16 Oct 2023
Команда инженеров и врачей из нескольких стран разработала нейромышечно-скелетный интерфейс для подключения бионического протеза к культе руки пациента. Благодаря непосредственному подключению к мышечной, нервной и скелетной тканям через имплантаты удается добиться высокой степени надежности и контроля над бионической конечностью. Интерфейс помог участвовавшей в исследовании пациентке успешно использовать бионический протез в повседневной жизни в течение трех лет, снизить фантомные боли и повысить качество жизни. Статья опубликована в журнале Science Robotics.
Многие современные бионические протезы управляются с помощью миоэлектрических сигналов — электрических потенциалов, образующихся в оставшихся в культе мышцах, когда человек пытается мысленно совершить какое-либо действие уже утраченной конечностью. Эти сигналы обычно считываются с закрепленных на коже электродов, однако помимо полезного сигнала зачастую регистрируется большое количество шумов и паразитных электрических потенциалов, не имеющих отношения к работе мышц, и тем самым затрудняющих управление протезом.
Другая проблема связана со способом крепления протеза. Внешнее крепление на культе часто приводит к сдавливанию, вызывая у пациентов дискомфорт и ограничивая возможность полноценного повседневного использования протеза. В связи с этим врачи и инженеры давно пытаются разработать более надежные варианты крепления протезов и способов управления ими.
Существенного прогресса в этой области удалось достигнуть группе инженеров и врачей под руководством Макса Ортиза-Каталана (Max Ortiz-Catalan) из Центра изучения бионики и боли при Мёльндальском госпитале в Швеции. Они разработали нейромышечно-скелетный интерфейс, который позволяет использовать сохранившиеся в культе мышцы, нервы и кости для подключения бионического протеза через интегрированные имплантаты.
Основной интерфейса служат два титановых имплантата в виде стержней, которые одной стороной интегрируются в остатки лучевой и локтевой костей, и используются в качестве силового элемента, на котором крепится съемный протез. Благодаря остеоинтеграции удается увеличить передаваемые между рукой и протезом механические нагрузки и повысить комфорт от его использования. Титановые имплантаты также содержат встроенные коннекторы, через которые в обе стороны передаются электрические сигналы.
Для управления движениями протеза используются миоэлектрические сигналы, получаемые от электродов, которые подключаются непосредственно к остаткам мышц, а также к медианному, лучевому и срединному нервам. Остатки нервной ткани дополнительно расщепляются для получения большего количества сигналов, с помощью которых можно управлять различными движениями протеза. В качестве усилителя сигналов от нервов используются кусочки трансплантированной мышечной ткани. К части нервов также подключаются электроды, по которым передаются сигналы в обратном направлении — от сенсоров протеза. Они создают обратную связь, которая, например, позволяет пациенту ощущать усилие, прилагаемое к предмету указательным и большим пальцами искусственной руки.
Бионический протез может сгибать и другие пальцы, позволяя, например, захватывать предметы или показывать жесты. Благодаря тому, что он содержит внутри корпуса все необходимые для функционирования компоненты, включая аккумулятор, его можно полноценно использовать в бытовых условиях для выполнения повседневных задач.
В исследовании возможностей интерфейса участвовала пациентка с ампутированной в результате травмы правой рукой ниже локтевого сустава. Она успешно использовала бионический протез с нейромышечно-скелетным интерфейсом на протяжении трех лет. Проводимые на протяжении этого времени регулярные тесты, включающие выполнение ряда заданий разной сложности, например, упаковку вещей в сумку, перемещение контейнеров или манипуляции с мелкими предметами, такими как монеты, указывают на рост контроля над бионическим протезом. Кроме этого отмечается уменьшение фантомных болей и повышение общего качества жизни пациентки.
Источник: N+1
Фото: Max Ortiz-Catalan et al. / Science Robotics, 2023
19 декабря 2023 года Международный институт развития научного сотрудничества «МИ ...
14 и 15 ноября в отеле «Националь» в Москве проходит III Международный форум «СМ ...
30 октября 2023 Центр научно-аналитической информации Института востоковедения Р ...
С 18 по 20 октября в Казани пройдет шестой международный «Медиафорум-2023: свобо ...
10-11 октября в Белграде прошла IX Международная встреча интеллектуалов на тему ...
Президент Международного Института Развития Научного Сотрудничества
Российский политолог, историк, публицист.
Доктор политических наук, профессор МГИМО
Генеральный директор Международного Института Развития Научного Сотрудничества
Научный руководитель Международного Института Развития Научного Сотрудничества
Доктор исторических наук.
Профессор
Председатель Попечительского совета Международного Института Развития Научного Сотрудничества
Доктор исторических наук, профессор, член-корреспондент РАН. Директор Института востоковедения РАН. Член научного совета Российского совета по международным делам.
Заместитель Председателя Попечительского совета Международного Института Развития Научного Сотрудничества
Доктор исторических наук.
Профессор кафедры стран постсоветского зарубежья РГГУ, профессор факультета глобальных процессов МГУ им. М.В. Ломоносова.