Блог

Dec 17, 2023

Магнитные датчики отслеживают длину мышц

Изображения для загрузки на веб-сайте офиса новостей MIT предоставляются некоммерческим организациям, прессе и широкой публике на условиях Creative Commons Attribution. Некоммерческие, без производных.

Изображения для загрузки на веб-сайте офиса новостей MIT предоставляются некоммерческим организациям, прессе и широкой публике в соответствии с некоммерческой лицензией Creative Commons «С указанием авторства». Вы не можете изменять предоставленные изображения, кроме как обрезать их до нужного размера. При воспроизведении изображений необходимо использовать кредитную линию; если оно не указано ниже, укажите авторство изображений в «MIT».

Предыдущее изображение Следующее изображение

Используя простой набор магнитов, исследователи Массачусетского технологического института придумали сложный способ мониторинга мышечных движений, который, как они надеются, облегчит людям с ампутациями контроль над своими протезами конечностей.

В новой паре работ исследователи продемонстрировали точность и безопасность своей магнитной системы, которая может отслеживать длину мышц во время движения. Исследования, проведенные на животных, вселяют надежду, что эта стратегия может быть использована, чтобы помочь людям с протезами контролировать их таким образом, чтобы более точно имитировать естественные движения конечностей.

«Эти недавние результаты показывают, что этот инструмент можно использовать вне лаборатории для отслеживания движений мышц во время естественной активности, а также предполагают, что магнитные имплантаты стабильны и биосовместимы и не вызывают дискомфорта», — говорит Кэмерон Тейлор, сотрудник Массачусетского технологического института. ученый-исследователь и соавтор обеих статей.

В одном из исследований исследователи показали, что они могут точно измерить длину икроножных мышц индеек, когда птицы бегают, прыгают и выполняют другие естественные движения. В другом исследовании они показали, что маленькие магнитные шарики, используемые для измерений, не вызывают воспаления или других побочных эффектов при имплантации в мышцу.

«Я очень воодушевлен клиническим потенциалом этой новой технологии по улучшению контроля и эффективности бионических конечностей для людей с потерей конечностей», — говорит Хью Херр, профессор медиаискусства и науки, содиректор Института К. Лизы. Янга в Массачусетском технологическом институте и ассоциированный член Института исследований мозга Макговерна при Массачусетском технологическом институте.

Герр является старшим автором обеих статей, которые сегодня опубликованы в журнале Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. Томас Робертс, профессор экологии, эволюции и биологии организмов в Университете Брауна, является старшим автором исследования измерений.

Отслеживание движения

В настоящее время протезы конечностей с электроприводом обычно контролируются с помощью метода, известного как поверхностная электромиография (ЭМГ). Электроды, прикрепленные к поверхности кожи или хирургически имплантированные в оставшуюся мышцу ампутированной конечности, измеряют электрические сигналы от мышц человека, которые подаются в протез, чтобы помочь ему двигаться так, как намеревается человек, носящий конечность.

Однако этот подход не учитывает никакой информации о длине или скорости мышц, которая могла бы помочь сделать движения протеза более точными.

Несколько лет назад команда Массачусетского технологического института начала работать над новым способом проведения подобных измерений мышц, используя метод, который они называют магнитомикрометрией. Эта стратегия использует преимущества постоянных магнитных полей, окружающих маленькие шарики, имплантированные в мышцу. Используя датчик размером с кредитную карту, похожий на компас, прикрепленный к внешней стороне тела, их система может отслеживать расстояния между двумя магнитами. Когда мышца сокращается, магниты сближаются, а когда она сгибается, они раздвигаются.

В исследовании, опубликованном в прошлом году, ученые показали, что эту систему можно использовать для точного измерения небольших движений лодыжки, когда шарики имплантируют в икроножные мышцы индеек. В одном из новых исследований ученые решили выяснить, сможет ли система выполнять точные измерения во время более естественных движений в нелабораторных условиях.

Для этого они создали полосу препятствий из пандусов, по которым индейки могли карабкаться, и ящиков, через которые они могли прыгать. Исследователи использовали свой магнитный датчик для отслеживания движений мышц во время этих занятий и обнаружили, что система может рассчитать длину мышц менее чем за миллисекунду.