《義肢》更真實!新型手術與神經義肢介面讓截肢者行走更自然

現今最先進的義肢雖然能幫助截肢者行走,但使用者無法透過神經系統完全控制義肢,只能依靠預先設定的步態演算法來移動。為了解決這個問題,麻省理工學院與布萊根婦女醫院 (Brigham and Women's Hospital) 的研究團隊合作研發出一種稱為「主動肌-拮抗肌的肌肉神經介面」(agonist-antagonist myoneural interface, AMI) 的新型手術和神經義肢介面。

正常狀態下,動作的產生通常是由兩個肌群拉動肢體,一組稱為主動肌 (agonist),另一群則為拮抗肌 (antagonist),兩者產生的方向是相反的。新的 AMI 手術的關鍵就在於,它並不像傳統截肢手術那樣會切斷肌肉的配對關係,而是將截肢肢體中負責伸展和收縮動作的肌肉兩端重新連接,使其仍有互動;這樣的設計讓患者在術後能夠透過這些肌肉的互動,接收到關於義肢在空間中位置的「本體感覺」回饋,進而更精準地控制義肢。

為了驗證 AMI 手術的效果,研究團隊招募了 7 名接受過 AMI 手術的患者和 7 名接受過傳統膝下截肢手術的患者,並讓他們穿戴相同的仿生義肢*進行一系列測試,包括在平地上行走、上下斜坡和樓梯,以及在行走過程中避開障礙物等等。結果顯示,接受 AMI 手術的患者在所有測試項目中都表現都優於接受傳統手術者,他們不僅能快速行走 (速度與沒有截肢的人差不多),還能更輕鬆地繞過障礙物;更重要的是,他們在行走時表現出更自然的動作,例如在上樓梯或跨越障礙物時會將義肢的腳趾向上抬起,並且能更好地協調義肢和完好肢體的動作。

研究人員指出,接受過 AMI 手術的患者之所以能表現得更好,是因為他們能夠從截肢的肢體接收到更多神經回饋,進而更精確地控制義肢的動作。即使這些神經回饋的數量還不到未截肢者的 20%,但已足夠讓他們恢復大部分的仿生神經控制能力。

這項研究成果發表在《Nature Medicine》上,為截肢患者帶來了新的希望。透過 AMI 手術和神經義肢介面的結合,未來截肢患者將不再需要依賴複雜的機器人控制器和感測器,而是可以透過自身的神經系統來控制義肢,讓義肢真正成為身體的一部分。

* 此處使用的仿生義肢,是一種帶有動力踝關節和電極的義肢,這些電極可以感知來自脛骨前肌和腓腸肌的肌電圖 (EMG) 訊號。這些訊號被輸入一個機器人控制器,協助義肢計算踝關節彎曲的程度、施加的扭矩或輸出的功率。

資料來源:MedicalXpress、MIT

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