Capteurs magnétiques offrent précision accrue pour contrôle membres prothétiques

Magnétomicrométrie : contrôle prothétique par aimants musculaires

Pour les personnes avec des membres prothétiques, l'un des plus grands défis est de contrôler la prothèse pour qu'elle bouge de la même manière qu'un membre naturel. La plupart des membres prothétiques sont contrôlés en utilisant l'électromyographie — une façon d'enregistrer l'activité électrique des muscles — mais cette approche ne fournit qu'un contrôle limité de la prothèse.

Des chercheurs ont développé une approche alternative qui pourrait offrir un contrôle beaucoup plus précis des membres prothétiques. Après avoir inséré de petites billes magnétiques dans le tissu musculaire au sein du moignon amputé, ils peuvent mesurer précisément la longueur d'un muscle pendant qu'il se contracte et cette rétroaction peut être relayée à une prothèse bionique en quelques millisecondes. La stratégie, appelée magnétomicrométrie (MM), peut fournir des mesures musculaires rapides et précises.

Avec les dispositifs prothétiques existants, les mesures électriques des muscles d'une personne sont obtenues en utilisant des électrodes qui peuvent être soit attachées à la surface de la peau, soit chirurgicalement implantées dans le muscle. Cette dernière procédure est hautement invasive et coûteuse mais fournit des mesures quelque peu plus précises. Dans les deux cas, l'électromyographie (EMG) offre des informations seulement sur l'activité électrique des muscles, pas leur longueur ou vitesse.

La nouvelle stratégie est basée sur l'idée que si des capteurs pouvaient mesurer ce que font les muscles, ces mesures offriraient un contrôle plus précis d'une prothèse. Pour y parvenir, les chercheurs ont inséré des paires d'aimants dans les muscles. En mesurant comment les aimants bougent l'un par rapport à l'autre, ils peuvent calculer de combien les muscles se contractent et la vitesse de contraction.

Pour le contrôle d'un membre prothétique, ces mesures pourraient être introduites dans un modèle informatique qui prédit où le membre fantôme du patient serait dans l'espace, basé sur les contractions du muscle restant. Cette stratégie dirigerait le dispositif prothétique à bouger de la façon dont le patient le veut, correspondant à l'image mentale qu'ils ont de leur position de membre. Par modélisation mathématique de tout le membre, les chercheurs peuvent calculer les positions et vitesses cibles des articulations prothétiques à contrôler et ensuite un contrôleur robotique simple peut contrôler ces articulations.

Les chercheurs envisagent que les capteurs utilisés pour contrôler les membres prothétiques pourraient être placés sur les vêtements, attachés à la surface de la peau, ou fixés à l'extérieur d'une prothèse.

La MM pourrait également être utilisée pour améliorer le contrôle musculaire obtenu avec une technique appelée stimulation électrique fonctionnelle, qui est maintenant utilisée pour aider à restaurer la mobilité chez les personnes avec des lésions de la moelle épinière. Une autre utilisation possible pour ce type de contrôle magnétique serait de guider des exosquelettes robotiques, qui peuvent être attachés à une cheville ou une autre articulation pour aider les personnes qui ont subi un AVC ou développé d'autres types de faiblesse musculaire.

Essentiellement, les aimants et l'exosquelette agissent comme un muscle artificiel qui amplifie la sortie des muscles biologiques dans le membre affecté par l'AVC. Un autre avantage de l'approche MM est qu'elle est minimalement invasive. Une fois insérés dans le muscle, les billes pourraient rester en place toute une vie sans avoir besoin d'être remplacées.