Магниты улучшают контроль над протезами конечностей

Для людей с протезами конечностей одной из самых больших проблем является управление протезом, чтобы он двигался так же, как естественная конечность. Управление большинством протезов конечностей осуществляется с помощью электромиографии — способа записи электрической активности мышц, — но этот подход обеспечивает лишь ограниченный контроль над протезом.

Исследователи разработали альтернативный подход, который мог бы обеспечить более точное управление протезами конечностей. После введения небольших магнитных шариков в мышечную ткань внутри ампутированного остатка они могут точно измерить длину мышцы в момент ее сокращения, и эта обратная связь может быть передана бионическому протезу в течение миллисекунд. Стратегия, называемая магнитомикрометрией (ММ), может обеспечить быстрые и точные измерения мышц.

С помощью существующих протезов электрические измерения мышц человека получают с помощью электродов, которые можно либо прикрепить к поверхности кожи, либо имплантировать в мышцу хирургическим путем. Последняя процедура является высокоинвазивной и дорогостоящей, но обеспечивает несколько более точные измерения. В любом случае электромиография (ЭМГ) дает информацию только об электрической активности мышц, а не об их длине или скорости.

Новая стратегия основана на идее, что если бы датчики могли измерять работу мышц, эти измерения обеспечивали бы более точное управление протезом. Для этого исследователи вставили в мышцы пары магнитов. Измеряя, как магниты движутся относительно друг друга, они могут рассчитать, насколько сильно сокращаются мышцы и скорость сокращения.

Для управления протезом эти измерения могут быть введены в компьютерную модель, которая предсказывает, где в пространстве будет находиться фантомная конечность пациента, основываясь на сокращениях оставшихся мышц. Эта стратегия заставит протез двигаться так, как этого хочет пациент, в соответствии с мысленной картиной положения его конечности, которую он представляет. Благодаря математическому моделированию всей конечности исследователи могут вычислить целевые положения и скорости протезных суставов, которыми нужно управлять, а затем простой роботизированный контроллер сможет управлять этими суставами.

Исследователи предполагают, что датчики, используемые для управления протезами конечностей, можно будет размещать на одежде, прикреплять к поверхности кожи или прикреплять к внешней стороне протеза.

ММ также можно использовать для улучшения мышечного контроля, достигаемого с помощью метода, называемого функциональной электрической стимуляцией, который в настоящее время используется для восстановления подвижности у людей с травмами спинного мозга. Другим возможным применением такого магнитного управления может быть управление роботизированными экзоскелетами, которые можно прикрепить к лодыжке или другому суставу, чтобы помочь людям, перенесшим инсульт или развившим другие виды мышечной слабости.

По сути, магниты и экзоскелет действуют как искусственные мышцы, которые усиливают работу биологических мышц конечности, пораженной инсультом. Еще одним преимуществом ММ-доступа является его малоинвазивность. После введения в мышцу бусины могут оставаться на месте в течение всей жизни без необходимости замены.