肢矫形器设计的生物力学原理与假肢设计有关的生物力学等。
编辑于2022-09-18 17:40:07 广东- 临床康复工程学基础
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第二章 临床康复工程学基础
生物力学
基本力学概念
（一）力
外力
力的外部效应是使物体产生运动或平衡，称为外力或载荷，包括体积力（体力）和表面力（面力）。
体力：指分布在物体体积内的力，不直接接触物体，如重力、惯性力。
面力：分布在物体表面上的力，如压力、摩擦力、撞击力、地面反作用力等。
内力
力的内部效应，是使物体产生变形，甚至使物体发生破坏，称为内力。
（二）力矩、力偶、力偶矩
1、力矩=力*力臂，力矩表示力对物体作用时产生转动效果的物理量。 2、力偶：作用线互相平行但不重合、大小相等、方向相反的两个力作用在物体上，物体会产生转动，这一对力称为力偶。 3、力偶矩：力偶中一个力的大小乘以力偶臂（=F1·d 或F2·d）。通常用符号M表示，使物体产生逆时针方向转动的力偶矩取正值，否则负值。力偶作用在刚体上，能改变其转动状态。力偶的转动效应决定于力偶矩。
（三）材料力学相关概念
1、应力
单位面积上的内力，表示结构内某一平面对外部负荷的反应， 用单位面积上的力表示。应力的大小用下述公式表示：应力＝作用力/材料单位面积 应力的国际单位为N/m2 1N/m2 = 1Pa（帕斯卡） 1MN/m2 = 1MPa = 106 N/m2 = 106Pa 1GPa = 1GN/m2 = 109Pa
物体由于外因（受力、湿度、温度场变化等）而变形时，在物体内各部分之间产生相互作用的内力，以抵抗这种外因的作用，并力图使物体从变形后的位置恢复到变形前的位置。
2、应变
物体受力产生变形时，体内各点的变形程度一般不同。描述某一点变形程度的力学量就是该点的应变，既结构内某一点受载时所发生的变形。分为线应变和切应变。
3、弹性模量
材料在弹性变形阶段，应力和应变的比值，是用以描述物质弹性的物理量。分为线弹性模量（杨氏模量）、剪切模量和体积模量。
4、强度
指构件抵抗外力破坏的能力，即在外力作用下，保持自身的连续性和完整性，不发生中断的能力。若外力超过骨的最大承载能力时，就会发生骨折。
各种假肢、矫形器、骨固定器等都需要有足够的强度（破坏-断裂或变形过量不能恢复），构件应有足够的抵抗破坏的能力。
5、刚度（硬度）
又称硬度，指构件抵抗外力而不发生变形的能力，即在外力作用下，骨能保持其固有形状和尺寸不发生改变的能力。当外力大于其最大刚力时，骨则会发生变形。
骨外固定器的刚度要求具有可调性，要满足骨折早期坚强固定和中后期弹性固定的要求，构件应有足够的抵抗变形的能力。
6、稳定性
指构件保持原有平衡形态的能力。
各种假肢、矫形器、骨固定器等都需要有足够的强度。骨外固定器的刚度要具有可调性，以满足骨折早期坚牢固定和中后期弹性固定的需要。下肢假肢需要有良好的稳定性，才能确保行走的安全。
7、承载能力
指构件在受到外力作用时不会发生破坏，要求构件满足一定的强度、刚度和稳定性。
8、应力集中
指受力构件由于几何形状、外形尺寸发生突变而引起局部范围内应力显著增大的现象。
9、弹性变形
指材料在外力作用下产生变形，当外力撤除后，材料变形消失并能完全恢复原来形状的性质称为弹性，这种可恢复的变形称为弹性变形。
10、弹性极限
指应力超过了一个特定的值，当撤除时，样本不能完全恢复它的大小和形状，这个特定的值称为弹性极限。
11、塑性变形
指当材料在超过弹性极限后，外力撤除或消失后，不能恢复原状，发生永久变形的一种物理现象。
12、蠕变
指应力保持一定，物体应变随时间增加而增大的现象。
13、应力松弛
指物体突然发生应变时，若应变保持一定，相应的应力将随时间增加而下降的现象。
肌骨系统生物学
骨是杠杆 关节是枢纽 肌肉是动力
