一名在农业事故中失去手臂并经历幻肢疼痛的妇女接受了一种开创性的仿生假肢，该假肢与她的骨骼和神经系统相结合，显着提高了她的生活质量。这项由多学科研究人员开创的变革性技术提供了一种骨集成解决方案，确保了机械附着和可靠的控制，有望开创假肢替代的新时代。资料来源:Ortiz-Catalan et al。
20多年前，一场农业事故夺走了卡琳的右臂，她的生活发生了戏剧性的转变。从那以后，她忍受着难以忍受的幻肢痛。
“感觉就像我一直把手放在绞肉机里，这给我带来了很大的压力，我不得不服用大剂量的各种止痛药。”
除了难以治愈的疼痛，她还发现传统的假肢不舒服、不可靠，因此在日常生活中几乎没有帮助。当她接受了突破性的仿生技术后，这一切都改变了，这种技术使她能够整天舒适地佩戴功能更强大的假肢。仿生机器人与Karin残肢之间的高度融合也减轻了她的疼痛。
第一个肘部以下截肢的人接受了直接连接到她的神经肌肉骨骼系统的仿生手。资料来源:Ortiz-Catalan et al.， Sci。抢劫, 2023年
“对我来说，这项研究意义重大，因为它给了我更好的生活。”
人与机器的完美融合
假肢的机械附着和可靠控制是假肢置换术中面临的两大挑战。由于这些原因，失去肢体的人往往会拒绝使用市面上可以买到的复杂的假肢，这意味着痛苦和不舒服的附着，以及有限和不可靠的可控性。
一个由工程师和外科医生组成的多学科小组通过开发人机界面解决了这些问题，该界面允许假体通过骨整合舒适地附着在用户的骨骼上，同时还通过植入神经和肌肉的电极实现与神经系统的电连接。
首个肘部以下神经肌肉骨骼假体的描述和演示。资料来源:Ortiz-Catalan et al.， Sci。抢劫, 2023年
该研究由澳大利亚仿生学研究所神经假肢研究负责人、瑞典仿生学和疼痛研究中心(CBPR)创始人马克斯·奥尔蒂斯·卡塔兰教授领导。
“卡琳是第一个接受这种高度集成的仿生手新概念的肘部以下截肢患者，这种仿生手可以在日常生活中独立可靠地使用。多年来，她一直能够舒适有效地在日常活动中使用假肢，这一事实证明了这项新技术对于面临肢体丧失的人来说，有可能改变他们的生活。”
在这个级别的截肢的挑战是两个骨头(桡骨和尺骨)应该对齐和负载相等，并且没有太多的空间可用于植入和假体组件。尽管如此，研究小组还是设法开发了一种合适的神经肌肉骨骼植入物，可以将用户的生物控制系统(神经系统)与假肢的电子控制系统连接起来。
Karin和她的仿生手以及Max Ortiz catalalan教授。资料来源:Ortiz-Catalan et al.， Sci。抢劫, 2023年
“我们的综合外科和工程方法也解释了疼痛的减轻，因为卡琳现在使用与她失去的生物手相同的神经资源来控制假肢。”
治疗和预防截肢后疼痛是奥尔蒂斯·加泰罗尼亚教授团队的另一个主要目标。关于这件事，Karin说现在“我能更好地控制我的假肢，但最重要的是，我的疼痛减轻了。”如今，我需要的药物少了很多。”
新型仿生技术的一个关键特征是通过骨整合将假体附着在骨骼上;骨组织与钛形成牢固的机械连接的过程。
麻省理工学院(MIT)副教授、哥德堡大学(Gothenburg University)副教授、Integrum公司首席执行官里卡德·布拉姆马克(Rickard bramatnemark)教授领导了这项手术，自假肢首次用于人类以来，他一直致力于假肢的骨整合:“钛植入物与骨组织的生物整合为进一步推进截肢者的护理创造了机会。通过将骨整合与重建手术、植入电极和人工智能相结合，我们可以以前所未有的方式恢复人体功能。肘部以下截肢水平具有特殊的挑战，而实现的功能水平标志着整个高级肢体重建领域的重要里程碑。”
高度集成的仿生手在使用中。资料来源:Ortiz-Catalan et al.， Sci。抢劫, 2023年
残肢的神经和肌肉被重新排列，为假肢提供更多的运动控制信息来源。
Paolo Sassu医生在瑞典Sahlgrenska大学医院进行了这部分手术，在那里他也领导了斯堪的纳维亚半岛的第一例手部移植手术:“根据临床情况，我们可以为患者提供最佳解决方案，有时是生物手部移植，有时是仿生神经肌肉骨骼假体。我们在这两方面都在不断改进。”Sassu博士目前就职于意大利Rizzoli Ortopedico研究所和瑞典仿生学和疼痛研究中心。
“由欧盟委员会资助的DeTOP项目，”来自比萨圣安娜大学的协调员Christian Cipriani教授说，“提供了一个很好的合作机会，使我们机构中现有的最先进的假肢和机器人技术得以巩固，这可能对人们的生活产生巨大的影响。”
由Prensilia开发的机器人手，即Mia hand，具有独特的运动和感觉组件，允许用户进行80%的日常生活活动。Prensilia的总经理Francesco Clemente博士说:“接受假体对其成功使用至关重要。”除了技术性能，普伦西莉亚还在努力开发一种可以在美学上完全定制的手。米娅·汉德生来就是用来展示而不是隐藏的。我们希望用户为自己感到骄傲，而不是为失去的东西感到羞耻。”
参考文献:“具有神经控制和反馈的高度集成仿生手，用于日常生活”，作者:Max ortizz - catalalan, Jan Zbinden, Jason Millenaar, Daniele D 'Accolti, Marco Controzzi, Francesco Clemente, Leonardo Cappello, Eric J. Earley, Enzo Mastinu, Justyna Kolankowska, Maria Munoz-Novoa, Stewe J?nsson, Christian Cipriani, Paolo Sassu和Rickard br
nemark, 2023年10月11日，Science Robotics。DOI: 10.1126 / scirobotics.adf7360
这项工作是欧盟委员会在地平线2020下资助的一个名为DeTOP (ga# 687905)的项目的主要成果之一。这项研究还得到了Promobilia基金会、IngaBritt和Arne lundberg基金会以及瑞典研究委员会(vetenskapsratdet)的资助。
