Fremskridt inden for proteser i øvre ekstremiteter – Creative Technology Orthotic & Prosthetic

Fremskridt inden for proteser i øvre ekstremiteter

af Zach Harvey, CPO

Jeg har været inden for proteser og ortoser i 20 år nu og har set mange forandringer. I de seneste år er der sket en hurtig fremgang inden for proteser til de øvre ekstremiteter. Med flere muligheder følger flere beslutninger, og vores gamle måde at gøre tingene på skal revurderes. Nogle af de mere betydningsfulde ændringer omfatter: muligheder for delvise hænder og fingre (fingre/tommelfinger), mere komfortable materialegrænseflader, multiartikulerende led og bedre måder at styre elektrisk drevne systemer på. Takket være finansiering fra Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) og universiteter/laboratorier rundt om i verden arbejder nogle meget kloge mennesker på ny teknologi, hvoraf nogle allerede er blevet til virkelighed. Der er trods alt et stort behov for forbedringer, da vi har kæmpet for at levere yderst komfortable og funktionelle designs. Kirurgiske fremskridt er også en vigtig faktor i denne revolution. Inden jeg begynder, vil jeg gerne påpege, at dette kommer fra mit perspektiv og måske ikke udtømmer alle de fremskridt, der sker. Jeg vil ikke tale meget om 3D-printing, selv om det er et varmt emne, fordi jeg i øjeblikket ikke udnytter det i min praksis.

Jeg vil starte med de stigende kommercielt tilgængelige muligheder for delhånd og digitniveau. Dette er vigtigt, fordi hånden og cifrene repræsenterer det højeste antal amputationer af øvre lemmer i USA. Den menneskelige hånd er meget kompleks, og et fokus på funktionelle mål er meget vigtigt med denne population. En god ergoterapeut kan være medvirkende i planlægningsfaserne og i arbejdet med den enkelte efter modtagelsen af apparatet.

1) Højdefinitions-silikonerestaurationer er ikke nye i sig selv, men er værd at nævne, fordi de er ret almindelige og meget funktionelle i nogle tilfælde. Disse specialfremstillede enheder er form- og farvematchede af kunstnere med detaljer så små som fregner og fingernegle.

2) Metalratcheting digits er en robust mulighed for dem, der har brug for fuld(e) finger(e) og/eller tommelfingerproteser. Disse kan bøjes i en række låsestillinger og fjeder tilbage i udstrækning ved et tryk på en knap eller når de er helt bøjede. Dette giver mulighed for at holde eller bære genstande og giver noget at trykke mod.

3) Body powered digits bruger et anatomisk intakt højere led til at drive en protese. For eksempel kan en person med en pegefinger, der er amputeret ved det midterste led, bøje og strække sig for at bevæge en mekanisk fastgjort fingerspids. Dette ville gøre det muligt for fingerspidsen at krølle sig ind i håndfladen eller klemme tommelfingerspidsen.

4) Elektrisk drevne fingre er især fordelagtige, når der er fravær af en hel tommelfinger og/eller finger(e). Disse anvender myoelektriske sensorer, der er omhyggeligt placeret over håndens muskler for at styre bevægelsen.

Hvorvidt der er tale om high definition, ratcheting, kropsdrevet eller elektrisk drevet, er den tilpassede grænseflade afgørende. Komfort og beskyttelse mod hudirritation er nogle af de primære mål med enhver protesenhed. Et materiale kaldet HTV-silikone er velegnet til disse mål og fungerer også til andre amputationsniveauer. Fremstilling kræver et unikt sæt færdigheder, men speciallaboratorier over hele landet gør denne teknologi bredt tilgængelig for proteselæger.

