Sistem de implanturi magnetice pentru controlul precis al protezelor bionice
Studiu extins pentru validarea controlului protezelor bionice prin implanturi magnetice
În prezent, cercetătorii desfășoară un studiu mai amplu pentru a evalua capacitatea utilizatorilor de a controla membrele artificiale prin această metodă, deoarece tehnologia nu a fost încă validată pentru utilizarea de rutină a protezelor.
Limitările electromiografiei includ faptul că activitatea electrică nu reflectă întotdeauna precis mișcarea produsă — semnalul electric se poate diminua chiar și atunci când mușchiul rămâne la aceeași lungime — iar electrozii pot capta activitatea mușchilor vecini sau pot fi influențați de transpirație. În cazul membrelor superioare, principii similare de control ar putea facilita manipularea obiectelor cu ajutorul unei proteze.
Deși permite obținerea informațiilor fără introducerea de electrozi în interiorul mușchiului pentru măsurarea activității electrice, tehnologia nu este complet neinvazivă, deoarece presupune implantarea magneților. Christopher Shallal, doctorand la MIT și unul dintre autorii principali ai studiului, a precizat că magneții pot fi urmăriți fără fir prin corp, permițând măsurarea puterii mecanice a mușchiului fără o intervenție extrem de invazivă. Anterior, laboratorul condus de Hugh Herr a dezvoltat o soluție bazată pe electrozi implantați în mușchi; însă, echipa a continuat cercetările pentru a găsi variante mai puțin invazive, precum magnetomicrometria.
În cadrul testelor, participanților li s-au implantat magneți în până la patru mușchi implicați în mișcările gleznei, fiind utilizați simultan și electrozi pentru a compara magnetomicrometria cu electromiografia de suprafață.
Christopher Shallal a afirmat că sarcina neuroprotezică virtuală a permis compararea interfețelor neuronale, rezultatele sugerând că abordarea bazată pe magneți poate oferi un control mai precis și mai stabil.
Cercetători de la MIT au dezvoltat tehnologia MuSE, care utilizează magneți implantați în mușchi pentru a permite o controlare mai precisă a protezelor robotice.
Cercetători de la Massachusetts Institute of Technology (MIT), în colaborare cu Brigham and Women's Hospital din Statele Unite, au dezvoltat un sistem de implanturi magnetice denumit MuSE, conceput pentru a urmări cu precizie mișcările musculare și a le transforma în comenzi pentru proteze bionice. Tehnologia a fost testată la trei persoane cu amputații ale membrului inferior sub nivelul genunchiului, demonstrând capacitatea de a înregistra contracțiile musculare pentru controlul unor mișcări simulate pe calculator.
Sistemul utilizează magnetomicrometria, bazată pe implantarea unor mici sfere magnetice din aliaj de neodim, fier și bor, cu un diametru de aproximativ trei milimetri. Acestea sunt acoperite cu aur și parilenă C pentru a asigura compatibilitatea biologică. Dispozitivul extern, plasat pe piele, detectează modificările de distanță dintre magneți atunci când mușchiul se contractă sau se relaxează, permițând calcularea lungimii și vitezei de mișcare fără a necesita conexiuni fizice sau alimentare electrică pentru implanturi.
Rezultatele studiului, publicate în revista Nature Sensors, indică faptul că tehnologia poate măsura modificările musculare cu o precizie sub un milimetru, chiar și la o adâncime de până la șase centimetri sub suprafața pielii. În testele comparative cu electromiografia (înregistrarea activității electrice prin electrozi de suprafață sau implantați), sistemul magnetic a oferit performanțe comparabile sau superioare pentru majoritatea parametrilor evaluați.
Profesorul Hugh Herr, coordonatorul studiului și codirector al K. Lisa Yang Center for Bionics de la MIT, a explicat că metodele convenționale bazate pe activitatea electrică a mușchilor nu pot determina direct parametri mecanici esențiali precum poziția articulației, cuplul mecanic sau rezistența la mișcare. Urmărirea directă a modificărilor mecanice ar putea, astfel, să ofere un control mai natural și mai precis al protezelor robotice, facilitând coordonarea articulațiilor, menținerea echilibrului și adaptarea mersului.
Experimentele actuale s-au concentrat pe controlul unui cursor virtual și au implicat participanți care beneficiaseră de o procedură de interfață mioneurală agonist-antagonist pentru conservarea propriocepției. Cercetătorii precizează că acesta este un stadiu inițial, fiind necesare evaluări suplimentare privind siguranța pe termen lung și performanțele sistemului la un grup mai larg de pacienți înainte de implementarea efectivă în proteze robotice utilizate în viața de zi cu zi.
Surse
- News.ro: Proteze bionice: Un sistem de implanturi magnetice permite urmărirea precisă a mişcărilor musculare. Tehnologia a fost testată la persoane cu amputaţii ale membrului inferior
- DC Medical: Protezele bionice ar putea fi controlate mai precis cu ajutorul unor bile magnetice implantate în mușchi. Cum funcționează noua tehnologie