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

国家药监局、公安部、国家卫健委、国家医保局等7部门联合印发《医药代表管理办法》资讯

国家药监局、公安部、国家卫健委、国家医保局等7部门联合印发《医药代表管理办法》

这是自2020年9月国家药监局发布《医药代表备案管理办法(试行)》以来的首次修订。

2026-05-07 21:48

泽安生物完成3800万美元融资,加速推进“髓系细胞衔接器”免疫治疗管线 资讯

泽安生物完成3800万美元融资,加速推进“髓系细胞衔接器”免疫治疗管线

本轮融资由高瓴创投(GL Ventures)领投,一家国际主权财富基金大额跟投,博裕创投、五源资本、蓝驰创投等多家现有股东亦追加投资

2026-05-07 11:07

拜耳asundexian(BAY 2433334片)用于降低缺血性卒中或短暂性脑缺血发作成人患者的卒中(复发)风险的注册申请获国家药品监督管理局药品审评中心受理资讯

拜耳asundexian(BAY 2433334片)用于降低缺血性卒中或短暂性脑缺血发作成人患者的卒中(复发)风险的注册申请获国家药品监督管理局药品审评中心受理

用于降低缺血性卒中或短暂性脑缺血发作(TIA)成人患者的 卒中(复发)风险,不包含心源性栓塞性卒中患者”的上市申请已获国家药品监督管理局药品审评中心受理。

2026-05-07 10:48

全球首个CDK2/4/6抑制剂获批第二个适应症资讯

全球首个CDK2/4/6抑制剂获批第二个适应症

5月6日,中国生物制药发布公告,下属企业正大天晴自主研发的库莫西利胶囊(商品名:赛坦欣)获得国家药品监督管理局批准,联合氟维司群用于激素受体(HR)阳性、人表皮生长因子...

2026-05-06 18:13

蚂蚁阿福启动“健康中国体检关怀行动”,为1亿人免费解读体检报告资讯

蚂蚁阿福启动“健康中国体检关怀行动”,为1亿人免费解读体检报告

春季是传统的体检季,可很多人拿到体检报告却犯了难。一项5000名网友参与的调研显示,80%的受访者表示体检报告没有得到详细讲解,也不知道检后该怎么做;75%的受访者没有按体检...

2026-05-06 17:13

第28个世界哮喘日:儿童哮喘早识别、规范治疗,守护患儿健康呼吸资讯

第28个世界哮喘日:儿童哮喘早识别、规范治疗,守护患儿健康呼吸

进入5月,气温波动、花粉增多、呼吸道病毒活跃,哮喘也随之进入急性发作的高峰期。今年5月5日,恰逢第28个“世界哮喘日”——以“确保每位

2026-05-05 20:33

康方生物授权的Summit美股大跌资讯

康方生物授权的Summit美股大跌

2025年4月30日,美股上市公司Summit Therapeutics对外公布截至 2026 年 3 月 31 日第一季度财务业绩及业务进展,其中最受关注的无疑是从康方生物(09926 HK)获得授权的...

2026-05-05 20:02

对比,生物医学新技术临床转化应用审批工作规范征求意见稿与正式稿有哪些不同?资讯

对比,生物医学新技术临床转化应用审批工作规范征求意见稿与正式稿有哪些不同?

4月30日,国家卫健委官网正式发布《生物医学新技术临床转化应用审批工作规范(试行)》,与4月19日发布的征求意见稿有哪些变化?

2026-05-05 10:58

生物医学新技术与药品、医疗器械的界定资讯

生物医学新技术与药品、医疗器械的界定

4月30日,国家卫健委官网发布《生物医学新技术与药品、医疗器械界定指导原则(暂行)》。对于生物医学新技术与药品、医疗器械的操作边界进行指导。

2026-05-05 10:51

又一家药企被取消国家药品集采中选资格资讯

又一家药企被取消国家药品集采中选资格

4月30日,国家组织药品联合采购办公室发布公告,取消哈尔滨力强药业有限责任公司洛索洛芬钠凝胶贴膏中选资格并将该企业列入违规名单。

2026-04-30 15:19

国家药监局原副局长陈时飞被判14年资讯

国家药监局原副局长陈时飞被判14年

4月29日,上海市第二中级人民法院一审公开宣判国家药品监督管理局原党组成员、副局长陈时飞受贿案,对被告人陈时飞以受贿罪判处有期徒刑14年,并处罚金人民币400万元;扣押在案...

2026-04-30 10:08

黄果任国家药品监督管理局局长资讯

黄果任国家药品监督管理局局长

任命黄果为国家药品监督管理局局长,免去李利的国家药品监督管理局局长职务。

2026-04-29 21:46

微滔生物完成超 5000 万美元 A 轮、A + 轮融资,专注体内 CAR-T 细胞疗法赛道资讯

微滔生物完成超 5000 万美元 A 轮、A + 轮融资,专注体内 CAR-T 细胞疗法赛道

本轮融资由正心谷资本与德诚资本分别领投,OrbiMed(奥博资本)、汉康资本、卫材创新风投基金、建发新兴投资等知名机构跟投,老股东启明创投、顺禧资本、杏泽资本持续加码

2026-04-29 13:21

“A to H 18A第一股”诞生!迈威生物正式登陆香港联交所主板资讯

“A to H 18A第一股”诞生!迈威生物正式登陆香港联交所主板

2026年4月28日,迈威(上海)生物科技股份有限公司(以下简称“迈威生物”,A股代码:688062 SH,港股代码:02493 HK)在香港联合交易所主板正式挂牌上市,成为首家“A to H”的18A上市公司。

2026-04-28 19:22

全面接轨国际,药物临床试验质量管理规范再升级资讯

全面接轨国际,药物临床试验质量管理规范再升级

根据国家药监局发布的2025年第125号公告,自2026年3月31日后实施的药物临床试验,均适用《E6(R3):药物临床试验质量管理规范技术指导原则》(下称 ICH E6(R3))。

2026-04-28 19:13

百济神州引入PD-1/CTLA-4/VEGF-A三抗资讯

百济神州引入PD-1/CTLA-4/VEGF-A三抗

4月28日,百济神州发布公告称,2026年4 月 24 日,百济神州有限公司的全资子公司广州百济神州生物制药有限公司与华辉安健(北京)生物科技有限公司签订了一份《独家选择权、...

2026-04-28 09:49

希润医疗完成数千万元融资,打造全链条脑机接口康复产品线资讯

希润医疗完成数千万元融资,打造全链条脑机接口康复产品线

由无锡梁溪科创产业基金独家投资。

2026-04-27 13:19

一家环保上市企业要10亿元收购一家CRO公司资讯

一家环保上市企业要10亿元收购一家CRO公司

4月26日晚间,创业板上市公司中赋科技发布公告,计划筹资收购军科正源(北京)药物研究有限责任公司。

2026-04-27 11:02

司美格鲁肽专利已经到期,为什么国内还没有产品获批上市资讯

司美格鲁肽专利已经到期,为什么国内还没有产品获批上市

2026年3月底,司美格鲁肽核心化合物专利在中国正式到期。

2026-04-26 18:56