使用一组简单的磁铁，麻省理工学院的研究人员提出了一种监测肌肉运动的复杂方法，他们希望这将使截肢者更容易控制他们的假肢。

在生物工程和生物技术前沿的两篇新论文中，研究人员展示了他们基于磁体的系统的准确性和安全性，该系统可以在运动过程中跟踪肌肉的长度。这些在动物身上进行的研究提供了希望，即这种策略可用于帮助使用假肢装置的人以更接近自然肢体运动的方式控制它们。

“这些最近的结果表明，这种工具可以在实验室外用于跟踪自然活动期间的肌肉运动，并且它们还表明磁性植入物是稳定和生物相容的，并且它们不会引起不适，”麻省理工学院的 Cameron Taylor 说研究科学家和两篇论文的共同主要作者。

在其中一项研究中，研究人员表明，当火鸡奔跑、跳跃和进行其他自然运动时，他们可以准确测量火鸡小腿肌肉的长度。在另一项研究中，他们表明用于测量的小磁珠在植入肌肉时不会引起炎症或其他不良反应。

“我对这项新技术的临床潜力感到非常兴奋，它可以改善仿生肢体对肢体丧失患者的控制和功效，”媒体艺术与科学教授、K. Lisa 联合主任 Hugh Herr 说麻省理工学院杨仿生学中心，麻省理工学院麦戈文脑研究所准成员。

Herr 是这两篇论文的资深作者，这两篇论文今天发表在《生物工程与生物技术前沿》杂志上。布朗大学生态学、进化和有机体生物学教授托马斯·罗伯茨是这项测量研究的资深作者。

新的肌肉测量方法利用了植入肌肉中的两个小珠子之间的磁吸引力。使用连接到身体外部的小型传感器，该系统可以在肌肉收缩和弯曲时跟踪两个磁铁之间的距离。学分：麻省理工学院

跟踪运动

目前，动力假肢通常使用称为表面肌电图 (EMG) 的方法进行控制。附着在皮肤表面或通过手术植入截肢残肢肌肉中的电极测量来自人肌肉的电信号，这些电信号被馈入假肢，以帮助假肢按照佩戴肢体的人想要的方式移动。

然而，这种方法没有考虑任何关于肌肉长度或速度的信息，这可能有助于使假肢运动更加准确。

几年前，麻省理工学院的团队开始研究一种新的方法来执行这些肌肉测量，使用一种他们称为磁显微测量的方法。这种策略利用了植入肌肉中的小珠子周围的永久磁场。使用附在身体外部的信用卡大小、类似指南针的传感器，他们的系统可以跟踪两个磁铁之间的距离。当肌肉收缩时，磁铁会靠得更近，当肌肉弯曲时，它们会分开得更远。

使用一组简单的磁铁，麻省理工学院的研究人员想出了一种监测肌肉运动的方法，他们希望这将使截肢者更容易控制他们的假肢。学分：麻省理工学院

在去年发表在《科学机器人》杂志上的一项研究中，研究人员表明，当将珠子植入火鸡的小腿肌肉时，该系统可用于准确测量脚踝的小运动。在其中一项新研究中，研究人员着手研究该系统是否可以在非实验室环境中进行更自然的运动时进行准确测量。

为了做到这一点，他们为火鸡创造了一个坡道，让它们可以攀爬，并为它们提供跳上跳下的箱子。研究人员使用他们的磁传感器来跟踪这些活动期间的肌肉运动，并发现该系统可以在不到一毫秒的时间内计算出肌肉长度。

他们还将他们的数据与使用称为荧光显微测量的更传统方法进行的测量进行了比较，这是一种需要比磁显微测量更大的设备的 X 射线技术。磁显微测量结果与荧光显微测量产生的测量结果平均相差不到一毫米。

“我们能够使用更小的便携式封装提供房间大小的 X 射线设备的肌肉长度跟踪功能，并且我们能够连续收集数据，而不是局限于 10 秒的爆发荧光显微法仅限于，”泰勒说。

麻省理工学院研究生 Seong Ho Yeon 也是该测量研究的共同主要作者。其他作者包括麻省理工学院研究支持助理 Ellen Clarrisimeaux 和前布朗大学博士后 Mary Kate O'Donnell。

生物相容性

在第二篇论文中，研究人员专注于植入物的生物相容性。他们发现磁铁不会产生组织疤痕、炎症或其他有害影响。他们还表明，植入的磁铁并没有改变火鸡的步态，这表明它们不会产生不适。布朗大学的博士后威廉克拉克是生物相容性研究的共同主要作者。

研究人员还表明，只要植入物相距至少 3 厘米，植入物就可以在 8 个月(研究时长)内保持稳定，并且不会相互迁移。研究人员设想，由涂有金的磁芯和称为聚对二甲苯的聚合物组成的珠子一旦植入，就可以无限期地留在组织中。

“磁铁不需要外部电源，将它们植入肌肉后，它们可以在患者的整个生命周期内保持磁场的全部强度，”泰勒说。

研究人员现在正计划寻求 FDA 的批准，以便在假肢患者身上测试该系统。他们希望使用传感器来控制假肢，类似于现在使用表面肌电图的方式：关于肌肉长度的测量将被输入假肢的控制系统，以帮助将其引导到佩戴者想要的位置。

“这项技术满足需求的地方是将这些肌肉长度和速度传达给可穿戴机器人，以便机器人能够以与人类协同工作的方式执行，”泰勒说。“我们希望磁显微测量能够让人们控制可穿戴机器人，其舒适程度和控制自己的肢体一样容易。”

除了假肢，这些可穿戴机器人还可以包括机器人外骨骼，这些外骨骼穿戴在体外，以帮助人们更轻松地移动腿或手臂。