（一）骨生物力学
骨的生物力学特性
骨密质的应力—应变关系示意图（P13）： 曲线表明：在弹性范围，载荷不能引起永久变形，一旦超过屈服点，一些变形将是永久变形。
强度：不被外力破坏；曲线与坐标轴围成的面积； 刚度：不因外力变形；弹性范围内，曲线斜率即弹性模量=应力/应变。弹性模量越大，刚度越大。 骨密质的刚度比骨松质的大，在被破坏前能承受比较大的应力，但应变较小，易骨折。
1、屈服应力：如应力超过了一个特定的值，当卸载时，样本不能完全恢复它的大小和形状，这个特定的值称为弹性极限，又称屈服强度或屈服应力，该点称为屈服点。 2、屈服应变：屈服点所对应的应变值。 3、极限应力：超过屈服点的最大应力。 4、极限应变：极限应力对应的应变值。
骨的受力形式
1、拉伸(tension)载荷：是在骨的表面向外施加大小相等而方向相反的载荷，骨在较大载荷作用下会伸长同时变细。 2、压缩(compression)载荷：是在骨的表面向内施加大小相等而方向相反的载荷，骨在较大载荷作用下会缩短同时变粗。 3、弯曲(bending)载荷：指骨受到垂直于轴线的横向力或大小相等、方向相反、作用于包括轴线的纵向平面内的一对力偶，使骨沿其轴线发生弯曲的载荷。骨在弯曲时一侧受到压缩应力，另一侧受到拉伸应力。 4、剪切(shearing)载荷：施加载荷的方向与骨表面平行，形变由大小相等、方向相反、作用线垂直于骨骼的很近的两个相互平行的力引起，使骨骼的两部分沿外力的方向发生相对错动的载荷。 5、扭转（torsion)载荷：加于骨上受大小相等、方向相反、作用面都垂直于轴线的两个力偶，使其沿轴线产生扭曲的载荷。 6、复合载荷：上述两种或两种以上的载荷。在活体，骨很少只受到一种负载形式的作用。复合载荷引起的形变则为复合形变。
（二）肌肉生物力学
肌肉结构的力学模型
1、肌肉收缩元：代表肌节中的肌动蛋白微丝及肌球蛋白微丝。兴奋时可产生张力，称主动张力。张力大小与肌动蛋白和肌球蛋白之间的相对位置和横桥数目有关。 2、并联弹性元：代表肌束膜及肌纤维膜等结缔组织。当肌肉被牵拉时产生弹力，称被动张力。代表肌肉被动状态下的力学性质。 3、串联弹性元：代表肌微丝、横桥的固有弹性，并与部分结缔组织包括肌纤维排列方向上的所有结缔组织及肌腱有关。当收缩元兴奋后，使肌肉具有弹性。 4、模型的串联构成肌的长度：肌收缩力＝F 肌收缩速度＝ nΔx/ Δt 肌长度的增加，对其收缩速度有良好影响，但不影响收缩力。 5、模型的并联构成肌的厚度：肌收缩力＝nF 肌收缩速度＝ Δx/ Δt
肌肉收缩的类型
向心收缩（concentric contraction）：肌肉作用产生力时，其长度缩短，此时肌力大于外部力。如肌力克服肢体重量引起关节运动。
离心收缩（eccentric contraction）：如果有一个力作用到一块受刺激的肌肉上，并且这个力大于这块肌所能产生的最大肌力时，即当一块肌肉不能产生足够的拉力克服外部载荷，它将给拉长。那么，这块肌肉事实上被拉长，这就是所谓的离心作用。目的：减小关节的运动。
等长收缩（isokinetic contraction）： 肌肉作用产生力时，其长度不变，此时肌力等于外部力。肌肉尝试着缩短，但没有克服外力引起运动，它只是产生一个力矩在一个固定的位置支持负荷（support load）。是固定体位和维持姿态时的主要肌肉运动形式，属于肌肉的静力性运动。 例如：半蹲位时的股四头肌收缩 紧咬下颌时咀嚼肌的收缩
同一肌肉产生的最大力，离心收缩最大，其次是等长收缩，向心收缩最小。在收缩方向上，习惯上把向心收缩的缩短方向作为正的，等长收缩为0，离心收缩的拉长方向为负。
肌肉的力学特性
