牛津大學團隊采用先進機器人技術，推動「人造肌腱」實際應用 _健康小知識

你知道“肩袖撕裂”嗎？它是肩關節炎疼痛的常見原因之一。
作為肩袖撕裂損傷中最為常見的肌腱損傷，每年世界范圍內的患者高達幾千萬人。該病痛給患者帶來巨大疼痛，甚至導致肢體功能喪失，無法正常生活和工作，造成極大的家庭和社會負擔。
由于肌腱愈合與再生能力差，手術是恢復肌腱功能的首選治療方法，該類手術也是運動醫學科最常見的手術之一。

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據統計，美國民眾每年在肌腱治療手術上花費約為15億美元。然而，現有縫合線在肌腱修復中因力學和生物學性能不佳而導致的再撕裂及炎癥感染時有報道，超過40%的肩袖肌腱修復手術后失敗率給患者的生理和心理帶來巨大負擔。
隨著人口老齡化的趨勢以及不佳的手術治療效果，肌腱損傷病痛越來越普遍，亟需來自其他學科的知識來推進肌腱疾病的治療。
▍人造肌腱為患者帶來治療福音
當前，設計制造出醫學專用的人造肌腱組織，可以為肌腱移植手術提供一種可行性方案。一般而言，為了更好的設計人造肌腱，在實驗階段需要對人造肌腱組織進行機械特性實驗來模擬其在人體內的受力情況。
因此，在實驗階段需要額外的驅動器來對人造肌腱來進行多種激勵，通過觀察肌腱組織的響應從而更好的設計肌腱，而肌腱生物反應器剛好充當了這個角色。
值得注意的是，人體的激勵多種多樣。但傳統的肌腱生物反應器僅能輸出拉伸方向的單自由度激勵，這和人體真實情況存在較大差別，而這種性能欠缺的實驗設備給人造肌腱的從設計到落地應用帶來困難。
針對這一難題，來自牛津大學的研究團隊提出可以使用軟體機器人和類人肌肉骨骼機器人作為新型的生物反應器平臺，憑借軟體機器人可實現多自由度驅動，而且其結構類似于人體肌肉的結構優勢，該方案具備一定前瞻性。
這項研究以論文AdvancedRoboticstoAddresstheTranslationalGapinTendonEngineering為題發表于中國科技期刊卓越行動計劃高起點新刊CyborgandBionicSystems(類生命系統)上。

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論文地址：https://spj.sciencemag.org/journals/cbsystems/2022/9842
文初，研發團隊回顧了當前的肌腱組織工程發展，并指出傳統的生物反應器存在輸出單一，無法模擬人體肌肉的問題。
針對于此，研發團隊提出可以利用肌肉骨骼機器人和軟體機器人系統作為試驗平臺，開展相關研究解決肌腱工程面臨的發展瓶頸。

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圖.肌腱組織工程發展趨勢
▍先進機器人技術在肌腱組織工程里的應用
在20世紀80年代醫學領域成功引入機器人技術之后，大量有關研究使醫療機器人發展迅速，但剛性醫療機器人仍存在柔性度不足等難以突破的局限性問題。
隨著軟體機器人的發展，研究發現軟體機器人能彌補剛性醫療機器人的一些不足。
軟體機器人由軟材料構成，對人體有較高的友好性，不會對組織及器官造成傷害。如果將軟體機器人與傳統剛性機器人共同協作可為醫學治療提供更多解決方案，提高醫療效率。
具體而言，在肌腱組織工程當中，人體的肌腱存在被拉伸、壓縮、扭轉和剪切的應力。因此要設計人造肌腱，需要多種類型和方向的壓力激勵源來對其更全面的測試。
而當前先進機器人系統，如類人骨骼機器人和軟體機器人，可以為肌腱提供多自由度輸出信號以模仿人體真實肌肉，因此可以說仿生機器人系統為肌腱組織工程的發展提供了一種十分有前景的技術手段。