สารบัญบทความ
การควบคุมขาเทียมให้เคลื่อนไหวตามความตั้งใจของผู้ใช้ ต้องอาศัยข้อมูลจากกล้ามเนื้อที่เหลืออยู่หลังการตัดขา นักวิจัยจาก MIT และคณะเสนออีกวิธีหนึ่ง คือฝังแม่เหล็กขนาดเล็กในกล้ามเนื้อ แล้วใช้เซนเซอร์ภายนอกติดตามการเคลื่อนที่เพื่อนำไปสร้างสัญญาณควบคุม [1, 2]
ในการศึกษานี้มีผู้เข้าร่วมที่ตัดขาใต้เข่า 3 คน และมีการทดสอบใช้สัญญาณควบคุมเคอร์เซอร์บนหน้าจอ ผลเป็นก้าวสู่การควบคุมขาเทียม แต่การทดลองที่รายงานยังไม่ใช่การเดินด้วยขาเทียมจริง [1, 2]
แม่เหล็กคู่เล็กบอกการหดตัวของกล้ามเนื้อ
เทคนิคที่เรียกว่า magnetomicrometry อาศัยแม่เหล็กขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 3 มิลลิเมตรฝังเป็นคู่ในกล้ามเนื้อ เมื่อกล้ามเนื้อหดหรือยืด ระยะห่างระหว่างแม่เหล็กเปลี่ยนไป ชุดเซนเซอร์สนามแม่เหล็กที่ติดอยู่ภายนอกผิวหนังจึงติดตามตำแหน่งและใช้คำนวณความยาวกับความเร็วการเปลี่ยนแปลงของกล้ามเนื้อได้ [1, 2]
บทคัดย่องานวิจัยรายงานว่าระบบติดตามการเปลี่ยนแปลงได้ละเอียดต่ำกว่าหนึ่งมิลลิเมตรแบบเรียลไทม์ และอ่านแม่เหล็กที่อยู่ลึกจากผิวได้ถึง 6 เซนติเมตรตามเงื่อนไขที่ทดสอบ ตัวแม่เหล็กเป็นชิ้นส่วนแบบพาสซีฟ ส่วนเซนเซอร์และระบบประมวลผลอยู่ภายนอกร่างกาย [1]
ภาพที่ 1a–c แสดงแนวคิดการติดตามแม่เหล็กและแปลงการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อเป็นข้อมูลควบคุม ส่วนภาพที่ 1d–g เป็นแผงเซนเซอร์ แม่เหล็ก และชุดอุปกรณ์ ตัวขาเทียมในภาพเป็นแนวคิดการใช้งาน ไม่ใช่หลักฐานว่าผู้เข้าร่วมเดินด้วยระบบนี้แล้ว [1]
ต่างจากสัญญาณไฟฟ้ากล้ามเนื้ออย่างไร
การตรวจคลื่นไฟฟ้ากล้ามเนื้อ หรือ EMG วัดสัญญาณไฟฟ้าที่สัมพันธ์กับการกระตุ้นกล้ามเนื้อ ส่วนระบบแม่เหล็กติดตามการเปลี่ยนระยะและการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อ จึงให้ข้อมูลคนละลักษณะกัน แม้สัญญาณทั้งสองชนิดจะนำไปประมวลผลเพื่อควบคุมอุปกรณ์ได้ [1, 2]
ในการเปรียบเทียบครั้งนี้ ผู้วิจัยใช้ทั้ง EMG จากขั้วบนผิวหนังและขั้วที่ฝังในกล้ามเนื้อ บทคัดย่อรายงานว่าการประเมินสถานะกล้ามเนื้อด้วยแม่เหล็กทำได้เทียบเท่าหรือดีกว่า EMG ในผลการประเมินส่วนใหญ่ ไม่ได้หมายความว่าดีกว่าทุกตัวชี้วัดหรือเหมาะกับผู้ใช้ทุกคน [1, 2]
ทดสอบการควบคุมแบบจำลอง ยังไม่ใช่การเดิน
ผู้เข้าร่วมทั้ง 3 คนผ่านการผ่าตัดแบบ agonist-antagonist myoneural interface หรือ AMI ซึ่งเชื่อมกล้ามเนื้อคู่ที่ทำงานตรงข้ามกันไว้ในส่วนขาที่เหลือ ทีมวิจัยฝังแม่เหล็กในกล้ามเนื้อที่เกี่ยวข้องกับข้อเท้าได้สูงสุด 4 มัด แล้วให้ผู้เข้าร่วมใช้การขยับกล้ามเนื้อควบคุมเคอร์เซอร์ไปยังเป้าหมายบนหน้าจอ [2]
เคอร์เซอร์แทนทิศทางอิสระที่ระบบขาเทียมข้อเท้าและเท้าอาจนำไปใช้ควบคุมในอนาคต ผลเปรียบเทียบประสิทธิภาพเคอร์เซอร์ในภาพที่ 5 ของบทความแสดงข้อมูลจากผู้เข้าร่วม 2 คน การทดลองลักษณะนี้ช่วยเปรียบเทียบสัญญาณจากวิธีต่าง ๆ ภายใต้งานเดียวกัน แต่ยังไม่ได้แสดงว่าผู้เข้าร่วมเดินได้ดีขึ้นหรือปลอดภัยขึ้นเมื่อใช้ขาเทียมจริง [2]
ยังต้องทดสอบอะไรต่อ
ผลจากผู้เข้าร่วมเพียง 3 คนและการผ่าตัดแบบเฉพาะยังสรุปแทนผู้ตัดขาทั้งหมดไม่ได้ การฝังอุปกรณ์ต้องได้รับการประเมินความปลอดภัยและติดตามในระยะยาว รวมถึงศึกษาว่าสัญญาณช่วยควบคุมขาเทียมระหว่างการเดินและในชีวิตประจำวันได้เพียงใด ทีมวิจัยระบุว่ากำลังศึกษาการควบคุมขาเทียมในกลุ่มที่ใหญ่ขึ้น [2]
ในมุมวิศวกรรม จุดน่าสนใจอยู่ที่การเปลี่ยนข้อมูลทางกลของกล้ามเนื้อเป็นคำสั่งสำหรับระบบประสาทเทียม ควบคู่กับการออกแบบเซนเซอร์และอัลกอริทึมให้ทำงานต่อเนื่อง อย่างไรก็ตาม เทคโนโลยียังอยู่ในขั้นวิจัย และผู้เขียนบางรายระบุความเกี่ยวข้องกับสิทธิบัตรของระบบและการผ่าตัด AMI [1]