全球第一个灵巧且有感觉的假手已经成功植入

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全球第一个灵巧且有感觉的假手已经成功植入
麻省理工科技评论 2019-02-25

2019-02-25

一名瑞典女性已经成为骨神经肌肉植入物的第一个受体,此前她曾遭遇过手部截肢,如今她用此植入物来控制灵巧的手部假肢。
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一名瑞典女性已经成为骨神经肌肉植入物的第一个受体,此前她曾遭遇过手部截肢,如今她用此植入物来控制灵巧的手部假肢。

据 EurekAlert 2 月 5 日报道,一名瑞典女性已经成为骨神经肌肉植入物的第一个受体,此前她曾遭遇过手部截肢,如今她用此植入物来控制灵巧的手部假肢。医生以手术的方式将钛植入物放置在两个前臂骨骼(桡骨和尺骨)中,使电极扩展到神经和肌肉中,从而提取信号,控制机器人手,并提供触觉感觉。这项手术使机器人手成为现实生活中第一个临床可行、灵巧且有感觉的假手。这一重大突破是欧洲 DeTOP 项目的一部分。

瑞典的 Integrum AB 公司(该公司的 Max Ortiz Catalan 博士主导了新的种植体技术)和查尔姆斯理工大学首次使用骨整合的骨锚肢假肢。由 Rickard Brånemark 教授和 Paolo Sassu 博士领导的开创性手术在哥德堡大学药学、医学、齿科与健康护理学院举行,该手术是欧盟委员会的一个名为 DeTOP(GA#687905)的大型项目(隶属于“地平线 2020”)的一部分。

圣安娜高级学院的 Christian Cipriani 教授主持 DeTOP 项目,参与该项目的机构还包括 Prensilia、哥德堡大学、隆德大学、埃塞克斯大学、瑞士电子和微技术中心、INAIL Prosthetic Center、Università Campation Bio -Medico di Roma 和 Instituto Ortopedico Rizzoli。

     

(来源:DR. MAX ORTIZ CATALAN)

传统上,医生在患者皮肤上放置电极,通过电极从残肢肌肉中提取控制信号来控制假手。然而这些表面电极提供的信号有限,有时候甚至并不准确,只能控制几个大的运动(如张开手,握拳等),而在手臂的残余肌肉中植入电极,可以获得更丰富、更可靠的信息。医生首次在一名患者的手臂中植入了 16 个电极,以便对 Scuola Superiore Sant'Anna 和 Prensilia 在意大利开发的新型假手进行更灵巧的控制。

目前的假手提供的感觉反馈很有限。由于它们不提供触觉和动觉感觉,因此用户只能依赖视力来操控假肢,无法判断对象被抓取的强度,甚至是接触方式。研究人员将电极植入到与缺失的手的生物传感器连接的神经中,可以用电流刺激这些神经,这与生物手传达信息的方式相似。这使患者能够感知到源自新假手的感觉,因为其配备有驱动神经刺激以传递这种感觉的传感器。

这是日常生活中第一种可实际使用的技术,不仅仅局限于实验室,因此它是这项工作的最重要的一个方面。瑞典的两大集团,Integrum AB 和 Chalmers University of Technology 的研究人员已经证明,在日常生活中,使用类似技术可以使上肘截肢者控制有感觉的假肢。这项技术在下肘截肢者中是不太可能实现的,因为下肘中有两个较小的骨骼,而不是像上臂那样的一个较大的骨骼,因而这对植入系统的发展提出了诸多挑战。另一方面,它也提供了实现对人工假肢的更灵巧控制的机会,因为有更多的肌肉可用于在肘部截肢术中提取神经命令。

截肢后,患者如果不使用(佩戴)假肢,其骨骼功能就会减弱。现在,这名患者正在遵循康复计划以恢复前臂骨骼的力量,以便能够完全佩戴假手。与此同时,她也在重新学习如何使用虚拟现实技术控制假手。几周后,她将使用一只日常生活中具有越来越多功能和感觉的假手。未来几个月,意大利和瑞典将再增加两名患者植入新一代假手。

Ortiz Catalan 博士是查尔姆斯理工大学的教授和生物机电一体化及神经康复实验室的负责人。他最初的研究领域是肘关节截肢术,10 年前,他开始领导这项研究。他表示:“在过去十年里,媒体已经报道了几种先进的假肢技术,但不幸的是,它们仍然停留在概念阶段,只能在特定环境中短时间使用。新一代假手在技术上的突破在于,它使患者能够使用植入的神经肌肉界面来控制假体,同时在日常生活中感知到对其重要的感觉。”


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