突破性的仿生手讓截肢者恢復生活品質
世界距離製造全功能義肢越來越近,首個臨床仿生附件直接與神經系統和骨骼系統相連,再加上人工智慧,可恢復使用者手部和手指約80% 的日常使用功能。
在澳洲仿生學研究所神經義肢研究負責人馬克斯-奧爾蒂斯-卡塔蘭(Max Ortiz-Catalan)教授的領導下,一支由全球工程師和外科醫生組成的龐大團隊開發了一種新型義肢與身體整合技術,為瑞典截肢患者卡琳提供了幾乎與她在一次農耕事故中失去的手一樣功能的肢體。更重要的是,這種義肢在三年多的日常使用中保持良好狀態。
“卡琳是第一位接受這種新概念高度整合仿生手的肘部以下截肢患者,這種仿生手可以在日常生活中獨立、可靠地使用,”奧爾蒂斯-卡塔蘭說。”多年來,她一直能夠在日常活動中舒適而有效地使用義肢,這一事實很好地證明了這項新技術對於面臨肢體缺失的人來說,具有改變生活的潛在能力”。
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在這醫學領域,義肢的附著和使用者控制仍然是兩個巨大的障礙。為了解決這些常見問題,研究人員開發了一種人機介面,透過骨結合過程將人工結構舒適地固定到病人的骨骼上。然後,也可以連接植入神經和肌肉的電極,以利用人體的神經系統。
骨結合是指患者的活骨與人工植入物之間在結構和功能上的直接聯繫,在本例中,人工植入物是由鈦金屬製成的仿生肢體結構。這是一個複雜的過程,需要將橈骨和尺骨對齊,並以相同的重量加載,從而限制了周圍空間用於其他必要組件。
哥德堡大學副教授、生物技術植入物公司Integrum創始人里卡德-布勞馬克(Rickard Brånemark)說:「鈦植入物與骨組織的生物整合為進一步推進截肢者護理創造了機會。透過將骨整合與重建手術、植入電極和人工智慧相結合,我們可以以前所未有的方式恢復人體功能。肘部以下截肢水平具有特殊的挑戰性,所實現的功能水平標誌著整個先進四肢重建領域的一個重要里程碑。”
研究團隊能夠設計出一種神經-肌肉-骨骼植入物,在兩個骨骼附著點周圍有限的空間內連接神經系統。
奧爾蒂斯-卡塔蘭說:”卡琳現在使用的神經資源與她控制自己缺失的生物手一樣,都是用來控制義肢的。”
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卡琳展示她的Mia Hand 仿生手的靈活性Ortiz-Catalan 等人,《科學機器人》,2023 年。
隨後,Sahlgrenska 大學醫院的外科醫生對Karin 的神經和肌肉進行了重新定位,以便為義肢提供最佳的運動控制資訊。
手術負責人保羅-薩蘇(Paolo Sassu)博士說:”根據臨床情況,我們可以為患者提供最佳解決方案,有時是生物手移植,有時是神經肌肉骨骼仿生義肢。我們在這兩方面都在不斷改進。”
除了日常涉及負重和受控運動的任務(如拿滿杯子和使用拉鍊)外,這也大大減少了她自近20年前的事故以來所面臨的幻痛–以及隨後的止痛藥物。持續疼痛是許多截肢者放棄使用傳統義肢的原因之一。
她說:『感覺就像我的手一直被放在絞肉機裡,這給我帶來了很大的壓力,我不得不服用大劑量的各種止痛藥。對我來說,這項研究意義重大,因為它讓我過上了更好的生活。”
由義大利機器人手義肢公司Prensilia 研發的未來肢體名為”米婭手”(Mia Hand),有五個抓手,每個手指一個,可以完成80% 的日常動作。對Mia Hand 進行的為期三年的整合研究結果表明,在開發可在日常生活中舒適、正常使用的替代肢體方面向前邁出了一大步。
這項研究發表在《科學機器人學》(Science Robotics)雜誌。