1、力—长度关系： 总张力=主动张力+被动张力 是肌肉三元素力-长度特性的综合表现。 2、力—时间关系： 肌肉产生的力或张力与收缩时间具有一定的比例关系：收缩时间越长，产生的力越大，直到达到最大张力。 3、力—速度关系： 描述肌肉产生最大等长收缩力的长度时的力与肌肉收缩速度之间的关系。 向心收缩时：1、肌肉收缩的速度与外力呈反比； 2、外部载荷为零，缩短的速度最大； 3、载荷增加，肌肉缩短越慢； 4、外部载荷等于最大力，缩短的速度变为零，做等长收缩； 5、载荷进一步增大，开始做离心收缩； 6、载荷增加，肌肉延长加快。 4、影响因素： 预拉伸的影响：肌肉向心收缩时被拉伸后立即缩短比其做等长收缩时缩短做的功多，因为不但在肌肉的串联弹性元储存有弹性能，而且在收缩元也储存有弹性能。 温度影响：一定范围内，温度升高可以增加肌肉产生的力。
（三）关节生物力学
1、关节运动的类型：（绕三个相互垂直的轴，三个相互垂直的平面上进行的运动。） 屈伸运动：环绕冠状轴在矢状面上。 内收、外展运动：环绕矢状轴在冠状面上。 旋转（旋内、旋外）运动：环绕垂直轴（纵轴）在水平面上。
2、关节运动的自由度（DOF of joint motion） ： 一个关节在两维或三维空间中可能具有的运动数目。 二维空间，一个关节有三个自由度。 三维空间，一个自由关节有6个自由度。 普遍关节，有两个自由度。 例如：髋关节可在三个方向上转动：屈-伸，内收-外展和内旋-外旋。
3、人体运动链：（人体关节运动本质上是运动链的运动。目的：让运动链的末端效应器完成人体的各种运动。） (1)环节(segment or link)： 一个环节：是相邻二个关节中心之间的肢体部分，如大腿、小腿、上臂、前臂等。 远侧最后环节定义为末端效应器或末端环节，如头、手、足等。 (2)运动副(kinematic pairs)： 两个环节通过一个关节连接起来就组成了一个运动副。 在机械原理中，根据两构件连接面的形状把运动副分成低副和高副， 以点或线接触组成的运动副叫高副，在人体中，关节面形状中没有以点或线接触的情况，因此，人体中没有高副。 (3)运动链(kinematic chain)： 三个或三个以上环节通过关节相连，组成运动链。 运动链是研究人体运动的基础，分为开放链和闭合链。 开链运动：肢体近端固定，远端关节活动。如步行摆动相。 闭链运动：肢体远端固定，近端关节活动。如步行支撑相。
4、关节的活动度和稳定性： 稳定性好的关节，活动度小：上肢关节有较大活动度，下肢关节与脊柱有较大稳定性。 影响因素：（骨骼和韧带对关节的静态稳定起主要作用，动态稳定由肌肉承担。） 1、 构成关节两个关节面的弧度之差 2、 关节囊的厚薄与松紧度 3、 关节韧带的强弱与多少 4、 关节周围肌群的强弱与伸展性
5、关节运动力学 ： 1、分析关节所受到的力及其运动情况。 2、很多因素可导致关节疾病的形成，如关节畸形、超生理载荷以及环境影响。 3、作为分析关节力学特性、疾病成因、治疗和预防手段的关节生物力学，可为骨科医疗器械、假肢矫形器和人工关节设计等提供理论依据。
人体运动的生物力学分析
（一）人体站立状态的力学分析
1.姿势 姿势是身体环节在空间的相对排列； 静态的姿势指保持一个姿势； 动态的姿势指身体或环节移动时的姿势； 在任何一种姿势下，为了保持直立姿势，身体必须抵抗重力或作用在其上的其它力的影响。
2.重心 指人体全部环节（整个人体）所受重力的合力的作用点。 由于身体姿势的变化，重心位置也随之变化，也可在体外，重心移动的方向总是与环节移动方向一致； 直立人体的平衡和稳定，取决于重心的位置及其与支撑面之间的关系。人体直立时，人体重心位于第二颈椎齿突，髋关节之后，膝、踝关节之前的解剖位置。
3.重力作用线 简称力线，总是垂直指向地心； 重力作用线通过关节轴，重力作用表现为为压力或拉力； 重力作用线不通过关节轴，力矩产生，力矩的大小与关节轴到重心作用线的垂直距离（力臂）成比例，力臂越长，力矩越大，当力线垂直于杠杆臂时，力矩最大；力臂越短，力矩越小，产生线性影响的压力或拉力越大； 身体直立和屈膝时的力线比较。直立时在髋、膝、踝的力臂比屈膝时小，随着力臂的增加，髋关节和膝关节屈曲程度增加，踝关节背屈程度增加。
