给假肢装上感觉

医疗器械 来源:医学界 作者:潘达君
2015
10/21
08:28
医学界
作者:潘达君
医疗器械

从16世纪起,医生们就试着为严重组织创伤者进行截肢手术,而假肢也随着装着木腿和勾手的海盗们与截肢手术一起漂浮在种种传说中。由于急救医疗的迅猛发展,越来越多的患者能够成功撑过截肢手术,时间到了现在,作为术后伴侣的假肢也越来越完善,从简单的辅助功能逐渐进化到达成替代功能。甚至,在某些方面,假肢的功能超过了正常肢体——记得残奥会上的“刀锋战士”吗?他的下肢假肢的韧性和耐久度上限是强于自然肢体的。

然而,长久以来,假肢始终有一个短板没被解决,那就是——触感。虽然说,在人工手上安装压力传感器,已经能够比较容易的让假肢佩戴者完成抓、握、按压等动作,但是让使用者感受到类似真实肢体带来的触感,还是一项比较困难的工作。

难在哪里?

人类的皮肤是一种多层的粘弹性材料,它可以从放松状态伸展扩张到125%而不损失任何一点对外界压力和温度的感知。除了这种优秀的接收性能,人体对感觉的传感机制也是精密而复杂的。比如说,人体皮肤固有的机械性刺激感受器,能把感受到的刺激转化为一波又一波的神经脉冲,感受到的压力越大,它传递的脉冲频率越高。

对“给假肢装上感觉”这个课题的研究,一直在进步。时至今日,给假肢移植感觉已经是最好的解决断肢幻痛的方式。

回顾过去对假肢触感的研究,较早的设计,只是粗糙的在肢端装上几个感受器,将压力感受传递到佩戴者的外周神经或脑神经组织,这种设计局限性很大,无法分辨压力的层次和种类。在后来的改进设计中,假肢上的感受器越来越多,触感逐渐变得有层次而细致,但是,在传感原理上不符合人体自然的生理程序。在传输感受信号的时候,只能利用单一电子信号的强度来区分感受力度,而不像自然的生理过程一般利用不同的脉冲频率来区分。也就是说,当感受到较强作用力的时候,感受器会发出相应的较强的单一信号,而这个信号还需要被传给另一个芯片,在那里被转化为可识别的神经脉冲,传送给外周神经。

攻克仿生学

受到皮肤天然的传感原理启发,斯坦福大学的研究小组决定制作能够直接大量产生脉冲信号的感受器,来省去传递中的工序。目前,研究小组为了使感受器感受到的范围更细致,把它的形状从圆柱形修改成了能够翻转的小金字塔形,这样一来,从轻轻地抚摸到强而有力地握手,感应器都能够很清楚地感应到了。他们在此采用的环形振荡器,能直接把金字塔形的感受器接触其他物体时产生的电子信号转换成脉冲信号。而就像自然的生理活动那样,当接触到更大力度时,环形振荡器会发出更高频率的脉冲信号。

解决了前端传输问题,这个小组又着手解决神经对假肢信息的接收。习惯上,传递电信号需要把金属电极接在大脑体感皮层,但是金属电极会较快的破坏大脑组织,无法维持长期功能。因此研究人员选择将脉冲信号传输到一个发光二极管,让二极管产生蓝光脉冲使实验用小鼠的大脑得以接收。实验结果让人欣喜,小鼠的大脑成功接收了假肢发来的感受信号,并予以了反射回应。这足以让截肢者获得拥有触觉的假肢的希望熊熊燃烧。

这个项目目前的应用难点在于,小鼠的大脑体感皮层可以通过基因修改而能吸收蓝光脉冲并发出回应,临床医生并不能对患者进行基因修改。因此,研究的主导者表示,会采用替代的传导方式来解决问题,比如可变有机电极也许能直接替代金属电极,成为长期稳定且安全的传输装置。

参考资料

Robert F. Service. Sensors may soon give prosthetics a lifelike sense of touch. Science 15 October 2015. DOI: 10.1126/science.aad4722

Polina Anikeeva, Ryan A. Koppes. Restoring the sense of touch. Science 16 October 2015:Vol. 350 no. 6258 pp. 274-275.DOI: 10.1126/science.aad0910

来源:医学界   作者:潘达君

为你推荐

中国制药装备行业协会副秘书长遆倩鹤涉嫌严重违法,正接受监察调查资讯

中国制药装备行业协会副秘书长遆倩鹤涉嫌严重违法,正接受监察调查

2月6日,中央纪委国家监委网站讯 据中央纪委国家监委驻中央社会工作部纪检监察组、海南省纪委监委消息:中国制药装备行业协会副秘书长遆倩鹤涉嫌严重违法,目前正接受中央纪委...

2026-02-07 22:13

CDE:化学仿制药透皮和局部给药系统黏附性和刺激性/致敏性评估临床试验技术指导原则(试行)资讯

CDE:化学仿制药透皮和局部给药系统黏附性和刺激性/致敏性评估临床试验技术指导原则(试行)

本指导原则适用于TDS化学仿制药。常见适用TDS包括可能描述或称为贴片、透皮贴剂或缓释膜固态制剂产品。应用本指导原则时,请同时参考药物临床试验质量管理规范(GCP)国际人用药...

