您现在的位置是:首页 >新闻频道行业观察 2019-09-23 10:51:00

人工智能和机器学习如何改变假肢

想象一下假肢手臂具有人类手臂的感觉能力,或者是模仿健康脚踝对活动变化的反应的机器人脚踝。

好莱坞长期以来都在推广这种想法的想象力版本。尽管人类工程学可能还无法生产出具有超级英雄功能的设备,但假肢正在变得“更智能”,更具适应性,从而逼近被截肢者的人工附属物提供接近正常功能的现实。

约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的被截肢者研究项目经理罗伯特·阿米格(Robert Armiger)说,生物工程师越来越多地寻求创建“假肢肢体所体现的人机界面,感觉就像是身体的延伸。”像人一样的反射和感觉。

FDA 在2月份发布了“跨越式”指南草案时,就寻求刺激发展,该草案概述了发明和测试能够控制假肢的大脑植入设备的愿景。国防高级研究计划局正在向新产品中投入数千万美元。

非营利性组织Amputee Coalition估计在美国约有200万截肢者,到2050年,这一数字有望增加近一倍,达到360万。估计每年有185,000例新的下肢截肢。

在肢体丧失者中,膝下截肢最为普遍,近四分之三与循环系统疾病有关。事实上,在美国,包括糖尿病和外周动脉疾病在内的血管疾病占所有截肢的54%。其他主要原因是创伤(45%)和癌症(不到2%)。

随着截肢手术数量的增加,活动变得越来越热。

推动需求的是人口老龄化和血管疾病的发病率上升,以及人工智能和机器学习的发展。先进的材料,例如硅树脂和氨基甲酸酯,也导致了具有“记忆”的轻质假体,以应对压力变化。

在这个领域中竞争的公司包括出售仿生 手的奥托博克(Ottobock )和电动助行系统的制造商ReWalk。冰岛公司Össur向低肢截肢者销售仿生假肢。

但是,尽管有其潜力,但对于大多数需要人工修复的人来说,智能人工修复仍是一种成为现实的方法,这在很大程度上是由于人口相对较少,成本高且缺乏偿还能力。

以自然和直观的方式构建包含缺失肢体的所有运动和感觉成分的机器人系统,也具有挑战性。

另一个放缓是使技术从实验室过渡到一家将寻求FDA批准并将其推向市场的公司。

Armiger告诉MedTech Dive说:“风险在于与保险公司合作,以补偿已经非常昂贵且废弃率很高的这类设备。” “保险公司说,'我们在这种设备上花了这么多钱,人们不戴它,现在您要我们在更先进的技术上花更多的钱。'”

他补充说,为了扩大对这些设备的访问,公司将需要证明这种价值主张。

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在崎terrain的地形上运行

对于下肢假肢的人来说,适应性不仅是获得更流畅自然体验的关键,也是安全性的关键。范德比尔特大学(Vanderbilt University)康复工程与辅助技术中心联合主任迈克尔•戈德法布(Michael Goldfarb)说,被截肢者的坠落速度约为健康人的200倍,并寻求与住院老人同等的医疗水平。较活跃的年轻截肢者跌倒的风险增加,他们对挑战性地形的要求不那么高。

膝关节假体微处理器已经存在了一段时间,但允许它们根据活动或适应性踝关节的想法改变行为相对较新。

当人们沿着平坦或不平坦的地形移动并上下楼梯和倾斜时,Goldfarb的实验室开发了一种脚踝,该脚踝使用传感器和微处理器来模仿生理功能。

Goldfarb对MedTech Dive表示:“这是人类神经肌肉系统的微型版本,具有自己的传感器,自己的大脑,自己的肌肉以及改变其功能的能力。”

Goldfarb说,脚踝的设计还可以增加人们摆动假肢时的间隙量,其误差范围要比健康人略好一些,以减少绊倒和跌倒。

总部位于田纳西州富兰克林的Synchro Motion LLC已获得美国国家科学基金会和NIH的小型企业创新研究资助,以将产品推向市场。

尽管具有高科技功能,但脚踝仍被归类为I类设备,只需要获得FDA批准的前提即可。Goldfarb预计它将在两年内上市。

思想控制的武器

Johns Hopkins APL正在开发的机械臂在每个指尖具有26个关节和“测力传感器”,以检测施加到每个转向节的力和扭矩。传感器提供有关温度和振动的反馈,并收集数据以模仿人的手臂能够检测到的内容。它对思维的反应非常像正常的手臂。

“我们的身体本来就具有不同层次的控制回路,而这正是AI发挥作用的地方,因为您可以将某些东西内置到该手臂中,例如反射并预测您可能与之交互的对象,并允许用户提供最高水平的功能。级别的指挥官。”

该设备通过骨整合植入物附着在使用者身上,骨植入物是一个进入骨骼并穿过皮肤突出的小柱子。该方向允许该设备直接夹在骨骼系统上,从而使用户对肢体的运动方式更加自然地了解。通过附着在骨骼上,对重量的感知也低于传统的外部附着。

用户还会进行所谓的有针对性的肌肉再介入术,当用户想到移动他或她的手时,它会重新缠绕上臂的神经以抽搐。独立的传感器附着在肌肉上方的皮肤上,并与预期的运动相对应。

Armiger说:“这是机械臂的工程设计,尖端的外科手术程序和这类AI算法的完美结合,基本上,当这些肌肉抽动时,它们就会识别并转化为我想要扭动小指的手指。” 。

Armiger补充说,机会在于将一个物体保持在手中,例如抓住咖啡杯并将其保持稳定,以防止内容物溢出。那些类型的活动甚至可以在人体内部自动控制。

该部门目前处于高级原型研究阶段,研究人员正在寻找潜在的过渡合作伙伴。Armiger说,他的团队还一直在与FDA讨论需要哪种类型的批准。

尽管如此,最大的障碍之一还是成本。

Armiger说:“目前,我们正试图通过研究证明控制的改善,从而为市场转型提供依据。”

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