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触觉仿生 16期

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触觉仿生对产业的影响取决于其适用性,缺乏适用环境的新技术很难得到推广。

假肢也可以有真触觉。

近日,世界首个触觉仿生手在瑞士问世。这种仿生手直接与中枢神经系统连在一起,也就是说移植者可以直接控制它。

这将是第一个提供实时感知反馈的仿生手。迄今为止假肢已经能接收到大脑发送给缺失的手的信号,并把它们转变成运动,但是这些假肢无法提供感知反馈。然而最近将首次给一位患者移植的仿生手,能为接受者提供“非常逼真的”感觉。

天津市第一中心医院院长沈中阳告诉《中国经济和信息化》记者,假肢不仅可以有触觉,且未来很有可能会超越人体原有器官,拥有人体所不具备的功能。

仿生神经

新型仿生手直接通过夹在胳膊的两个主神经上的电极与神经系统连接在一起。接受这种仿生手的人可以借助电极,通过意念控制新手,而且还能把信号传输给大脑。

科学家希望这项重大突破能为新一代假肢铺平道路,研制出能像真肢体一样提供更逼真的感觉,且更加灵巧的假肢。研究显示,高达半数截肢患者无法使用他们的假肢,因为假肢的外观或功能让他们感觉不舒服。

参与协助研制该仿生手接口的思尔维斯特罗·米克拉博士说:“对截肢者而言,这是真正的希望。这将是第一种能够提供抓握的实时感知反馈的假肢。很显然,截肢患者获得的感觉越多,他们完全接受假肢的可能性就越大。我们希望有一天把它植入到胳膊上后,使用者会忘记那是一只假手。”

如今的外科手术正经历由传统开放手术到腔镜等微创手术,再到机器人辅助手术的伟大变革,外科手术的微创化、功能化、智能化和数字化程度大大提高。由于该种手术提供的操作界面为3D的,还原了真实的空间感、呈现了体内血管线路,弥补了术者视力局限、原本不能操作的动作,其核心目的是尽可能地减轻患者的病痛。

这项研究成果的产生,让截肢者的康复有了新的突破。中国康复器具协会副会长张晓玉向《中国经济和信息化》记者介绍:“触觉仿生手这项技术,在康复器具领域还是高新技术。”

国内技术薄弱

确切来讲,触觉仿生手属康复器具的一种,目前我国的康复器具按照国家标准的“辅助器具术语与分类”一共可分为12大类,其中假肢矫形器是第六类,又包括上肢矫形器,和下肢矫形器。目前我国正在以民政部名义建立中国康复辅助器具管理委员会。而在我国与触觉仿生手比较接近的是机电假手。

机电类器具分为三类,一类是装饰手,这种器具的功能非常少,这种装饰手是被动的,是一种形状,对病人无法起到真正的功能作用,只能起到平衡作用。第二类业内称其为前臂假肢,这种器具可以恢复肢体的固有功能,比如帮助病人完成拿东西、写字等。第三类就是智能感知器具,是具有触感功能的器具,这种器具以电为动力源。

功能假肢又分为两种,一种是通过机械刀操作,靠自身的移动去带动假肢的运作,比较先进的就是电动,也叫做机电控制康复器具。这种技术在国际上普遍比较先进,在机电假肢里又有好多种。

中国在这方面技术也比较成熟。一种是触觉仿生的技术,是靠神经控制的,从1994年就已经开始出现,那时的技术都是通过压力传感器控制的,具有一些触觉功能。从控制方式上来看,包括神经控制、机电信号控制和大脑控制。

对于国内医疗企业而言,这项技术最大的难关在于信号的传输——将仿生手的神经信号转化为人体的神经信号。这种传递的过程非常困难。北京爱康宜诚医疗器械有限公司总经理李智疆告诉《中国经济和信息化》记者,这项技术目前在国内还没有相应的产品。

其中涉及的技术难关是显而易见的。主要涉及三维立体音效技术、成像系统、机械臂操作系统的综合协调控制技术等。与该产业相关的IT技术与仿生学、芯片等技术的突破成就了机器人手术系统,为医学发展提供了新的广阔前景。