4、足踝对整体重量的支撑 站立时，体重通过下肢骨落于距骨与足弓之上，最后通过力的传递，作用于跟骨及第1—5跖骨小头。正常站立时，小腿三头肌收缩，减轻跟骨的负荷。
（二）人体运动状态的力学分析
1.人体运动分析常用的基本参数 ： （1）人体惯性参数：是与被测者的人体形态有关的参数，主要有人体各分体的质量mi，各分体的质心位置ci，各分体绕三个轴的转动惯量（总称为人体惯性张量）Jix、Jiy、Jiz 。 （2）动力学参数：主要包括外力、外力矩及人体各分体间的内力与内力矩。 （3）运动学参数：主要包括人体各分体运动的位移、速度、加速度及角位移、角速度、角加速度、身体姿位和关节角度等。
2.正常功能下的运动及作用力 ： 步态（gait）：指行走时的人体姿态。 步态受到人体解剖结构、生理功能、运动控制能力及心理状态等多种因素的影响。 步态分析：对行走功能的测量、分析和评价方法。
（1）步态分析中的一些基本概念：
1）步态周期（gait cycle)：行走过程中，从一侧脚跟着地开始到该脚跟再次着地，一个步态周期分支撑相和摆动相。 支撑相：两个双支撑期和一个单支撑期，占比60%，其中双/个10%，单40%。 摆动相：占比40%。 传统Perry分类法：一个步态周期分为：开始触地期、承重反应期、支撑中/末期、摆动前/早/中/末期。
2）步长与跨步长： 1、行走时左右足跟（或趾尖）间的纵间距离称为步长（step length)； 2、同侧足跟（或趾尖）两次着地间的距离称为跨步长（stride length)， 又称步幅； 3、一个跨步长等于两个步长。
3）步态分析参数： 1、运动学参数：时间参数、 空间参数、 时间-空间参数。 2、动力学参数：足-地接触力、 踝关节力、身体重心的加速度。 3、 肌电活动参数：步行过程中，下肢各肌肉的电活动； 正常人步行，股四头肌活动、踝关节背伸肌活动与步行能力显著相关，姿势的变化与步长、步速、支撑期显著相关； 股四头肌活动与每个步态参数都有很重要的影响。在推动身体重心向上、向前时，腓肠肌和比目鱼肌显示出最大峰值活动。 4、 能量参数：包括能量代谢参数、机械能参数。 能量代谢参数：指步行中的能量代谢，可以在步态分析过程中同时用气体分析仪测量及分析气体中含氧量的变化，以此来计算步行中的能量消耗量。 机械能参数：一个步态周期中身体不同部位的能量消耗（产能及耗能）。
（2）行走时的受力：
1、站立：竖直向下的重力、地面通过双足产生一个向上的力。 2、行走：竖直方向上的作用力、水平前后方向的作用力、水平左右方向的作用力。 3、外力系统：重力本身以及身体某些环节加速产生的外力组成的系统。影响：在下肢的不同平面产生作用力及运动。运动系统中每一种成分的多少取决于身体的运动状态和肢体所处平面的高低。 4、内力系统：正常情况下，身体组织内产生的作用力系统。通过身体相应组织活动抵抗或控制外力和力矩。 5、行走时，地面反作用力、外力系统和内力系统相互依存。
3.内力系统异常时的运动及作用力： 身体组织因不同程度的损伤，不能作为内力系统起抵抗或控制的正常作用，将出现异常步态。 步态异常会引起病人运动时下肢力线存在问题，导致受力不均，甚至损伤。 常见异常步态：臀大肌步态（髋伸肌步态）、臀中肌步态、股四头肌步态、跨越或垂足步态、减痛步态、帕金森步态、偏瘫步态、剪刀步态、痉挛性截瘫步态、小脑共济失调步态、短腿步态。
假肢矫形器设计的生物力学原理 与假肢设计有关的生物力学
