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與人體融合的AI仿生物義肢 讓截肢者無痛提升活動能力

嘉蓮是工程師,在20年前一次工業意外遭操作中的農場機器夾斷了右前臂。她與很多肢體殘障人士一樣佩戴義肢,但傳統義肢對她來說幫助不大,反而增添痛苦──殘肢與義肢之間的磨擦令她長期承受劇痛,直至她接受了嶄新的人工智能仿生物義肢接合手術,才得到「重生」。

嘉蓮憑義肢可以使用螺絲刀。(圖片來源:The Bionics Institute of Melbourne, via SWNS)
嘉蓮憑義肢可以使用螺絲刀。(圖片來源:The Bionics Institute of Melbourne, via SWNS)

嘉蓮在2018年底接受全球首創的仿生物義肢接合手術,翌年中開始正式使用。參與該科研項目的科學家近日在科學期刊發表研究成果,嘉蓮應邀分享用家心得。她描述使用傳統義肢的體驗:「我感覺手掌像是長期放在碎肉機裡,苦不堪言,而且構成精神壓力,我不得不大量服用止痛藥。」

仿生物義肢技術已發展了一段時間。它有別於傳統義肢,內含電子零件接通使用者的神經系統,令用家可以控制義肢的活動。不過仿生物義肢與人體接駁會造成不適和痛楚,令很多截肢者卻步。

來自瑞典、澳洲和意大利的工程師和外科醫生組成了跨領域工作小組,決心要開發能夠妥善接合人體和機械組件的界面,目標是消除肢體殘障人士對仿生物義肢的種種顧慮和解決市場「痛點」。

嘉蓮接受了骨質接合程序(osseointegration),將骨骼組織與鈦金屬相接,形成堅固的接合鍵。研究人員同時在肌肉和神經束植入微型電極片,令義肢與用家的神經系統連繫起來,用家得以控制假手或假腳。

瑞典薩赫爾格雷斯卡醫院大學沙素博士(Dr. Paolo Sassu)則負責為嘉蓮右手殘餘部位重整神經及肌肉組織,以及進行精細的接駁手術,令仿生物前臂能夠接收充足的神經訊息。他是世界上首位進行人類手部移植手術的醫生。

嘉蓮說,自己對接駁人工肢體手術自此完全改觀,因為手術過程的痛楚並沒有想像中那麼厲害。有了仿生物手臂,她的活動能力大大提升,重獲自主生活。她欣慰地說:「我不用再依賴藥物止痛,這個科技研究項目為我帶來更美好的生活。」

帶領該項研究的加杜倫教授(Dr. Max Ortiz Catalan)是澳洲仿生物研究院神經義肢研究中心主管,兼瑞典的仿生物和痛症研究所創辦人。他指出:「與人體高度融合的仿生物肢體是嶄新的概念,嘉蓮是全球首位應用這技術的人。從過去幾年的經驗可見,她能夠運用自身的神經系統資源控制假手,獨立自主地處理日常生活所需,就如她以前控制右臂一樣。期望這項新技術可以幫助更多肢殘人士改善生活質素。」

加杜倫教授說,嘉蓮過去三年使用仿生物手的經驗是研究團隊的強心針。
加杜倫教授說,嘉蓮過去三年使用仿生物手的經驗是研究團隊的強心針。

他又解釋,接合工程中最大的挑戰是令手臂的橈骨和尺骨對齊和受力均等。另外,界面裡接合義肢零件和植入電極片的空間非常有限。研究團隊經過探索和反覆試驗,終於研發出合適的神經─肌肉骨骼植入物,令仿生物義肢的電子控制系統與用家的神經系統暢順地相接,用家只會感到微痛。

美國麻省理工大學研究員兼瑞典Gothenburg大學副教授班立馬克教授(Professor Rickard Brånemark)說,製作替代前臂的人工義肢難度特別高。團隊結合骨質接合、矯型、電子植入和人工智能等技術,取得前所未有的成果。

科學家期望嘉蓮的個案為新一代的義肢訂立標準,並且鼓勵不同領域的科學家繼續研發更好的義肢方案。

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