觸覺反饋和肌內電極讓義肢更真實
- 發佈時間：2014-10-17 01:29:39 來源：科技日報 責任編輯：羅伯特
科技日報訊 在過去50年中，人工義肢的研發幾乎止步不前，雖然它們的外觀和結構有所改善，但在基本功能和控制方面的進展乏善可陳。不過，《科學轉化醫學》雜誌近日發表了兩項重要成果：用逼真的觸覺反饋引導假肢，用肌內電極發送可靠的運動指令。這使得目前義肢存在的巨大局限性有了顯著突破。
據《自然》雜誌網路版近日報道，在第一項研究中，美國凱斯西儲大學神經工程師達斯汀·泰勒的研究團隊給兩位受試人員的指尖套上壓力感測器，感測器的信號可以轉化成不同電刺激模式，以模倣健康人的正常感受，比如輕拍、持續壓力或者輕撫觸摸等。泰勒要求受試人員摘除櫻桃的梗，並進行了對比實驗。如果沒有這套設備帶來的觸感，兩位參與者只能去掉77％的櫻桃梗；但有了觸覺反饋，他們的成功率飆升至100％。
不過，要讓神經與傳感刺激器連接，必須在受試人員上臂植入電極，連接線也必須穿透皮膚，這極易造成皮膚感染或電極損壞。兩位參與者已經小心翼翼地讓植入電極保持了大約兩年時間。
“這是一個重要進步。”南加州大學生物醫學工程師傑拉爾德·勒布説。但他認為，泰勒目前的設計“長期臨床使用的話，可能太危險了。”對此，泰勒正在研究如何縮小刺激器的尺寸，使其有一天能完全植入皮下。
在另一項研究中，瑞典查爾姆斯理工大學生物醫學工程師馬克斯·奧爾蒂斯·加泰羅尼亞的團隊改進了人造義肢發送運動命令的方式。
傳統義肢系統通過外置電極記錄肌肉活動來破譯佩戴者的行動意圖。該方法是非侵入性的，但肌肉和感測器之間的皮膚和組織層會扭曲信號，影響義肢的控制性。為了直接獲取肌肉的信號，加泰羅尼亞採用了新設計，利用鈦螺絲將義肢直接與骨頭相連，將記錄電極直接植入肌肉中。與以往插入式的設計相比，這個義肢系統的穩定性更好，運動範圍也更大。
肌內電極此前僅進行過動物研究和短期的人體試驗。而加泰羅尼亞的新義肢從2013年1月起，便由一位名叫馬格努斯的貨車司機在使用。“感覺就像一個真正的手臂。”馬格努斯説，他以前的義肢依靠皮膚感測器，不但難以控制，冬天還經常不聽使喚；而移動新義肢只需用上以前五分之一的力氣。
除了肌內電極，研究人員還在佩戴義肢者殘臂的一根神經周圍置入了一個電極，希望有一天能將其用於感覺反饋，就像泰勒的研究小組所做的那樣。
佛羅裏達大學生物醫學工程師凱文·奧托評價説：“這兩項研究是義肢領域正在大步前進的例證。”（陳丹）
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