Science Robotics 封面论文：高度集成的仿生手，具有神经控制和反馈功能，适用于日常生活

文摘 2025-01-19 00:01 北京

截肢后感觉运动功能的恢复仍然具有挑战性，因为缺乏提供可靠控制、反馈和连接的人机接口。近日Science Robotics发表了一篇封面文章，介绍了经桡神经肌肉骨骼假体的临床术式 - 一种直接连接到用户神经和骨骼系统的仿生手。在日常生活中操作仿生手可以改善假肢功能，减少截肢后，提高生活质量。

https://www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adf7360

骨整合允许肢体假体的直接骨骼连接，克服了牙槽悬挂的问题。通过骨整合连接的骨锚假体可以舒适地佩戴一整天，因为残肢没有压迫，同时还提供更好的机械负荷转移。尽管骨整合已被证明对不同程度的截肢有益，但其益处仅限于机械界面。另一方面，对假肢的控制通常与残肢残余肌肉的电活动（换句话说，肌电信号）相结合。在其最普遍的形式中，来自激动剂 - 拮抗剂肌肉对的表面电极记录的肌电信号用于区分两种相反的运动（例如，手打开和关闭），并一次按比例控制其中一个。更复杂的方法，包括模式识别分类器和并行回归器，已经证明了增加同时可控运动数量的可行选择。

表面电极记录的肌电信号容易受到干扰和干扰，从而使日常生活中的假肢控制不可靠。已经发现植入电极可以提供可靠的控制信号，但提出了额外的通信要求，即信号必须不断从体内传播到体外。在恢复躯体感觉的相反方向上也存在同样的挑战。许多实验室实验表明，植入神经内或神经周围的电极可用于引起由嵌入假体中的传感器触发的缺失手的感觉。然而，植入电极和外部假肢组件之间的通信一直是一个长期存在的问题，阻碍了植入电极在仿生肢体中的使用。

神经肌肉骨骼接口使用骨整合植入物，除了骨骼附件外，还设计用于使假体和植入电极之间的双向通信，可以解决上述问题。这里介绍了这一概念在肘下截肢患者中的临床实施，其中还对残肢进行了手术重建以增加肌电控制源的数量并治疗神经性疼痛。与以前仅用于研究目的的植入神经修复系统相反，它不需要额外的设备，如大型电池或处理单元，由患者佩戴，使其安全可靠，可以在日常生活中无人监督地使用。患者已在日常生活活动（ADL）中成功使用它超过3年，目前仍在继续使用。

通过钛植入物植入带有馈通连接的植入电极可以安全稳定地采集神经肌肉信号，从而产生适合在日常生活中长期使用的仿生手控。在家中使用该系统一年后，患者表现出更强的肌电控制能力，特别是在不同身体姿势的抓握、重复抓握和释放以及在运动过程中握住物体时有所改善。

与非侵入性解决方案相比，需要手术干预的人机界面具有额外的风险。必须考虑与手术本身相关的风险以及感染的长期潜在风险。在这种情况下，观察到一个植入物中的骨整合失败，并通过更大直径的植入物解决。另一个植入物在 2022 年 4 月）断裂后需要更换电基台螺钉，可能是因为患者仅使用一个植入物来加载假体时会感到疲劳。受损的软组织和骨骼结构会使重建程序和选择合适的植入物复杂化。所有这些方面都应与患者的功能和社会心理益处进行权衡。

在这项研究期间，没有带有嵌入式传感器的商用多关节手假体可用于在日常生活中可靠地实施感官反馈。该研究重点和缺乏现成的感应假手延迟了该患者日常生活中感觉反馈的实施。然而，预计随着商用、多关节和感应式假手的出现，这种情况将在未来几年发生变化。

CAAI认知系统与信息处理专委会

CAAI认知系统与信息处理专委会成立于2014年，胡德文教授担任专委会主任，孙富春教授担任荣誉主任，方斌教授担任秘书长。专委会不断吸纳业界人才，会员1000余名。创建了“认知系统与信息处理国际会议”、“机器人智能论坛”等品牌活动。

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