(1)上肢假肢设计的生物力学原理： 根据人体上肢解剖学的构造和各部分的配合关系，通过对线来调整和确定假手、腕关节、肘关节、肩关节和接受腔之间的位置和角度关系，使之既符合人体的自然肢位，又便于假手在日常生活和工作中发挥操持物的代偿功能。 自然肢位：两手放松垂直于身体两侧，肘关节轻度屈曲，前臂无旋前、旋后，腕关节伸展，手掌平行于躯干，掌心向内，各关节轻度屈曲。 (2)与下肢假肢设计有关的生物力学： 1、地面反作用力（ground reaction force，GRF）： 正常人步行时，从足跟触地到足尖离地，髋、膝、踝关节的运动都会受到GRF的影响，随着地面反作用力线与髋、膝、踝关节运动轴心的位置变化而变化。在单足支撑期，地面反作用力至少等于或大于体重。 2、重心： 设计下肢假肢时要考虑重心的影响。肢体失去远端部分，重心就移向近端；佩戴的假肢比原有肢体轻，新的重心在原始肢体更近端处；假肢越重，重心越接近假肢。此外，身体的总重心将向上和远离假肢侧移动。
与矫形器设计有关的生物力学 1、人体关节的转动运动与稳定： 关节转动所受到的作用力可能是内力或外力，当关节轴一侧的旋转力矩与另一侧相等则处于平衡状态，即关节的稳定状态。正常人体关节的稳定靠关节囊、周围韧带、肌肉协调收缩的共同作用，一旦被破坏，必须依靠外力产生的力矩对抗，引起异常运动的力矩越大，需要稳定的力矩就越大。为此，多采用三点力控制系统。为增加稳定力矩，在可允许情况下，尽量将矫形器边缘向上下延长，增加稳定力臂的长度，同时增加作用力的总面积来增强作用力。 2、人体关节的平移 ： 人体关节在剪切力的作用下可以产生平移。当膝关节的屈曲角度越大则膝关节平移越大，为了在屈膝位控制膝关节的平动，采用四点力系统的下肢矫形器。该仪器要求严格进行模塑，最好应用双轴的关节铰链，它的运动特性比单轴系铰链更接近正常的解剖特性。 3、骨与关节的轴向力 ： 正常躯干、下肢承重来源于体重和地面反作用力。当脊柱、下肢骨折与关节损伤时可能引起病变部位的疼痛、畸形和支撑动能的损失，为促进痊愈，减少疼痛，改进支撑功能，用矫形器减轻纵向承重。如佩戴坐骨承重的大腿矫形器、髌韧带承重的小腿矫形器。 4、地面反作用力 ： 应了解步行周期中不同时期GRF对下肢关节运动的影响。如佩戴硬踝的踝足矫形器者足跟触地和足平放时可推动小腿向前，促使膝关节屈曲；佩戴跖屈位硬踝的踝足矫形器者，足平放时可向后推动小腿，促使膝关节伸直。 5、皮肤表面压力的均匀分布： 尽量加大矫形器对肢体局部皮肤的加压面积，并使压力均匀分布，避免压力过分集中，造成皮肤损伤。所以，在矫形器的压力部位，特别是在骨的凸起部位应当精密地进行模塑，使用硅凝胶垫或塑料海绵垫，使皮肤表面的压力分布尽量均匀。
坐姿系统与坐垫有关的生物力学
一、坐姿下的力 1、重力：坐位时，若重力作用点与重心重合，就会维持稳定的姿势；若不重合，易翻倒受伤，故使病人在座椅上保持的重力作用点与重心重合，必要时添加辅助支撑系统。 2、压强：压强为施加在单位面积上的力，同一个力作用于较小面积时比较大面积的压强要大，而压强越大，接触面的软组织损伤也越大。需要将压力进行合理分解以避免压疮产生，通常增加受力面积来避免应力集中。 3、摩擦力：坐姿可产生动/静两种摩擦力。 （1）静摩擦力：是身体在坐具中开始运动时必须克服的力。最大静摩擦力与维持身体和坐具接触的垂直力成正比。人体与坐具接触越紧密，身体移动时需要克服的阻力也越大。 （2）动摩擦力：是身体在坐具中运动时与接触面之间产生的力。通常情况下，动摩擦力小于静摩擦力。 两者都会受到接触面状况的影响，包括温度、湿度和接触面的光滑程度等。摩擦力越大，身体运动越难，所需克服的阻力越大，还会加重压疮的产生，但适当的摩擦力对人体稳定在坐姿系统内有一定的帮助。 二、坐姿与坐姿下的运动 1、坐姿： 保持人体重心位于支撑底座正上方，这样有利于维持平衡，并且重心越低，稳定性越好，同时底座越大，身体的平稳运动范围越大；坐位，重心越低，出现更多的支撑点，如臀部、大腿股二头肌及脚等。 2、坐姿下的运动： 坐姿下的运动时，身体会产生平动和转动。