Multiartikulerende hænder efterligner den menneskelige hånd og gør bevægelser mere naturlige end konventionelle hænder, fordi motorer i hver finger muliggør næsten uendelige programmerbare grebsvalg. Konventionelle hænder anvendes stadig og er ganske vist mere holdbare, men de har begrænsninger, fordi de blot kan åbnes/lukkes. Fordelen ved multiartikulerende hænder er, at der er behov for et mindre greb, mens man holder en genstand, fordi fingrene tilpasser sig den på grund af den måde, de tilpasser sig den på. De reducerer også besværlige armbevægelser for at placere hånden, hvilket kan forårsage overbelastningssyndromer med tiden. Takket være 3D-print og open source-platforme er disse hænder ved at blive mere overkommelige og tilgængelige i hele verden. Mange mennesker foretrækker en hånd, der ser mere naturlig ud og bevæger sig mere naturligt, og i min praksis har jeg set en stor accept af brugen af multi-artikulerende hænder i forhold til konventionelle hænder. Mange mennesker omfavner endda det “bioniske look”. Elektriske proteser har imidlertid været begrænset med hensyn til antallet af led, der aktivt bevæger sig. Takket være DARPA-finansiering blev Luke-armen (tidligere kaldet Deka-arm) udviklet under Revolutionizing Prosthetics Program med det formål at genskabe en næsten naturlig hånd- og armkontrol. Efter flere års udvikling er Luke-armen nu kommercielt tilgængelig og har op til 10 ledbevægelser, der kan ske samtidig.

Desto flere bevægelser hænder og arme er i stand til at foretage, jo større er behovet for, at brugeren kan kontrollere disse bevægelser. Derfor er der sket fremskridt inden for mønstergenkendelse og målrettet muskelreinnervationskirurgi (TMR). Traditionelle myoelektriske proteser anvender et eller to signaler på hudens overflade til at registrere elektricitet, når musklen aktiveres for at drive en hånd, et håndled eller en albue. Det bliver mere kompliceret, jo højere oppe amputationen er på grund af det øgede antal led, der kræver myoelektrisk kontrol. At skifte fra albue til håndled til hånd er langsomt og besværligt for brugeren. Ved mønstergenkendelse anvendes derimod en række elektroder, der omgiver det resterende lem i protesen. I stedet for at der anvendes specifikke muskler, giver softwarealgoritmen mening til dataene fra alle signalerne og fortolker den ønskede bevægelse for brugeren. Dette kan resultere i hurtigere og mere intuitive armbevægelser. TMR-kirurgi kan også forbedre resultaterne, fordi denne operation tager nerver, som tidligere kontrollerede hånd- og armbevægelser, og fastgør dem til mindre nerver og muskler højere oppe i armen eller brystet. Kontrollen med protesen kan ikke kun forbedres med denne procedure, men smerter og fantomsmerter har også vist sig at blive reduceret. Luke-armen anvender noget, der kaldes “slutpunktsstyring”, som giver mulighed for at operere op til 10 frihedsgrader samtidig. Inertielle bevægelsesenheder (IMU’er) er en måde at styre Luke-armen på. IMU’erne er klipset fast til brugerens snørebånd, og den ene fod styrer håndens placering i rummet, mens den anden betjener hånden. Jeg fik lov til at demonstrere armen, og i løbet af få minutter indså jeg, hvor meget nemmere det var end traditionelle metoder til at sekventere gennem hver enkelt ledbevægelse. Se denne video for at se den i aktion:

Emerging technology that may improve the outcomes for upper extremity amputees include: haptic feedback, osseointegration, implantable electrodes, and arm/hand transplant.

Haptic feedback was perhaps underestimered in importance until being studied in a laboratory setting. Proteserhænder udstyret med tryksensorer stimulerer til gengæld vibrationsanordninger svarende til dem i mobiltelefoner eller endog selve de sensoriske nerver. De første tilbagemeldinger har været opmuntrende med mindre afhængighed af det visuelle system, mindre tendens til at tabe eller knuse genstande og en generel fornemmelse af, at protesen er indbegrebet af protesen. Deltagerne i disse undersøgelser er gået så vidt som til at sige, at når undersøgelsen var forbi, “var det som at miste min hånd igen”.

