軟體機器人用做植入式呼吸機

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麻省理工學院的研究人員開發了一種軟體機器人，可以透過增強其自然收縮來幫助患有慢性膈肌疾病的人呼吸。

圖片來源：麻省理工學院

呼吸就像樹上的果實一樣自然。橫膈膜——位於胸腔正下方的圓頂狀肌肉——是負責我們呼吸能力的主要肌肉。它的工作原理就像一個緩慢而穩定的蹦床，向下推動為肺部創造真空以擴張並吸入空氣，然後隨著空氣被推出而放鬆。但是，當隔膜的功能受到損害時，呼吸本能就變成了一項艱鉅的任務。

患有肌萎縮側索硬化症、肌營養不良症和其他神經肌肉疾病的人可能會出現慢性膈肌功能障礙，並且膈神經受損會刺激膈肌收縮。

麻省理工學院團隊開發了一種柔軟的機器人植入式呼吸機，旨在增強橫膈膜的自然收縮。該系統的核心是兩個柔軟的氣球狀管，可以植入橫隔膜上方。當用外部泵充氣時，這些管子充當人造肌肉，向下推動隔膜並幫助肺部擴張。管子可以以與隔膜的自然節律相匹配的頻率充氣。

研究人員在麻醉的豬身上測試了該系統，將管子植入動物的隔膜上，並透過手術將管子的末端連線到肌肉兩端的肋骨上。他們監測了動物的氧氣水平，並使用超聲成像觀察了它們的隔膜功能。

研究小組發現，植入式呼吸機增加了豬的潮氣量，即肺部每次呼吸吸入的空氣量。在隔膜和人造肌肉同步收縮的情況下，可以看到最顯著的改善。在這些情況下，呼吸機幫助隔膜吸入比沒有輔助時多三倍的空氣量。

該團隊正在努力最佳化系統的各個方面，目標是有朝一日將其應用於慢性膈肌功能障礙患者。