中国也早已开展了相关研究。清华大学早在上世纪90年代就已经有了机电控制类的研究样机,虽不一定有触感功能,控制方式可能有所不同,但显而易见已经算是相关研究的开始。目前上海生理研究所、哈尔滨工业大学、上海理工大学,都在进行此类的研究。可纵观研究全线,国内的技术并没有达到触觉仿生的水平。

触觉仿生对产业的影响取决于其适用性,这项技术花费了大量的资金。美国退伍军人的假肢研究让在伊拉克的退伍军人可以用世界上最好的辅助器具。瑞典也在持续进行研究,上世纪60年代瑞典就做了骨植入假肢,陶瓷的人工关节通过手术植入到人体的骨骼里,靠骨骼来控制。这种技术比国内的机电控制好得多。在上世纪90年代,清华和四川大学在山羊身上成功进行该项试验,但此后国内的这项技术一直都没有成果出现。

这是一个交叉的跨专业研究方向,涉及到仿生生物学、机械学、电子学以及医学的神经外科、神经生物学、截肢灯。在国外,有些截肢病人本身就是相关专业人员,他本身的意愿推动了相关研究。但是在国内,又是截肢者又搞研究的人,张晓玉坦言至今没发现。因为“研究的前提是要做手术,这个医疗风险没有人愿意承担。”

推广有难度

不仅国内,这项技术在国际范围内也没有真正得到应用,因为这其中涉及到技术的成熟性和市场的认知问题以及最核心的价格问题。

沈中阳认为这只是暂时性的,“如果技术很成熟,一定不再存在难度”。至于价格问题。任何一项新技术在早期的价格一定都会很高,但是技术成熟以后,成本就会随之下降。

与沈中阳的乐观不同,蔡天智认为中国人口众多,一时之间不可能通过这种高科技、高价格的医疗康复器械解决医疗难题。

在康复仪器行业内从事40多年的张晓玉,在谈及这项设备的推广时也满脸无奈。她认为这个是天大的难题,从行业特点来说,辅助器具行业研发周期很长、见效很慢并且需要连续性的投资。

虽然早在1969年清华大学就开始研究机电假肢,其后他们的机电假肢逐步实现商业化运营,并且实现了出口。但不得不承认,这项设备还难于在国内推广,因为国内的基础技术及国家政策支持体制相对欠缺。张晓玉认为,我国医疗领域里缺少有实践精神的科研人员,另外医疗风险的存在也是很大的阻碍因素。

“如果没有10~20年,一个好的产品是出不来的,它的推广不像电脑,一下就可以普及。”张晓玉认为首先要有基础研究,还需要神经控制、自动化、装配等多方配合。并且神经控制需要神经外科生物学专家来控制;工程方面则需要电子自动化机械设计;装配方面需要装配公司配合。这个过程需要将研制、生产、制造、销售、集成、服务几个大块,方方面面的政策联系起来。

进入社保是曙光

早在几年前,政府部门就已经在审计处对这个行业进行审计,审计结果显示该行业基础薄弱、产品落后、教育低端、产业化程度低,这次审计使得很多行业问题得到了曝光。

随着政府部门对该行业的重视,行业内的主要问题正在逐步得以解决,包括最核心的辅助器具和医疗器具的标准界定问题。目前的划分标准尚未完全明晰,只是简单地按照体内体外来划分,凡是植入体内的就是医疗器械,凡是在外面的就是康复器具。

首先,医疗领域对医疗失误事件非常敏感,加之卫生部门没有专门的假肢研究;其次,中国目前并没有政策性的规定;最后,这种仪器是否具有毒副作用,也需要长期的临床验证。鉴于这些原因,这种产品要在国内实现产业化,需要经历一个漫长的过程。

张晓玉认为触觉仿生推动产业至少是20年以后。“我们并非没有技术,而是没有将其纳入医保体系,产业必须和国家政策相关。“十二五”规划里提到了辅助器具配置体系的问题,但没有形成体系之前,我们过早谈论其产业化是不可能的。早在1948年,俄罗斯就有了机电假手,但其真正产业化则是20年之后才实现。

此外,这种技术在国内国际都还有不同意见,以目前的状况来看,很难肯定它是否值得大力去推广。