永久植入人体的假肢

译者: 卧薪越甲 | 发布: | 发布时间:2014-09-27,星期六 | 阅读:1,617
原文:The future of permanent, fully integrated prosthetic limbs and bionic implants | ExtremeTech
原作者: John Hewitt

假肢,肢残人必不可少的设备。现在,新型假肢可被永久性植入人体。

未来能永久性和全面性整合假肢和仿生种植体

假肢技术在很多方面取得了让人吃惊的进步,但假肢的功能仍然十分有限。当一个残疾人将假手或假脚从身体的柔软的表面拆下,尽管这个过程十分顺手,在这位残疾人是心理,这些假肢不过是身外之物,需要集中注意力去控制;这都不是什么不可说秘密。为了将假肢各种假肢能以正确的力度和信心安装好,我们必须将假肢植入人体,让假肢真正成为人体肌肉骨骼系统的一部分。皇家国立骨科医院的研究人员研制出了一种人体种植体,该种植体就是一种特殊接口,能让假腿直接与人体内骨骼系统接驳。

大角羊用头顶的角相互撞击头部时的撞击力能超过3400牛顿,想象一下,如果大角样或者身体硕大的麋鹿要是用角开格斗,但他们的角在头部连接处的面积只有茶杯和背带大小,没有一只大角羊或麋鹿能赢得异性。假肢设计者已经了解此情况,并且最终着手开展早就应该进行的工作。一项名为“骨整合”的技术被多名研究人员研发出来,骨整合技术原本是将钛种植体植入手臂骨骼的技术。这项技术的前景在于:只要骨-钛种植体能保持性能稳定,那么上覆盖肌化、安装感应器和神经电动机控制装置都能被安装到这个机器-生物组织上。

将假肢做得足够强壮至足以支撑人体行走,这并非研究人员的主要设计目的,研究人员要将多种技术运用到假肢上。奥斯卡·皮斯托留斯(译注:即残奥会短跑冠军,被人称为“刀锋战士”)依靠“飞毛腿”假肢取得成功,“飞毛腿”假肢也因此广泛为人所知;这一情况表明植入体的物质不是限制设计和性能的因素。要正确地将“飞毛腿”假肢安装到人体,并达到能到奥运会奔跑以及能缓冲后座力的程度,整个安装过程要几个小时。要是穿戴“飞毛腿”假肢时间稍长一点,即便没有携带任何物品,也会感到不舒服。奥斯卡·皮斯托留斯现在的知名度下降以及其他原因,他再次参加比赛时,将无法得到理想的植入体假肢。

皇家国立骨科医院最近进行了一次假肢医疗试验,该假肢被称为“骨内植入假肢”(ITAP),由斯坦莫尔植入体公司研制并命名。斯坦莫尔植入体公司研制“骨内植入假肢”的想法来自与《解剖学》杂志上的《突破皮肤限制的自然界答案》的文章,该文章描述了某些哺乳动物是如何骨骼-皮肤接触面的方式,骨骼-皮肤接触面就是人们所知的动物头上的角。研究人员对20只马鹿的角骨的皮下组织进行了解剖,发现马鹿的骨角为多孔形态;这种多孔形态让骨角周围组织能长入骨角内,紧紧地将骨角固定住。

如果不能抵挡细菌和病毒的侵蚀,再坚固的生物组织软-硬结合面迟早都会脱落。众所周知,只要皮肤发生破损就会有被感染的危险,即便是破损发生在指甲下面这样的干燥区域也不例外。像牙床和眼睛这样的潮湿接触面,需要有极强的适应能力和免疫监视来避免感染。通过模拟角骨结构,研究人员设计出了一种新型植入体,该植入体能在与更深层次组织接触的表面形成一个密封面,从而避免感染细菌和病毒。

钛金属骨骼植入体采用特殊涂层,以提高接触面积和粘附性,并使用羟磷灰石进行表面处理,羟磷灰石是形成骨骼的主要骨质成分。成纤维细胞是一种生长在骨质表面的细胞,其分泌的胶原能提高皮下组织的强度和弹性。“骨内植入假肢”有一个长度为40毫米的钛合金销(Ti6Al4V),在皮下与骨骼固定面接触的表面,表面涂层为羟磷灰石;在钛合金销皮上部分,为了防止细菌滋生,外表面采用类钻涂层。在外部伤口处,使用了一项被称为“有袋化”的技术(类似于有袋动物的皮囊)。在皮肤上开一个环形切口,切口边缘被表皮覆盖。如果体内的成纤维细胞没有受损,表皮细胞就不会沿着植入体的轴长入体内,让植入体的密封口受损。

