突破性成就:仿生手與使用者的神經和骨骼系統融爲一體

卡琳的生活在20多年前由於一場農業事故而發生了巨大的變化,那次事故使她失去了右臂。從那時起,她忍受着極度的幻肢痛。她描述:“感覺就像我不斷將手放在肉磨機中,這造成了極大的壓力,我必須服用大量的不同種類的止痛藥。”

除了難以忍受的痛苦之外,她發現傳統的假肢在日常生活中無法提供太多幫助,因爲它們既不舒適又不可靠。但一切在她接受了突破性的生物電子技術之後發生了改變,這項技術使她能夠整天舒適地佩戴一個功能更強大的假肢。生物電子學和卡琳殘留肢體的更高級的集成也減輕了她的痛苦。“對我而言,這項研究意義重大,因爲它給了我一個更好的生活。”她說。

卓越的人機融合

在人工肢體替代領域,機械連接和可靠控制是兩個最大的挑戰。由於這些問題,許多失肢人士在體驗過痛苦、不舒適的附着和有限、不可靠的控制能力後,通常會拒絕使用即便是商業上最先進的假肢。

一隊由工程師和外科醫生組成的多學科團隊解決了這些問題,他們開發了一個人機接口,通過骨整合,允許假肢舒適地連接到用戶的骨骼,同時通過在神經和肌肉中植入電極,實現與神經系統的電連接。這項研究已經在《科學機器人》雜誌上發表。

這項研究由澳大利亞生物電子研究所的神經假體研究主管Max Ortiz Catalan教授領導,他也是瑞典生物電子和疼痛研究中心(CBPR)的創始人。

卡琳成爲了第一個接受這種新概念的低肘截肢患者,她能在日常生活中獨立、可靠地使用這個高度集成的仿生手。她能在日常活動中舒適、有效地使用這個假肢已經有幾年了,這預示着這種新技術有着改變失肢人士生活的潛力。

在這種截肢級別上,需要確保橈骨和尺骨對齊並均等地受到壓力,而且爲植入和假肢組件提供的空間有限。儘管如此,研究團隊成功地研製出了一個神經肌肉骨骼植入物,它將用戶的生物控制系統(即神經系統)與假肢的電子控制系統連接在一起。

“結合我們的外科手術和工程技術,可以理解爲什麼Karin的疼痛減少了,因爲她現在使用與她失去的生物手相似的神經資源來控制假肢。”爲預防和治療截肢後的疼痛,Ortiz Catalan教授的團隊也設定了主要目標。Karin表示:“我現在對我的假肢控制得更好了,而且我的疼痛減少了很多。如今,我所需的藥物減少了很多。”

新的仿生技術的核心特點是通過骨整合將假肢與骨骼連接起來,這是一個骨組織與鈦緊密結合,形成堅固連接的過程。

MIT的研究員、Gothenburg大學的副教授以及Integrum的首席執行官Rickard Brånemark教授負責這次手術。他表示:“將鈦植入物生物地整合到骨組織爲進一步提高截肢者的護理創造了條件。”

“通過骨整合、重建手術、植入電極和AI的結合,我們能夠以前所未有的方式恢復人體功能。低於肘部的截肢有其特殊的挑戰,但所達到的功能級別對於先進的肢體重建領域來說是一個重要的里程碑。”

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