新型仿生膝與患者“貼身”組合

美國麻省理工學(xué)院研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新型“仿生膝”關(guān)節(jié)假肢，與傳統(tǒng)假肢相比，能夠幫助膝上截肢者行走更快，更輕松地完成爬樓梯、跨越障礙等復(fù)雜動(dòng)作。這項(xiàng)成果發(fā)表在最新一期《科學(xué)》雜志上，標(biāo)志著假肢技術(shù)從被動(dòng)輔助，轉(zhuǎn)向主動(dòng)感知與智能控制的重大飛躍。

傳統(tǒng)的假肢系統(tǒng)是將殘肢置于接受腔中，而這種新裝置是直接與用戶的肌肉和骨骼組織整合，從而提升穩(wěn)定性，并讓用戶對假肢的控制更加自然，仿佛其身體的一部分。團(tuán)隊(duì)指出，這種“組織整合式假肢”不僅是一個(gè)外接工具，更是與人體生理系統(tǒng)高度融合的智能裝置，使用戶獲得更強(qiáng)的“肢體歸屬感”。

該系統(tǒng)的創(chuàng)新之處在于，結(jié)合了一種名為激動(dòng)劑—拮抗劑肌神經(jīng)元界面（AMI）的新手術(shù)方法。這種方法通過手術(shù)重新連接肌肉對，使其在殘肢內(nèi)保持動(dòng)態(tài)互動(dòng)，提供感覺反饋，并產(chǎn)生可用于控制假肢的電信號。在此基礎(chǔ)上，團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)集成系統(tǒng)，不僅能讀取來自AMI肌肉的信號，還將假肢植入骨骼結(jié)構(gòu)中，從而實(shí)現(xiàn)更高的穩(wěn)定性和更精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)控制。

團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種鈦棒植入技術(shù)，將其插入截肢部位的殘余股骨中。這種植入物不僅提升了機(jī)械控制和承重能力，還內(nèi)置16根導(dǎo)線，可從位于體內(nèi)的AMI肌肉電極獲取信息，從而更準(zhǔn)確地捕捉肌肉信號并轉(zhuǎn)化為假肢動(dòng)作。

這一整合系統(tǒng)被稱為e-OPRA（電子骨整合假肢系統(tǒng)）。在實(shí)驗(yàn)中，兩名受試者接受了AMI聯(lián)合e-OPRA植入。團(tuán)隊(duì)將其表現(xiàn)與另外8名僅接受AMI但未植入e-OPRA的用戶，以及7名既無AMI也無e-OPRA的用戶進(jìn)行了對比。所有參與者都使用實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的動(dòng)力膝關(guān)節(jié)假肢進(jìn)行測試。

測試內(nèi)容包括膝蓋彎曲到指定角度、爬樓梯和跨過障礙物等任務(wù)。結(jié)果顯示，在大多數(shù)任務(wù)中，使用整合系統(tǒng)的受試者表現(xiàn)優(yōu)于其他兩組，特別是在需精細(xì)控制和動(dòng)態(tài)平衡的任務(wù)中優(yōu)勢更明顯。