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

助力国家人工智能应用中试基地建设,蚂蚁阿福上线樊嘉院士肝病专科智能体资讯

助力国家人工智能应用中试基地建设,蚂蚁阿福上线樊嘉院士肝病专科智能体

3月28日,国家人工智能应用中试基地(医疗领域)阶段性成果总结发布会在复旦大学附属中山医院举行。

2026-03-29 21:03

贵州百灵的“平账”造假行为资讯

贵州百灵的“平账”造假行为

3月28日,贵州百灵(ST百灵,002424 SZ)发布多则公告披露,公司及相关当事人已分别收到贵州证监局下发的《行政处罚决定书》,涉及连续四年年报虚假记载、相关人员违规履职等多...

2026-03-29 19:38

李强主持召开国务院常务会议,研究加快建设分级诊疗体系有关政策措施资讯

李强主持召开国务院常务会议,研究加快建设分级诊疗体系有关政策措施

要统筹抓好分级诊疗体系建设和医疗卫生强基工程实施,以常见病、慢性病为重点引导群众基层首诊,以增强就医连续性为导向优化转诊服务管理,扎实做好家庭医生签约服务,推动医疗...

2026-03-28 22:18

全球首款重组A型肉毒毒素芮妥欣获批,华东医药开启肉毒毒素新时代资讯

全球首款重组A型肉毒毒素芮妥欣获批,华东医药开启肉毒毒素新时代

用于暂时性改善65岁及65岁以下成人因皱眉肌和 或降眉间肌活动引起的中度至重度眉间纹

2026-03-27 19:21

百度智能云加码银发经济:大模型破解养老供需错配难题资讯

百度智能云加码银发经济:大模型破解养老供需错配难题

当居家养老还停留在“人找服务”的传统模式时,以大模型与AI Agent为代表的智能技术,正在掀起一场全新变革,服务开始主动理解需求,并精准触达每一位老人。

2026-03-27 17:24

优赫得序贯THP方案在华获批用于HER2阳性早期乳腺癌新辅助治疗,实现该适应症“全球首发”资讯

优赫得序贯THP方案在华获批用于HER2阳性早期乳腺癌新辅助治疗,实现该适应症“全球首发”

此次获批使优赫得®迈向早期乳腺癌,成为首个且唯一*获批HER2阳性乳腺癌新辅助治疗的ADC疗法

2026-03-27 17:16

犀燃医疗完成B轮近亿元融资,加速国产眼科设备进口替代资讯

犀燃医疗完成B轮近亿元融资,加速国产眼科设备进口替代

本轮融资由越秀产业基金领投,老股东泰煜投资继续跟投

2026-03-27 12:55

医疗服务价格项目立项指南解读辅导(第1期)资讯

医疗服务价格项目立项指南解读辅导(第1期)

长期以来,医疗服务价格实行属地管理,由地方医药价格主管部门制定价格项目、确定价格水平,地区间价格项目数量、内涵、颗粒度差异较大,部分地区按操作流程、岗位分工等拆分价...

2026-03-27 11:21

社保“第六险”,长期护理险全国落地资讯

社保“第六险”,长期护理险全国落地

3月25日,中共中央办公厅、国务院办公厅发布《关于加快建立长期护理保险制度的意见》,标志着这项被称作社保“第六险”的制度正式结束10年试点,迈向全国建制新阶段。

2026-03-26 18:09

恒瑞医药前董事长周云曙出任先声药业首席执行官资讯

恒瑞医药前董事长周云曙出任先声药业首席执行官

3月25日,先声药业正式发布公告,确认恒瑞前董事长周云曙出任先声药业首席执行官,自2026年3月25日起生效。

2026-03-26 12:47

国家药监局发布《药品现代物流规范化建设指导意见》,自发布之日起施行资讯

国家药监局发布《药品现代物流规范化建设指导意见》,自发布之日起施行

本指导意见是对申请开办药品批发企业(以下简称批发企业)和接受委托储存运输药品业务的第三方药品现代物流企业(以下简称第三方物流企业),在药品现代物流设施设备等方面的基...

2026-03-26 10:14

华东医药独家商业化VC005片Ⅲ期临床顶线数据积极,抢占自免口服疗法新高地资讯

华东医药独家商业化VC005片Ⅲ期临床顶线数据积极,抢占自免口服疗法新高地

华东医药战略合作方江苏威凯尔医药科技股份有限公司(简称“江苏威凯尔”)宣布,其自主研发的Ⅱ代高选择性JAK1抑制剂VC005片在口服治疗中重度特应性皮炎(AD)的Ⅲ期临床研究中...

2026-03-25 18:52

Cytiva携手上海临床研究中心与新叶生维, 加速先进细胞治疗临床应用转化与产业化发展资讯

Cytiva携手上海临床研究中心与新叶生维, 加速先进细胞治疗临床应用转化与产业化发展

Cytiva与上海临床研究中心签署战略合作备忘录,共同设立先进细胞治疗技术临床应用示范平台,以产学研协同为牵引,带动区域产业升级。

2026-03-25 18:46

国家药监局批准两款创新医疗器械资讯

国家药监局批准两款创新医疗器械

近日,国家药品监督管理局批准了两款创新医疗器械上市。分别为阿迈特医疗器械(北京)股份有限公司二氧化碳造影压力注射套装创新产品注册申请和应脉医疗科技(上海)有限公司经...

2026-03-25 14:53

甘李药业博凡格鲁肽新适应症获批IND资讯

甘李药业博凡格鲁肽新适应症获批IND

近日,甘李药业股份有限公司及其全资子公司甘李药业山东有限公司宣布,其自主研发的博凡格鲁肽(研发代号:GZR18)注射液增加新适应症的临床试验申请获得国家药监局批准。拟用于...

2026-03-25 14:38

茵菲多组学完成5100万元Pre-A轮融资,构建“硬件+AI+试剂”一体化技术壁垒资讯

茵菲多组学完成5100万元Pre-A轮融资,构建“硬件+AI+试剂”一体化技术壁垒

本轮融资由杭州新干世业、三泽资本、泰煜投资、德华创投共同参与,丰和资本担任独家财务顾问

2026-03-24 12:59

全球首个CSU口服靶向药瑞米布替尼片正式落地临床资讯

全球首个CSU口服靶向药瑞米布替尼片正式落地临床

全渠道可及加速惠及中国慢性荨麻疹患者

2026-03-24 12:47

篆码生物完成数千万元Pre-A轮融资,加速在体基因疗法开发及平台建设资讯

篆码生物完成数千万元Pre-A轮融资,加速在体基因疗法开发及平台建设

本轮融资由泽悦创投、倚锋灼华基金和幂方健康基金联合投资

2026-03-24 12:43