作者:admin   發(fā)布時(shí)間:2017/3/1 16:13:22   瀏覽次數(shù):3333

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，東莞中昊作為專業(yè)的傳感器解決方案專家，對傳感器技術(shù)應(yīng)用方面研究從未斷過。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法回答這個(gè)問題。而曾經(jīng)一些有此經(jīng)歷的人表示，他們在失去自己的手之后，還是會(huì)感覺有“幻肢”的存在，但是事實(shí)上他們的假肢是沒有觸覺的，而醫(yī)學(xué)研究從未停止，通過薄膜壓力傳感器和醫(yī)療結(jié)合，復(fù)活假肢不再是夢想。

　　有這樣一群科學(xué)家，他們所做的就是讓假肢“有觸覺”。美國國防部高級研究計(jì)劃局 (DARPA) 進(jìn)行的一項(xiàng)名為“手臂本體感受和觸覺界面”(HAPTIX)的研究項(xiàng)目，目的就是讓假肢佩戴者通過借助具有無線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，接受了手指觸覺神經(jīng)接口移植。對于截肢者來說，假肢的功能作用大于肢體作用，普通的假肢是無法感受到任何感覺的，對于使用者來說，它更像是一個(gè)“工具”。

　　研究人員們設(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%，而打開之后，成功率則高達(dá)93%。Spetic本人也說，感覺像是用自己的手在抓櫻桃一樣，這對“觸覺假肢”的發(fā)展是極大的鼓勵(lì)。

　　雖然聽起來“植入”是很簡單的，但是真正操作起來是需要志愿者做出一些犧牲的。他需要接受一場外科手術(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)線與計(jì)算機(jī)相連

　　在一開始的試驗(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，抓握物品時(shí)，通過復(fù)雜的電腦計(jì)算，神經(jīng)元電極會(huì)將壓力電脈沖信號轉(zhuǎn)化成人體神經(jīng)系統(tǒng)能夠識別的神經(jīng)脈沖信號，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。

　　

　　電極接口

　　雖然在剛剛開始實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，當(dāng)薄膜壓力傳感器開始工作，由于電流的作用，Spetic會(huì)感覺到刺痛，為了改善這種情況，提供更自然的感覺，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)的物體飄過和拍打他的“手”的感覺，即使戴上眼罩，不依靠視覺，他也可以控制自己假肢的動(dòng)作和力量。

　　未來，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，還能夠無限接近于真實(shí)的人類手臂。

　　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，那么人類是否可以通過這一手段獲得永生呢？這個(gè)謎題，不知道科學(xué)家們需要多久來為我們破解。