牛津大学团队采用先进机器人技术，推动「人造肌腱」实际应用

你知道“肩袖撕裂”吗？它是肩关节炎疼痛的常见原因之一。
作为肩袖撕裂损伤中最为常见的肌腱损伤，每年世界范围内的患者高达几千万人。该病痛给患者带来巨大疼痛，甚至导致肢体功能丧失，无法正常生活和工作，造成极大的家庭和社会负担。
由于肌腱愈合与再生能力差，手术是恢复肌腱功能的首选治疗方法，该类手术也是运动医学科最常见的手术之一。

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据统计，美国民众每年在肌腱治疗手术上花费约为15亿美元。然而，现有缝合线在肌腱修复中因力学和生物学性能不佳而导致的再撕裂及炎症感染时有报道，超过40%的肩袖肌腱修复手术后失败率给患者的生理和心理带来巨大负担。
随着人口老龄化的趋势以及不佳的手术治疗效果，肌腱损伤病痛越来越普遍，亟需来自其他学科的知识来推进肌腱疾病的治疗。
▍人造肌腱为患者带来治疗福音
当前，设计制造出医学专用的人造肌腱组织，可以为肌腱移植手术提供一种可行性方案。一般而言，为了更好的设计人造肌腱，在实验阶段需要对人造肌腱组织进行机械特性实验来模拟其在人体内的受力情况。
因此，在实验阶段需要额外的驱动器来对人造肌腱来进行多种激励，通过观察肌腱组织的响应从而更好的设计肌腱，而肌腱生物反应器刚好充当了这个角色。
值得注意的是，人体的激励多种多样。但传统的肌腱生物反应器仅能输出拉伸方向的单自由度激励，这和人体真实情况存在较大差别，而这种性能欠缺的实验设备给人造肌腱的从设计到落地应用带来困难。
针对这一难题，来自牛津大学的研究团队提出可以使用软体机器人和类人肌肉骨骼机器人作为新型的生物反应器平台，凭借软体机器人可实现多自由度驱动，而且其结构类似于人体肌肉的结构优势，该方案具备一定前瞻性。
这项研究以论文AdvancedRoboticstoAddresstheTranslationalGapinTendonEngineering为题发表于中国科技期刊卓越行动计划高起点新刊CyborgandBionicSystems(类生命系统)上。

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论文地址：https://spj.sciencemag.org/journals/cbsystems/2022/9842
文初，研发团队回顾了当前的肌腱组织工程发展，并指出传统的生物反应器存在输出单一，无法模拟人体肌肉的问题。
针对于此，研发团队提出可以利用肌肉骨骼机器人和软体机器人系统作为试验平台，开展相关研究解决肌腱工程面临的发展瓶颈。

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图.肌腱组织工程发展趋势
▍先进机器人技术在肌腱组织工程里的应用
在20世纪80年代医学领域成功引入机器人技术之后，大量有关研究使医疗机器人发展迅速，但刚性医疗机器人仍存在柔性度不足等难以突破的局限性问题。
随着软体机器人的发展，研究发现软体机器人能弥补刚性医疗机器人的一些不足。
软体机器人由软材料构成，对人体有较高的友好性，不会对组织及器官造成伤害。如果将软体机器人与传统刚性机器人共同协作可为医学治疗提供更多解决方案，提高医疗效率。
具体而言，在肌腱组织工程当中，人体的肌腱存在被拉伸、压缩、扭转和剪切的应力。因此要设计人造肌腱，需要多种类型和方向的压力激励源来对其更全面的测试。
而当前先进机器人系统，如类人骨骼机器人和软体机器人，可以为肌腱提供多自由度输出信号以模仿人体真实肌肉，因此可以说仿生机器人系统为肌腱组织工程的发展提供了一种十分有前景的技术手段。