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MIT科学家发明新型截肢手术:控制假肢更精确,疼痛更少

2021-02-16 16:57 前瞻网   

 

MIT科学家发明新型截肢手术:控制假肢更精确,疼痛更少

麻省理工学院的研究人员发明了一种新型截肢手术,可以帮助被截肢者更好地控制残留的肌肉,并感知他们的“幻肢”在空间中的位置。

研究人员说,这种恢复的本体感觉应该转化为更好地控制假肢,以及减少肢体疼痛。

在大多数截肢手术中,控制受影响关节(如肘部或脚踝)的肌肉对被切断。

然而,麻省理工学院的研究小组发现,重新连接这些肌肉对,使它们保持正常的推拉关系,可以为人们提供更好的感觉反馈。

“我们的研究和之前的研究都表明,病人动态移动肌肉的能力越好,他们就能更好地控制自己。例如,一个人能越好地激活肌肉来移动他们的假踝,他们就能越好地使用他们的假体,”麻省理工学院博士后、这项研究的主要作者斯里亚·斯里尼瓦桑(Shriya Srinivasan)说。

一项将于本周发表在《美国国家科学院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences)上的研究表明,15名接受了这种被称为激动剂拮抗剂肌神经界面(AMI)的新型手术的患者,可以比接受传统截肢手术的患者更精确地控制他们的肌肉。

AMI患者还报告说,他们的患肢活动更自由,疼痛更少。

“通过恢复天然激动剂-拮抗剂的肌肉运动的手术和再生技术,我们的研究表明,AMI截肢的人会体验更大的幻肢关节活动范围,疼痛水平减少,提高了假肢可控性的保真度。”这篇论文的高级作者Hugh Herr说。

大多数控制肢体运动的肌肉成对出现,交替拉伸和收缩。这些激动剂-拮抗剂对的一个例子是二头肌和三头肌。

当你弯曲肘部时,二头肌收缩,导致三头肌拉伸,拉伸将感觉信息发回大脑。

在常规截肢手术中,这些肌肉的运动受到限制,切断了这种感觉反馈,使得截肢者更难感觉到他们的假肢在空间的哪个位置,或者感觉施加在这些肢体上的力。

Srinivasan说:“当一块肌肉收缩时,另一块肌肉就没有了拮抗活性,所以大脑就会收到令人困惑的信号。”Srinivasan曾是生物机电小组的成员,现在在麻省理工学院科赫综合癌症研究所工作。

“即使使用最先进的假体,人们也会不断地在视觉上跟随假体,试图根据设备移动的位置校准自己的大脑。”

几年前,麻省理工学院的生物机电组在临床前研究中发明并科学开发了一种新的截肢技术,可以维持这些肌肉对之间的关系。

它们并没有切断每一块肌肉,而是连接了肌肉的两端,这样它们仍然可以在残肢内动态地相互交流。

在2017年对老鼠的一项研究中,他们表明,当动物收缩一对肌肉中的一块时,另一块肌肉会拉伸并将感觉信息发送回大脑。

在这些临床前研究之后,大约有25人在布里格姆妇女医院(Brigham and Women's Hospital)接受了AMI手术,手术由卡蒂(Carty)完成,她也是布里格姆妇女医院(Brigham and Women's Hospital)的整形外科医生。

在《美国国家科学院院刊》的新研究中,研究人员测量了15名膝关节以下AMI截肢患者的踝关节和距下关节肌肉运动的精度。

这些患者在截肢过程中重新连接了两组肌肉:控制踝关节的肌肉和控制距下关节的肌肉,后者允许脚底向内或向外倾斜。

该研究将这些患者与7名接受膝关节以下传统截肢手术的患者进行了比较。

每个病人都是躺着进行评估的,腿支在泡沫枕头上,让他们的脚可以伸到空中。

患者在研究期间没有佩戴义肢。

研究人员要求他们将踝关节——包括完整的踝关节和“幻肢”踝关节——弯曲25、50、75或100%的活动范围。

每条腿上的电极可以让研究人员在每次重复运动时测量特定肌肉的活动。

研究人员对比了截肢和完整肢体肌肉发出的电信号,发现对于AMI患者来说,两者非常相似。

他们还发现,与接受传统截肢手术的患者相比,接受AMI截肢手术的患者能够更精确地控制被截肢肢体的肌肉。

接受传统截肢手术的患者更有可能在他们被截肢的肢体上反复做同样的动作,而不管他们的踝关节被要求弯曲多大。

Srinivasan说:“AMI患者控制这些肌肉的能力比那些典型截肢患者更直观,这在很大程度上与他们的大脑处理幻肢运动的方式有关。”

在最近发表在《科学转化医学》杂志上的一篇论文中,研究人员报告说,对AMI截肢患者的大脑扫描显示,他们从残留的肌肉中获得了比传统截肢患者更多的感觉反馈。

在目前正在进行的工作中,研究人员正在测量这种能力是否可以在行走时更好地控制假肢。

研究人员还发现了一个他们没有预料到的效果:AMI患者报告说,他们被截肢的肢体疼痛更少,活动更自由。

“我们的研究并不是专门为实现这一目标而设计的,但这是我们的研究对象反复表达的情绪。

他们对自己脚的实际感觉以及它如何在空间中移动有更大的感觉,”Srinivasan说。

“越来越明显的是,恢复肌肉的正常生理机能不仅对假肢控制有好处,而且对他们的日常精神健康也有好处。”

编译/前瞻经济学人APP资讯组

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责任编辑: 3976DBC

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