Naukowcy z MIT wszczepili do mięśni maleńkie magnesy i na ich podstawie dokładnie śledzili pracę mięśni u osób po amputacji podudzia. Zdaniem zespołu taka metoda może zapewnić stabilniejsze sterowanie protezami niż dotychczasowe elektrody naklejane na skórę.
Dlaczego elektrody na skórze zawodzą
Od dziesięcioleci badacze pracują nad protezami neurologicznie sterowanymi, czyli takimi, które korzystają z sygnałów z mięśni pozostałych po amputacji. Informacje o długości mięśnia, szybkości jego skurczu i aktywacji trafiają do algorytmów sterujących. Dzięki temu osoby po amputacji nogi mogą chodzić bardziej naturalnie, a po amputacji ręki skuteczniej chwytać przedmioty.
Dotąd opierano się na elektromiografii z elektrodami na skórze. Ta metoda ma jednak wady: sygnał elektryczny nie jest dokładnym odbiciem pracy mięśnia, na przykład zanika, gdy mięsień przez kilka sekund pozostaje w tej samej długości. Elektrody mogą też łapać sygnały z sąsiednich mięśni, a zakłócać je może pot. Według autorów badania pomiary te nie były dotąd dość wiarygodne, by zapewnić bezpieczeństwo podczas chodzenia w protezie nogi.
Jak działa magnetomikrometria
Zespół prof. Hugh Herra rozwija technikę zwaną magnetomikrometrią. Do mięśnia wszczepia się parę magnesów, a czujniki umieszczone na skórze mierzą, jak zmienia się odległość między nimi, gdy mięsień się kurczy lub rozciąga. Na tej podstawie można obliczyć długość i prędkość skurczu mięśnia.
Magnesy mają 3 milimetry średnicy, czyli mniej więcej tyle co ziarenko sezamu. Wykonano je ze stopu neodymu, żelaza i boru, a dla bezpieczeństwa tkanek pokryto złotem i polimerem parylenem C. Sygnał da się odczytać z głębokości do 6 centymetrów pod skórą.
W badaniu opublikowanym w „Nature Sensors” wzięły udział trzy osoby po amputacji poniżej kolana. Miały one wszczepione magnesy w maksymalnie cztery mięśnie stawu skokowego, a dodatkowo elektrody w tych samych mięśniach. Pozwoliło to porównać trzy metody: magnetomikrometrię, elektromiografię z elektrodami wszczepionymi i elektromiografię z elektrodami na skórze.
Wyniki i dalsze plany
Uczestnicy nie mieli na sobie protezy. Za pomocą ruchów mięśni przesuwali kursor na ekranie do wskazanego celu, co symulowało sterowanie robotyczną protezą stopy ze stawem skokowym. Według autorów podejście magnetyczne dawało dokładniejsze i stabilniejsze sterowanie. Jak ocenił Christopher Shallal, jeden z głównych autorów badania: „Ta interfejs jest minimalnie inwazyjny, więc może być dostępny dla większej liczby osób”.
Wszyscy uczestnicy mieli amputację wykonaną metodą AMI, w której podczas operacji łączy się pary mięśni tak, by w kikucie nadal się ze sobą „komunikowały”. Daje to czucie położenia, czyli propriocepcję, pomagające ustawiać i poruszać protezą.
Obecnie trwa większe badanie, w którym sprawdzane jest, jak dobrze osoby mogą sterować rzeczywistymi protezami na podstawie sygnałów z magnetycznych koralików.
Co to oznacza w praktyce
To na razie wczesny etap badań: próba objęła tylko trzy osoby i zadanie na ekranie, a nie codzienne chodzenie w protezie. Na dostępność takich rozwiązań w polskich szpitalach trzeba będzie jeszcze długo poczekać. Wszczepialne elementy medyczne w UE podlegają regulacjom dotyczącym wyrobów medycznych, więc ewentualne wdrożenie wymagałoby odpowiednich badań i certyfikacji.
Dla osób po amputacjach i ich bliskich to jednak sygnał, że prace nad protezami bardziej zbliżonymi do naturalnej kończyny przynoszą konkretne wyniki. Jeśli większe badanie potwierdzi skuteczność, metoda może stać się mniej inwazyjną alternatywą dla wszczepianych elektrod.
Źródło: Medical Xpress – „Magnetic bead implants could offer more accurate way to control prosthetic limbs”
O autorze
