Американские исследователи разработали метод мониторинга растяжения мышц, основанный на использовании магнитных датчиков, которые имплантируются в организм. В ходе работы было продемонстрировано, что данная система позволяет вычислять длину мышечного волокна менее чем за миллисекунду, а сами датчики обладают биосовместимостью и безопасны для организма. В перспективе эта технология может способствовать совершенствованию существующих систем управления протезами.
Благодаря простой системе, основанной на магнитах, ученые из Массачусетского технологического института (США) разработали инновационный способ мониторинга активности мышц. Эффективность этой технологии уже подтверждена в ходе экспериментов на животных, и теперь исследователи намерены применять ее для оказания помощи людям с ампутациями, позволяя им более точно и естественно контролировать протезы конечностей. Статья опубликована в журнале Frontiers in Bioengineering and Biotechnology.
Современные протезы конечностей, как правило, управляются посредством электромиографии (ЭМГ). Электроды, размещенные на коже или имплантированные в остаточную мускулатуру ампутированной конечности, фиксируют сигналы от мышц и передают их протезу. Тем не менее, данный метод не учитывает сведения о длине и скорости сокращения мышц, что могло бы повысить точность движений протеза.
Авторы статьи уже на протяжении нескольких лет разрабатывают новый метод оценки функционирования мышц. Предложенная ими технология, названная «магнитомикрометрия», основана на использовании постоянных магнитных полей, воздействующих на микроскопические шарики, введенные в мышечную ткань.
Небольшой датчик, сопоставимый по размеру с банковской картой, крепится к коже и измеряет расстояние между двумя магнитами. Сокращение мышцы приводит к их сближению, а расслабление – к увеличению расстояния между ними.
Ранее ученые продемонстрировали возможность использования этой системы для точного определения незначительных перемещений голеностопного сустава. В настоящее время их задача – установить, способна ли система обеспечивать точные измерения в условиях, приближенных к естественным, за пределами лабораторной среды. Чтобы проверить это, исследователи разработали полосу препятствий для индюков, в мышцах ног которых были имплантированы датчики. Результаты показали, что во время прыжков, бега и других движений система определяла длину мышц менее чем за миллисекунду.
Затем авторы провели тестирование биосовместимости имплантатов. Магниты не спровоцировали образование рубцовой ткани, воспаление или другие нежелательные реакции. Более того, хирургическое вмешательство не повлияло на походку индюков, что указывает на то, что датчики, скорее всего, не вызывали у них дискомфорт. Также магниты сохраняли свою стабильность в течение восьми месяцев, в течение всего периода исследования, и не смещались, если были имплантированы на расстоянии не менее трех сантиметров.
В настоящее время ученые намерены добиться разрешения на проведение испытаний системы с участием людей, использующих протезы конечностей. Предполагается, что датчик будет использоваться для управления протезами по принципу, аналогичному применяемой сейчас электромиографии (ЭМГ). Магнитные сенсоры, имплантированные в сохранившиеся мышцы конечности, будут передавать протезу сведения об уровне мышечного напряжения и обеспечивать его позиционирование.