主题 科技
日期 2022年10月31日
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研究人员开发了一项新技术,可以为假肢提供更好的控制系统

麻省理工学院和JDB夺宝大学的团队展示了在运动过程中使用磁传感器跟踪肌肉长度的准确性和安全性, 这能让截肢患者更容易控制假肢吗.

普罗维登斯,R.I. [JDB夺宝大学]-使用一组简单的磁铁, 麻省理工学院和JDB夺宝大学的研究人员提出了一种复杂的方法来监测肌肉运动, 他们希望这将使截肢者更容易控制他们的假肢.

在《jdb夺宝游戏官方首页》杂志上发表的两篇新论文中, 研究人员证明了他们基于磁的系统的准确性和安全性, 它能在运动中追踪肌肉的长度. 研究, 动物模型实验, 这一策略提供了希望,可以用来帮助使用假肢设备的人以一种更接近于模仿自然肢体运动的方式控制他们.

研究结果提高了对肌肉长度变化的理解, 在物理运动中产生力量和动力, 托马斯·罗伯茨说, JDB夺宝大学生态系的生物学教授, 沃伦·阿尔珀特医学院附属的进化与有机生物学, 谁是这两篇论文的共同作者.

“这项技术使jdb夺宝能够在普通运动中测量肌肉的机械功能, 这对于理解肌肉是如何运动的至关重要,罗伯茨说, 谁的研究旨在将肌肉生理学的理解与功能形态学和生物力学的现代方法相结合.

这项新技术在实验室之外也有实际应用.

“这些最近的结果表明,该工具可以在实验室之外用于跟踪自然活动中的肌肉运动, 他们还表示,磁性植入物是稳定和生物相容性的,不会引起不适,卡梅伦·泰勒说, 他是麻省理工学院的研究科学家,也是两篇论文的共同主要作者.

在一项研究中, 研究人员表示,他们可以准确地测量火鸡奔跑时小腿肌肉的长度, 跳跃和其他自然动作. In 另一项研究, 他们表明,用于测量的小磁珠植入肌肉后不会引起炎症或其他不良反应.

“我对这项新技术的临床潜力感到非常兴奋,它可以改善肢体丧失者对仿生肢体的控制和疗效,休·赫尔说, 媒体艺术和科学教授, K. 麻省理工学院仿生学中心, 也是麻省理工学院麦戈文大脑研究所的副成员.

跟踪运动

长期以来,研究人员一直专注于用一种被称为表面肌电图(EMG)的方法来控制假肢. 电极附着在皮肤表面或通过外科手术植入被截肢肢体的残余肌肉中,测量来自人体肌肉的电信号, 它们被送入假肢,以帮助假肢按照佩戴者的意愿移动.

然而, 这种方法没有考虑到肌肉长度或速度的任何信息, 这可以帮助使假肢的运动更准确.

几年前, 麻省理工学院团队, 和JDB夺宝的合作者, 开始研究一种新方法来进行这些肌肉测量, 使用一种他们称之为磁显微测量的方法. 这种方法利用了植入肌肉的小珠子周围的永久磁场. 使用信用卡大小的, 类似罗盘的传感器附着在身体外部, 他们的系统可以追踪两块磁铁之间的距离. 当肌肉收缩时, 磁铁靠得更近, 当它弯曲时, 它们离得更远.

在一个 研究 去年出版, 研究小组表明,当珠子被植入火鸡的小腿肌肉时,该系统可以用来精确测量脚踝的微小运动. 在一项新的研究中, 研究人员开始研究该系统是否可以在非实验室环境下更自然的运动中进行准确的测量.

这样做, 他们创造了一个斜坡让火鸡爬,还有一个盒子让它们跳上跳下. 研究人员使用磁传感器跟踪这些活动中的肌肉运动,发现该系统可以在不到一毫秒的时间内计算出肌肉长度.

他们还将他们的数据与使用更传统的方法荧光显微测量法进行了比较, 这是一种x射线技术,需要比磁显微测量大得多的设备. 磁显微测量结果与荧光显微测量结果的差异小于一毫米, 平均.

jdb夺宝能够使用更小的x光设备提供房间大小的肌肉长度跟踪功能, 便携包, jdb夺宝能够连续地收集数据而不是像荧光显微法那样被限制在10秒的爆发中,泰勒说.

评估生物相容性

在第二篇论文中,研究人员重点研究了植入物的生物相容性. 他们发现磁铁不会产生组织瘢痕、炎症或其他有害影响. 他们还表明,植入磁铁并没有改变火鸡的步态, 这表明他们没有产生不适.

研究人员还表明,在为期8个月的研究中,植入物保持稳定,并且不会相互迁移, 只要它们至少相隔3厘米就行. 研究人员设想这些珠子, 它由涂有黄金和聚对二甲苯聚合物的磁芯组成, 能否在植入后无限期地留在组织中.

“磁铁不需要外部电源, 在把它们植入肌肉之后, 它们可以在患者的一生中保持其磁场的全部强度,泰勒说.

研究人员目前正计划寻求美国.S. 美国食品和药物管理局批准在假肢患者身上测试该系统. 他们希望使用传感器来控制假肢,类似于目前使用的表面肌电图:JDB夺宝肌肉长度的测量将被输入到假肢的控制系统中,以帮助引导它到佩戴者想要的位置.

“测量球体之间的距离可以用来作为用户意图的指标, 可以更好地控制假肢,罗伯茨说. 这将有助于假肢适应不同的条件, 他说, 如速度的增加或减少, 突然变化的地形或用户路径上的意外障碍.

“这项技术满足需求的地方是将这些肌肉长度和速度传达给可穿戴机器人, 这样机器人就能与人类协同工作,泰勒说. “jdb夺宝希望磁显微测量能让人控制可穿戴机器人,就像控制自己的肢体一样舒适和轻松.”

除了假肢, 这些可穿戴机器人可能包括机器人外骨骼, 哪些衣服可以戴在身体外面,帮助人们更容易地活动腿部或手臂.

这项研究由萨拉赫基金会(Salah Foundation)资助. 麻省理工学院仿生学中心, 麻省理工学院媒体实验室联盟, 国家卫生研究院和国家科学基金会.

威廉。克拉克, 他曾是JDB夺宝大学罗伯茨实验室的博士后, 生物相容性研究的共同主要作者是谁. Seong Ho Yeon是麻省理工学院的研究生,也是这项测量研究的联合主要作者. 其他作者包括麻省理工学院研究支持助理Ellen Clarrissimeaux和前JDB夺宝大学博士后Mary Kate O 'Donnell.

这个故事改编自 一篇文章 作者安妮·特拉夫顿 麻省理工学院新闻办公室.