Osseointegration er den direkte skelettilhæftning til knoglen med et fremspringende metalautment, som fæstner sig til resten af protesen. Der er mange fordele for den amputerede i den øvre ekstremitet i forhold til traditionelle protesesokler, som omfatter: reduceret opfattelse af vægt, perfekt oversættelse af knoglebevægelser til protesen, positiv affjedring til enhver tid og ingen varmeudvikling/sved. FDA er ved at acceptere proceduren mere og mere, og dette vil sandsynligvis blive en mulighed for nogle amputerede i øvre ekstremiteter, som kæmper med traditionelle protesesokler.

Implantérbare elektroder i e-OPRA-systemet fra Integrum er ikke langt fra at blive en realitet. Dette system anvender ledninger af tråd, som løber gennem osseointegrationsimplantatet ind i forskellige muskelbælter og nerver i den resterende arm. Det er i øjeblikket under udvikling og i kliniske forsøg. I modsætning til traditionelle elektroder, der kan bevæge sig rundt og miste kontakten med huden, bevarer ledningerne kontakten med musklen i et ubegrænset bevægelsesområde med potentiale for sensorisk feedback og reduktion af fantomsmerter.

Mere end 85 hånd/armtransplantationer er blevet udført rundt om i verden, og den længst overlevende har overlevet i 11 år. Resultaterne har været blandede, og proceduren kræver livslangt brug af immunosuppressiva. Det er endnu ikke klart, om dette bør være den standardiserede behandling for selektive armamputerede personer. Det er endnu ikke bevist, at hånd/armtransplantationer forbedrer de funktionelle resultater og livskvaliteten. Der er også en betydelig økonomisk byrde og potentielle immunosuppressive komplikationer. Dette kan ændre sig, efterhånden som der foretages flere operationer, og der indsamles data på længere sigt.

Når flere muligheder bliver tilgængelige, kan visse proteser falde fra hinanden. Da den første kabelstyrede splitkrog blev udviklet omkring 1860, gjorde den “Captain Hook”-konstruktionen praktisk talt forældet. Jeg har imidlertid svært ved at komme i tanke om noget i de sidste 20 år inden for proteser til øvre ekstremiteter, som er blevet forældet på grund af et teknologisk fremskridt. Måske skyldes det, at den menneskelige hånds funktion er så svær at efterligne. Når det er sagt, spekulerer jeg på, om vi vil nå et tidspunkt, hvor enten regenerativ medicin vil gøre det muligt for arme at vokse tilbage, eller om et overlegent mekanisk protesedesign vil få alle tidligere designs til at ligne “Kaptajn Kroge”-arme. Indtil da er jeg glad for at have et stigende antal muligheder at arbejde med!

Referencer og yderligere ressourcer

https://www.ishn.com/articles/97844-statistics-on-hand-and-arm-loss

https://www.hopkinsmedicine.org/transplant/programs/reconstructive_transplant/hand_transplant.html

https://www.dovepress.com/hand-transplantation-current-challenges-and-future-prospects-peer-reviewed-fulltext-article-TRRM

https://www.swisswuff.ch/tech/?p=9423

https://www.darpa.mil/program/revolutionizing-prosthetics

LUKE Arm Detail Page

https://journals.lww.com/annalsofsurgery/fulltext/2019/08000/targeted_muscle_reinnervation_treats_neuroma_and.10.aspx

https://opedge.com/Articles/ViewArticle/2018-09-01/upper-limb-prosthetics-pattern-recognition-shows-practical-promise

https://integrum.se/opra-implant-system/e-opra/

Osseointegration: An Overview

https://www.naric.com/?q=en/rif/what%E2%80%99s-buzz-using-vibratory-haptic-feedback-improve-grip-strength-hand-prostheses

Hands-on improvements

https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK453290/

Kontakt Creative Technology Orthotic & Proteser i Denver, CO, i dag.