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Dec 17, 2023

I sensori magnetici monitorano la lunghezza del muscolo

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Utilizzando un semplice set di magneti, i ricercatori del MIT hanno escogitato un modo sofisticato per monitorare i movimenti muscolari, che sperano renderà più facile per le persone con amputazioni controllare le loro protesi.

In un nuovo paio di articoli, i ricercatori hanno dimostrato l’accuratezza e la sicurezza del loro sistema basato su magneti, in grado di monitorare la lunghezza dei muscoli durante il movimento. Gli studi, condotti sugli animali, offrono la speranza che questa strategia possa essere utilizzata per aiutare le persone con dispositivi protesici a controllarli in un modo che imiti più da vicino il movimento naturale degli arti.

"Questi risultati recenti dimostrano che questo strumento può essere utilizzato fuori dal laboratorio per monitorare il movimento muscolare durante l'attività naturale, e suggeriscono anche che gli impianti magnetici sono stabili e biocompatibili e che non causano disagio", afferma Cameron Taylor, ricercatore del MIT. ricercatore e co-autore principale di entrambi gli articoli.

In uno degli studi, i ricercatori hanno dimostrato di poter misurare con precisione la lunghezza dei muscoli del polpaccio dei tacchini mentre gli uccelli correvano, saltavano ed eseguivano altri movimenti naturali. Nell’altro studio, hanno dimostrato che le piccole sfere magnetiche utilizzate per le misurazioni non causano infiammazioni o altri effetti avversi quando impiantate nel muscolo.

"Sono molto entusiasta del potenziale clinico di questa nuova tecnologia per migliorare il controllo e l'efficacia degli arti bionici per le persone con perdita degli arti", afferma Hugh Herr, professore di arti e scienze dei media, co-direttore del K. Lisa Yang Center for Bionics del MIT e membro associato del McGovern Institute for Brain Research del MIT.

Herr è l'autore senior di entrambi gli articoli, pubblicati oggi sulla rivista Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. Thomas Roberts, professore di ecologia, evoluzione e biologia degli organismi alla Brown University, è un autore senior dello studio di misurazione.

Monitoraggio del movimento

Attualmente, gli arti protesici motorizzati vengono solitamente controllati utilizzando un approccio noto come elettromiografia di superficie (EMG). Gli elettrodi attaccati alla superficie della pelle o impiantati chirurgicamente nel muscolo residuo dell'arto amputato misurano i segnali elettrici provenienti dai muscoli di una persona, che vengono immessi nella protesi per aiutarla a muoversi nel modo inteso dalla persona che indossa l'arto.

Tuttavia, questo approccio non tiene conto di alcuna informazione sulla lunghezza o sulla velocità del muscolo, che potrebbe aiutare a rendere i movimenti protesici più accurati.

Diversi anni fa, il team del MIT ha iniziato a lavorare su un nuovo modo per eseguire questo tipo di misurazioni muscolari, utilizzando un approccio chiamato magnetomicrometria. Questa strategia sfrutta i campi magnetici permanenti che circondano piccole sfere impiantate in un muscolo. Utilizzando un sensore simile a una bussola, grande quanto una carta di credito, fissato all'esterno del corpo, il loro sistema può tracciare le distanze tra i due magneti. Quando un muscolo si contrae, i magneti si avvicinano, mentre quando si flette si allontanano.

In uno studio pubblicato lo scorso anno, i ricercatori hanno dimostrato che questo sistema potrebbe essere utilizzato per misurare con precisione piccoli movimenti della caviglia quando le perline venivano impiantate nei muscoli del polpaccio dei tacchini. In uno dei nuovi studi, i ricercatori hanno cercato di vedere se il sistema potesse effettuare misurazioni accurate durante movimenti più naturali in un ambiente non di laboratorio.

Per fare ciò, hanno creato un percorso a ostacoli composto da rampe su cui i tacchini potevano salire e da scatole su cui saltare e scendere. I ricercatori hanno utilizzato il loro sensore magnetico per monitorare i movimenti muscolari durante queste attività e hanno scoperto che il sistema poteva calcolare la lunghezza dei muscoli in meno di un millisecondo.