当身体的所有部分都在同一时刻往相同方向运动相同的距离时，为平对；但若运动的时间、距离相同，而方向不同，运动会经历一个角度，为转动。坐位中，身体大部分的运动都属于转动，如肘、臀部的弯曲，肩部的伸展和弯曲等。在设计中需要考虑如何使机体的运动不受空间限制，又不会因空间过大而失去应有的支撑。 3、皮肤表面压力的均匀分布： 尽量加大坐垫对肢体局部皮肤的加压面积，并使压力均匀分布，避免压力过分集中，造成皮肤损伤；坐垫的压力部位，特别是骨的凸起部位，应当精密地进行模塑，使用硅凝胶垫、塑料海绵垫等，使皮肤表面的压力分布尽量均匀。
人机工程学
人机界面
（human-machine interface）又称用户/使用者界面，是指辅助技术装置中与人进行信息交互作用的界面，是人与计算机之间传递、交流信息的媒介和对话接口，实现信息的内部形式与人类可以接受形式之间的转换。
（一）人-机交互的原理与方法： 1、人与机之间均存在一个相互作用的“面”； 2、人与机之间的信息交流和控制活动都发生在此“面”上； 3、人通过界面，控制辅助技术装置，形成人→机信息的传递； 4、辅助技术装置的各种显示又“作用”于人，实现机→人传递； 5、人通过视觉和听觉等感官接收来自机器的信息，经过脑的加工和决策，然后做出反应，再次实现人-机之间的信息传递。
（二）人-机界面的分析与设计： 1、人-机交互系统设计，界面设计很重要，关系到系统的功能； 2、人们日常生活中常见的足-地面接触，影响着下肢关节的保健； 3、轮椅上的坐垫对保证使用者血液流通和避免褥疮起着重要的作用； 4、训练器械与人体接触部分不仅要考虑接触压力分布合理，还要考虑其对人体随意动作的适应性； 5、假肢接受腔与残端的接触界面直接影响残端软组织的压力分布，不仅影响到使用者的舒适感，而且不合理的分布会造成二次伤害。
（三）人-机交互系统的设计： 1、整体性能分析与设计： 在分析设计系统的运动学、动力学性能须结合人体的生物学参数，建立一体化模型。除了对关节的运动学规律进行研究并使其能仿照人体关节的运动外，还需将假肢与人体合为一体。 2、人-机交互与接触界面设计 ： 采用何种信息和采集处理方法是系统设计的一个重要问题，有直接接触时，界面的形状、材质、接触时的应力分布以及长期效应等都需要关注。 3、系统的个体适应性： 多数系统被不同的个体使用，对身高、体重的适应能力，对轮椅乘坐者坐姿状态的调整是普遍的问题，更复杂的问题是设计给不同程度和不同表现的功能障碍者，需要使系统适应于不同的肌肉和关节状态。
（四）人-机系统中机械系统对生理功能的影响： 机械对人体的反作用能引起人体运动控制功能和生物组织的变化: 1、矫形器矫正畸形骨骼； 2、康复训练中，把运动状态检测和运动质量分析结果反馈给受训者，利用生物反馈原理增强受训者的主观意识，促进运动功能的恢复和提高。
环境控制技术
（一）基本概念 ： 环境控制技术指利用各种设备来提高残疾人实现一种或多种操作能力的方法，关键是建立一个功能障碍者尚存功能与各种常用工具、物品及电器设备之间的人-机接口。研究目的在于为残疾人创造一个全新的、可控的、人工的积极环境，全面辅助残疾人的工作、学习和日常生活。
（二）简易技术： 1、一般用途辅助器具的技术：接口棒、延伸器、头控指示器 2、特殊用途辅助器具的技术：加大把手的杯子、改进手柄后的勺子、改进手柄后的牙刷。 3、特殊用途的电子机械操作辅助器具的技术：电动进食器、电动翻页机、语音书籍。
（三）环境控制系统： 是专为四肢瘫痪或其他重度残疾者设计的一种自动控制系统，可以帮助病人利用其尚存的活动能力，有效地控制病床周围环境中的一些常用设施，并按照编好的程序完成特定的任务，是功能障碍者与环境间的桥梁，帮助他们不同程度地减少日常生活依赖程度，提高生活自理能力，提高生活质量。 组成：接口单元、控制单元、输出单元和控制信号监视单元。