斯坦莫尔植入体公司的主要业务为因为受伤或癌症而导致骨损伤的病人进行内修复。斯坦莫尔植入体公司设计的植入体设备运用了羟磷灰石材料,能很好地控制创口处的骨骼生长,使其在骨移植设备市场占据了一席之地。除了研发新型“骨内植入假肢”,斯坦莫尔植入体公司还研发了一种可延伸骨骼假体,这种骨骼假体看起来像是太空时代的才有的产品。下面的视频展示了可延伸骨骼假体在植入人体长骨骼之后的运行方式,该骨骼假体采用12000:1的整体抑制驱动器,该驱动器被外部旋转磁场的远程力量以电磁方式拉长,无需进行额外手术或麻醉。

距永久仿生种植体只有一步之遥

在被植入人体体内的初期,直接与人体骨骼连接的设备如果出现过载情况,会自动脱离,这看起来像是穿了一只滑雪靴。一旦植入设备处于崩溃模式或失效模式,例如被植入者发生摔倒的情况,植入设备将在设计好的可控易损点脱离。这种设计方式还能让被植入者很方便地更换植入体。对所有植入体进行了严格测试,结果显示所有植入体均能与被植入者的身体完全一体化,这说明被植入者的肢体被截肢后,仍然有幻肢感。如果被植入者在上床睡觉前脱下了植入体,他们得想一下,植入体(假肢)拿着的的高尔夫球棒或者弩是不是还没放下。在设计者制造永久性骨结合植入体之前,必须将原来肢体上的全部肌肉和神经组织的分布方式融合到植入体上,需要较长的时间才能达到这样要求。

但这绝不是说我们最终无法见到利用生物技术制造的其他种类植入体。例如,干细胞或像其他成骨蛋白这样的生长要素也在肢体再生方面起到了重要作用。最近,研究人员发现人类身体有一定的肋骨再生能力;一个病人在接受CT扫描检查时,医生发现该病人6个月之前断了8厘米的骨头和1厘米的软骨又重新长出来了。通过在肋骨软骨膜周围植入干细胞,有可能重新长出可移植到四肢上的骨骼。

真正的鹿角的生长过程包括软骨阶段和膜内骨化阶段。在胎儿发育阶段,骨骼生长经历了两个阶段,这是人所周知的生物知识。而对于鹿类而言,鹿角的生长和鹿角绒毛层的脱离受到鹿类身体里的睾丸素在一年里的变化的影响。但激素并非影响鹿角生长的全部原因,还有其他因素的变化过程有待发现。其他动物身体长出独特骨质器官的方式也应当给予关注。例如,最近研究人员发现独角鲸的牙齿实际上不是牙齿,而是一种长在他们前额上的角。

面部解剖学常被视为打开生物进化之谜的钥匙。同样的基因,甚至非基因因素,都会导致鲸类的鼻子进化成呼吸孔,有可能与鲸类的角和牙齿变化有关,也有可能还无联系。从这一点来看,可以做出一个这样的判断:如果动物的身体上要长出某种器官,其体内要做好接受这种器官的准备。对于大多数需要进行植入骨移植设备的人而言,他们的植入体不是神奇的假肢,而是在断肢上系上外置电子设备。

带着谷歌眼镜的人开始只需要一个简单的螺纹孔或一个双头螺栓就行了,但随后他们将需要更多的设备才能使用谷歌眼镜的功能。最终,我们看到有人在身上植入一个不会发生排斥的双头螺柱,并覆盖了一层柔软的绒毛皮肤,看起来像是一个刺青。有人就会意识到这层绒毛皮肤会随着人体内的雄性技术的变化而脱掉。



 

版权声明

文章编辑: ( 点击名字查看他发布的更多文章 )
文章标题:永久植入人体的假肢
文章链接:http://ccdigs.com/61746.html

分类: 国际观察, 新闻视线, 科技新闻.
标签: , , , ,

发表评论