Магнитные датчики внутри мышц позволят управлять протезами конечностей

Используя простую систему из магнитов, исследователи из Массачусетского технологического института (США) изобрели новый способ отслеживания движений мышц. Они уже доказали эффективность технологии в экспериментах на животных и теперь планируют использовать этот метод, чтобы помочь людям с ампутациями более точно и естественно управлять протезами конечностей. Статья опубликована в журнале Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.

Современные протезы конечностей обычно контролируются с помощью электромиографии (ЭМГ). Электроды, прикрепленные к поверхности кожи или имплантированные в остаточную мышцу ампутированной конечности, измеряют сигналы от мышц и передают их протезу. Однако этот подход не учитывает никакой информации о длине или скорости сокращения мышц, которая могла бы сделать движения протеза точнее.

Уже несколько лет авторы статьи трудятся над новым способом измерений работы мышц. Их подход, получивший название «магнитомикрометрия», использует постоянные магнитные поля, окружающие небольшие шарики, имплантированные в мышцу.

Датчик размером с кредитную карту, прикрепленный к поверхности тела, отслеживает расстояния между двумя магнитами. Когда мышца сокращается, магниты сближаются, а когда расслабляется — отдаляются друг от друга.

Ранее ученые показали, что эту систему можно использовать для точного измерения небольших движений лодыжки. Теперь они поставили цель выяснить, может ли система выполнять точные измерения во время естественных движений вне лабораторных условий. Для этого исследователи создали полосу препятствий для индюков, в мышцы ног которых имплантировали датчики. Оказалось, во время прыжков, бега и других движений система рассчитывала длину мышц менее чем за миллисекунду.

После этого авторы протестировали биосовместимость имплантатов. Магниты не вызывали рубцевание тканей, воспаление или другие нежелательные побочные эффекты. Кроме того, операция не изменила походку индюков, так что, вероятно, датчики не провоцировали дискомфорт. Кроме того, магниты оставались стабильными в течение восьми месяцев, на протяжении всего исследования, и не мигрировали навстречу друг другу, если были имплантированы на расстоянии не менее трех сантиметров друг от друга.

Теперь ученые планируют получить одобрение для тестирования системы на людях с протезами конечностей. Они надеются задействовать датчик для управления протезами аналогично тому, как сейчас используется ЭМГ. Магнитные датчики, вживленные в сохранившиеся мышцы конечности будут передавать протезу информацию о степени растяжения мышцы и придавать ему желаемое положение.