作者:admin   發(fā)布時(shí)間:2017/3/1 16:13:22   瀏覽次數(shù):3219

薄膜壓力傳感器-醫(yī)療的先驅(qū)，讓假肢活了

壓力傳感器在很早以前就已經(jīng)進(jìn)入醫(yī)療領(lǐng)域，和各種醫(yī)療器具結(jié)合有著不一樣的功能，對(duì)醫(yī)療界的發(fā)展提供了便利，像是殺菌器用壓力傳感器等。隨著技術(shù)更新，壓力傳感器必將發(fā)揮更多作用，東莞中昊作為專(zhuān)業(yè)的傳感器解決方案專(zhuān)家，對(duì)傳感器技術(shù)應(yīng)用方面研究從未斷過(guò)。薄膜壓力傳感器用于醫(yī)療很多，當(dāng)應(yīng)用于假肢研究方面，創(chuàng)造的奇跡，讓我們來(lái)看個(gè)研究實(shí)例。

失去一只手是怎么樣的感受？恐怕我們普通人都無(wú)法回答這個(gè)問(wèn)題。而曾經(jīng)一些有此經(jīng)歷的人表示，他們?cè)谑プ约旱氖种?，還是會(huì)感覺(jué)有“幻肢”的存在，但是事實(shí)上他們的假肢是沒(méi)有觸覺(jué)的，而醫(yī)學(xué)研究從未停止，通過(guò)薄膜壓力傳感器和醫(yī)療結(jié)合，復(fù)活假肢不再是夢(mèng)想。

　　有這樣一群科學(xué)家，他們所做的就是讓假肢“有觸覺(jué)”。美國(guó)國(guó)防部高級(jí)研究計(jì)劃局 (DARPA) 進(jìn)行的一項(xiàng)名為“手臂本體感受和觸覺(jué)界面”(HAPTIX)的研究項(xiàng)目，目的就是讓假肢佩戴者通過(guò)借助具有無(wú)線(xiàn)傳輸功能的薄膜壓力傳感器，讓假肢具有真實(shí)的反饋功能，使假肢真正成為病人身體的組成部分。

　　來(lái)自克利夫蘭退伍軍人醫(yī)療中心的志愿者Spetic就是一位需要假肢的人，他在一次工廠(chǎng)意外事故中失去了自己的右手，但幸運(yùn)的是，他作為實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的志愿者，接受了手指觸覺(jué)神經(jīng)接口移植。對(duì)于截肢者來(lái)說(shuō)，假肢的功能作用大于肢體作用，普通的假肢是無(wú)法感受到任何感覺(jué)的，對(duì)于使用者來(lái)說(shuō)，它更像是一個(gè)“工具”。

　　研究人員們?cè)O(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，他們讓Spetic去抓櫻桃，拔掉櫻桃的梗，但是櫻桃在他手中碎掉了；接下來(lái)研究人員在假肢的拇指和中指中植入薄膜壓力傳感器，這次Spetic輕輕地抓住并拔掉了櫻桃梗，而完全沒(méi)有破壞櫻桃。進(jìn)行了大量重復(fù)試驗(yàn)后，研究人員得出數(shù)據(jù)，在關(guān)閉薄膜壓力傳感器的情況下，成功率僅有43%，而打開(kāi)之后，成功率則高達(dá)93%。Spetic本人也說(shuō)，感覺(jué)像是用自己的手在抓櫻桃一樣，這對(duì)“觸覺(jué)假肢”的發(fā)展是極大的鼓勵(lì)。

　　雖然聽(tīng)起來(lái)“植入”是很簡(jiǎn)單的，但是真正操作起來(lái)是需要志愿者做出一些犧牲的。他需要接受一場(chǎng)外科手術(shù)，手臂接入人造神經(jīng)元電極，其中附帶了電信號(hào)感應(yīng)器，將其植入到人體手臂殘存的神經(jīng)里面后，它就扮演了連接人體神經(jīng)系統(tǒng)和假肢微電子設(shè)備的“接口”角色。

　　Spetic的前臂植入了電極，上臂有導(dǎo)線(xiàn)與計(jì)算機(jī)相連

　　在一開(kāi)始的試驗(yàn)中，假肢上共有20個(gè)觸點(diǎn)，與3根神經(jīng)相連，刺激不同的神經(jīng)會(huì)產(chǎn)生不同的感覺(jué)，抓握物品時(shí)，通過(guò)復(fù)雜的電腦計(jì)算，神經(jīng)元電極會(huì)將壓力電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化成人體神經(jīng)系統(tǒng)能夠識(shí)別的神經(jīng)脈沖信號(hào)，所以當(dāng)截肢者觸摸實(shí)物時(shí)，能夠感知到物體的“真實(shí)的觸覺(jué)和力量”。

　　在2014年時(shí)，研究人員在Spetic的前臂植入了3個(gè)電極接口，而后最多可以達(dá)到8個(gè)，等到下一代研發(fā)出來(lái)的時(shí)候，可能會(huì)達(dá)到現(xiàn)在的4倍。電極接口越多，越有可能使佩戴假肢的人重獲更細(xì)致的感覺(jué)。

　　

　　電極接口

　　雖然在剛剛開(kāi)始實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，當(dāng)薄膜壓力傳感器開(kāi)始工作，由于電流的作用，Spetic會(huì)感覺(jué)到刺痛，為了改善這種情況，提供更自然的感覺(jué)，研究人員嘗試改變了電脈沖的時(shí)機(jī)和脈沖序列，根據(jù)他的感受不斷地調(diào)整，最終他們發(fā)現(xiàn)，在一秒鐘的電脈沖循環(huán)中，先增加再減少脈沖的強(qiáng)度，就可以將刺痛感變?yōu)楦匀坏摹拔矬w擠壓手指的壓力”。Spetic對(duì)這種壓力的描述是“像把我的手指放在脖子上感受脈搏的壓力一樣”。

　　目前為止，Spetic已經(jīng)能夠感受到尼龍搭扣和砂紙的微弱的粗糙感，還能夠感受到移動(dòng)的物體飄過(guò)和拍打他的“手”的感覺(jué)，即使戴上眼罩，不依靠視覺(jué)，他也可以控制自己假肢的動(dòng)作和力量。

　　未來(lái)，研究人員希望能夠做出一個(gè)獨(dú)立的微型處理器，不需要依賴(lài)外部電腦，可以植入假肢和“接口”之間，在日常不外接電源的情況下為“觸覺(jué)系統(tǒng)”提供動(dòng)力。這樣，佩戴假肢的人就會(huì)像擁有了一個(gè)自然的“機(jī)械手臂”一樣，隨著技術(shù)的發(fā)展，還能夠無(wú)限接近于真實(shí)的人類(lèi)手臂。

　　當(dāng)這項(xiàng)技術(shù)獲得成功后，獲益的不僅僅是需要佩戴假肢的人。我們也許可以做個(gè)大膽的設(shè)想應(yīng)用壓力傳感器結(jié)合醫(yī)療技術(shù)，四肢可以用機(jī)械代替，內(nèi)臟或許也可以在技術(shù)條件下用機(jī)械代替，只要大腦不死亡，那么人類(lèi)是否可以通過(guò)這一手段獲得永生呢？這個(gè)謎題，不知道科學(xué)家們需要多久來(lái)為我們破解。