东方时讯网麻省理工学院的研究人员使用一组简单的磁铁设计了一种复杂的方法来监测肌肉运动，他们希望这将使截肢患者更容易控制他们的假肢。
一种小的珠状磁铁，用于测量肌肉位置的新方法。研究人员/麻省理工学院的插图
在一对新论文中，研究人员展示了他们基于磁铁的系统的准确性和安全性，该系统可以在运动过程中跟踪肌肉的长度。这些在动物身上进行的研究提供了希望，即这种策略可以用来帮助使用假肢装置的人以更接近自然肢体运动的方式控制它们。
麻省理工学院的CameronTaylor说：“这些最近的结果表明，这种工具可以在实验室外用于跟踪自然活动期间的肌肉运动，它们还表明磁性植入物稳定且具有生物相容性，不会引起不适。”研究科学家和两篇论文的共同主要作者。
在其中一项研究中，研究人员表明，当火鸡奔跑、跳跃和进行其他自然运动时，他们可以准确测量火鸡小腿肌肉的长度。另一项研究表明，用于测量的小磁珠植入肌肉后不会引起炎症或其他不良反应。
媒体艺术与科学教授、K.Lisa联合主任休·赫尔(HughHerr)说：“我对这项新技术的临床潜力感到非常兴奋，它可以改善肢体缺失患者仿生肢体的控制和疗效。”麻省理工学院杨仿生学中心，麻省理工学院麦戈文脑研究所准会员。
Herr是这两篇论文的资深作者，这些论文发表在生物工程和生物技术前沿。布朗大学生态学、进化和有机体生物学教授托马斯·罗伯茨(ThomasRoberts)是这项测量研究的资深作者。
跟踪运动
目前，通常使用称为表面肌电图(EMG)的方法来控制动力假肢。附着在皮肤表面或通过手术植入截肢残肢肌肉的电极测量来自人的肌肉的电信号，这些电信号被馈送到假肢中以帮助它按照人佩戴肢体的预期方式移动。
然而，该方法没有考虑有关肌肉长度或速度的任何信息，这可能有助于使假肢运动更加准确。
几年前，麻省理工学院的团队开始研究一种新的方法来执行这些类型的肌肉测量，使用一种称为磁力显微镜的方法。该策略利用了植入肌肉中的小珠子周围的永久磁场。他们的系统使用附在身体外部的信用卡大小、类似指南针的传感器，可以跟踪两个磁铁之间的距离。当肌肉收缩时，磁铁会靠得更近，而当它弯曲时，磁铁会移得更远。
在去年发表的一项研究中，研究人员表明，当将珠子植入火鸡的小腿肌肉时，该系统可用于准确测量小的脚踝运动。在其中一项新研究中，研究人员着手研究该系统是否可以在非实验室环境中进行更自然的运动时进行准确测量。
为此，他们创建了一个障碍训练场，其中包括供火鸡攀爬的坡道和供火鸡跳上跳下的箱子。研究人员使用他们的磁传感器来跟踪这些活动中的肌肉运动，并发现该系统可以在不到一毫秒的时间内计算出肌肉长度。
他们还将他们的数据与使用称为荧光显微镜的更传统方法进行的测量进行了比较，荧光显微镜是一种X射线技术，需要比磁力显微镜更大的设备。磁测微测量与荧光测微产生的测量结果平均相差不到一毫米。
“我们能够使用更小的便携式包装提供房间大小的X射线设备的肌肉长度跟踪功能，并且我们能够连续收集数据，而不是局限于10秒的突发荧光测微法仅限于，”泰勒说。
麻省理工学院研究生SeongHoYeon也是该测量研究的共同主要作者。其他作者包括麻省理工学院研究支持助理EllenClarrissimeaux和前布朗大学博士后MaryKateO'Donnell。
在第二篇论文中，研究人员专注于植入物的生物相容性。磁铁不会产生组织疤痕、炎症或其他有害影响。他们还表明，植入的磁铁不会改变火鸡的步态，表明它们不会产生不适。布朗大学的博士后WilliamClark是生物相容性研究的共同主要作者。
研究人员还表明，植入物在研究期间的八个月内保持稳定，并且不会相互迁移，只要它们植入时相距至少3厘米。研究人员设想，这些珠子由涂有金的磁芯和一种称为聚对二甲苯的聚合物组成，植入后可以无限期地保留在组织中。
“磁铁不需要外部电源，在将它们植入肌肉后，它们可以在患者的一生中保持其磁场的全部强度，”泰勒说。
研究人员现在正计划寻求FDA的批准，以在装有假肢的人身上测试该系统。他们希望使用传感器来控制假肢，类似于现在使用表面EMG的方式：有关肌肉长度的测量值将被输入假肢的控制系统，以帮助将其引导到佩戴者想要的位置。
“这项技术满足需求的地方是将这些肌肉长度和速度传达给可穿戴机器人，这样机器人就可以以与人类协同工作的方式执行任务，”泰勒说。“我们希望磁测微测量法能让人以与控制自己的肢体相同的舒适度和轻松度来控制可穿戴机器人。”
除了假肢外，这些可穿戴机器人还可以包括穿戴在体外的机器人外骨骼，以帮助人们更轻松地移动腿或手臂