2026-02-07 13:48

云顶新耀溃疡性结肠炎创新口服药物维适平中国获批资讯

云顶新耀溃疡性结肠炎创新口服药物维适平中国获批

核心产品落地打开业绩增量空间

2026-02-06 16:14

中高端医疗连锁标杆卓正医疗登陆港交所资讯

中高端医疗连锁标杆卓正医疗登陆港交所

卓正医疗本次全球发售股份数目为475万股,最终发售价定为每股59 90港元

2026-02-06 16:10

诺华可善挺(司库奇尤单抗)放射学阴性中轴型脊柱关节炎(nr-axSpA)新适应症在华获批资讯

诺华可善挺(司库奇尤单抗)放射学阴性中轴型脊柱关节炎(nr-axSpA)新适应症在华获批

适用于治疗对非甾体类抗炎药(NSAID)应答不佳的活动性放射学阴性中轴型脊柱关节炎成人患者(其客观征象表现为C反应蛋白(CRP)升高和 或磁共振成像(MRI)证据)

2026-02-06 15:54

天津市互联网诊疗监管实施办法(试行)资讯

天津市互联网诊疗监管实施办法(试行)

医疗机构应当主动与市级监管平台对接,及时上传、更新《医疗机构执业许可证》等相关执业信息,主动接受监督。医疗机构取得《医疗机构执业许可证》后或《医疗机构执业许可证》变...

2026-02-06 08:59

八部委发布《中药工业高质量发展实施方案(2026—2030年)》资讯

八部委发布《中药工业高质量发展实施方案(2026—2030年)》

培育60个高标准中药原料生产基地。协同体系更加健全,中药材种植加工、中药研发生产、流通服务等上下游各环节协同更加紧密,建设5个中药工业守正创新中心,推动一批中药创新药获...

2026-02-05 21:21

国家医保局今年将重点对精神类定点医疗机构开展专项飞检资讯

国家医保局今年将重点对精神类定点医疗机构开展专项飞检

各省级医保部门要组织本辖区内所有精神类定点医疗机构从即日起全面开展自查自纠,重点聚焦但不限于诱导住院、虚假住院、虚构病情、虚构诊疗、伪造文书、违规收费等违法违规使用...

2026-02-05 17:13

替尔泊肽登顶“全球药王”资讯

替尔泊肽登顶“全球药王”

2月4日晚间,礼来发布2025年第四季度及全年财报。财报显示,公司全年营收、净利润均实现大幅增长。

2026-02-05 16:26

蚂蚁阿福发布“长辈模式”资讯

蚂蚁阿福发布“长辈模式”

2月4日消息,蚂蚁阿福App近日完成重要升级,上线专为老年用户设计的长辈模式。

2026-02-05 14:54

国际SOS荣膺“2026年度全球杰出雇主”资讯

国际SOS荣膺“2026年度全球杰出雇主”

今日,国际SOS宣布,公司连续第八年荣获杰出雇主调研机构(Top Employers Institute)授予的杰出雇主认证。

2026-02-05 14:42

默克高管周虹离任,诺和诺德官宣在即,医药行业再迎关键人事变动资讯

默克高管周虹离任,诺和诺德官宣在即,医药行业再迎关键人事变动

默克医药健康全球执行副总裁、中国及国际市场负责人周虹正式离任,其将加盟丹麦制药巨头诺和诺德,接任产品与组合战略执行副总裁一职

2026-02-05 11:58

104亿元!2026年小核酸领域首笔出海BD诞生资讯

104亿元!2026年小核酸领域首笔出海BD诞生

圣因生物与罗氏集团旗下子公司基因泰克达成全球研发合作与许可协议,双方将基于圣因生物专有的RNAi药物研发平台,共同推进一款RNAi疗法的开发。

2026-02-05 11:50

“向光而生·同心前行”2026年世界癌症日特别活动在沪举办资讯

“向光而生·同心前行”2026年世界癌症日特别活动在沪举办

以患者为中心,多方携手共绘癌症科学诊疗新蓝图

2026-02-04 13:13

合成生物企业桦冠生物宣布完成数亿元C轮融资资讯

合成生物企业桦冠生物宣布完成数亿元C轮融资

本轮融资由软银欣创、顺禧基金、常州启航合成生物创投基金、国投创益、长江资本等多家知名机构联合投资,光源资本担任财务顾问,所融资金将重点投向医药与大健康领域新品研发、...

2026-02-04 11:50

AI制药独角兽深度智耀完成6000万美元新一轮融资,加速全栈式研发解决方案落地资讯

AI制药独角兽深度智耀完成6000万美元新一轮融资,加速全栈式研发解决方案落地

本轮融资吸引了信宸资本、金镒资本、凯泰资本等新投资方入局,老股东鼎晖百孚、新鼎资本持续追加投资

2026-02-03 20:03

济川药业联合康方生物,共拓心血管创新药商业化新局资讯

济川药业联合康方生物,共拓心血管创新药商业化新局

伊喜宁®(伊努西单抗注射液)是康方生物自主开发创新的PCSK9单克隆抗体新药,于2024年9月获批上市,用于治疗原发性高胆固醇血症和混合型高脂血症,包括杂合子家族性高胆固醇血...

2026-02-03 19:34

华东医药创新药罗氟司特乳膏0.05%特应性皮炎适应症申报上市资讯

华东医药创新药罗氟司特乳膏0.05%特应性皮炎适应症申报上市

适用于2岁至5岁轻度至中度特应性皮炎患者的局部外用治疗

2026-02-03 19:29

拜耳诺倍戈®第三项适应症在中国获批,用于治疗转移性激素敏感性前列腺癌(mHSPC)

诺倍戈®此前已先后获批用于治疗有高危转移风险的非转移性去势抵抗性前列腺癌(NM-CRPC)成年患者,和联合多西他赛治疗转移性激素敏感性前列腺癌的(mHSPC)成年患者。

2026-02-03 18:42

第101批仿制药参比制剂目录资讯

第101批仿制药参比制剂目录

经国家药品监督管理局仿制药质量和疗效一致性评价专家委员会审核确定,现发布仿制药参比制剂目录(第一百零一批)。

2026-02-03 13:19