Fortschritte in der Prothetik der oberen Extremitäten – Creative Technology Orthotic & Prosthetic
14
Jan
Fortschritte in der Prothetik der oberen Extremitäten
von Zach Harvey, CPO
Ich bin jetzt seit 20 Jahren auf dem Gebiet der Prothetik und Orthetik tätig und habe viele Veränderungen erlebt. In den letzten Jahren hat sich die Prothetik für die oberen Extremitäten rasant weiterentwickelt. Mit mehr Optionen kommen auch mehr Entscheidungen, und unsere alte Vorgehensweise muss neu bewertet werden. Zu den wichtigsten Neuerungen gehören: Optionen für Teilhände und -finger (Finger/Daumen), komfortablere Materialoberflächen, mehrfach gelenkige Gelenke und bessere Möglichkeiten zur Steuerung elektrisch betriebener Systeme. Dank der Finanzierung durch die Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) und Universitäten/Labors auf der ganzen Welt arbeiten einige sehr kluge Köpfe an neuen Technologien, von denen einige bereits zum Einsatz kommen. Schließlich gibt es einen großen Bedarf an Verbesserungen, da wir uns schwer damit getan haben, äußerst komfortable und funktionelle Designs anzubieten. Auch die Fortschritte in der Chirurgie sind ein wichtiger Faktor dieser Revolution. Bevor ich beginne, möchte ich darauf hinweisen, dass dies aus meiner Sicht geschieht und nicht alle Fortschritte berücksichtigt werden können. Ich werde nicht viel über den 3D-Druck sprechen, obwohl dies ein aktuelles Thema ist, da ich ihn in meiner Praxis derzeit nicht verwende.
Ich werde mit den zunehmenden kommerziell verfügbaren Optionen für die Teilhand und die Zehenebene beginnen. Dies ist von Bedeutung, da die Hand und die Zehen die meisten Amputationen der oberen Gliedmaßen in den USA darstellen. Die menschliche Hand ist sehr komplex, und eine Konzentration auf funktionelle Ziele ist bei dieser Bevölkerungsgruppe sehr wichtig. Ein guter Ergotherapeut kann in der Planungsphase und bei der Arbeit mit dem Patienten nach Erhalt des Geräts eine wichtige Rolle spielen.
1) Hochauflösende Silikonversorgungen sind an sich nicht neu, aber erwähnenswert, weil sie recht häufig vorkommen und in einigen Fällen sehr funktionell sind. Diese maßgefertigten Prothesen werden von Künstlern in Form und Farbe angepasst, wobei so kleine Details wie Sommersprossen und Fingernägel berücksichtigt werden.
2) Metallzähne mit Ratschenfunktion sind eine robuste Option für diejenigen, die eine Vollprothese für Finger und/oder Daumen benötigen. Diese können in eine Reihe von Verriegelungspositionen gebogen werden und federn auf Knopfdruck oder bei vollständiger Beugung in die Streckung zurück. Dies ermöglicht es, Gegenstände zu halten oder zu tragen, und bietet etwas, gegen das man drücken kann.
Ratschenfinger von Point Designs LLC
3) Körperbetriebene Ziffern verwenden ein anatomisch intaktes höheres Gelenk, um eine Prothese anzutreiben. Zum Beispiel könnte eine Person mit einem am Mittelgelenk amputierten Zeigefinger eine mechanisch fixierte Fingerspitze beugen und strecken, um sie zu bewegen. Dies würde es der Fingerspitze ermöglichen, sich in die Handfläche zu krümmen oder die Daumenspitze einzuklemmen.
Körperangetriebene pädiatrische M-Finger von Partial hand solutions LLC
4) Elektrisch angetriebene Ziffern sind besonders vorteilhaft, wenn ein ganzer Daumen und/oder ein oder mehrere Finger fehlen. Diese verwenden myoelektrische Sensoren, die sorgfältig über den Muskeln der Hand platziert werden, um die Bewegung zu steuern.
iDigits mit HTV-Silikon von Ossur Inc.
Ob hochauflösend, mit Ratsche, körpereigen oder elektrisch betrieben, die individuelle Schnittstelle ist entscheidend. Komfort und Schutz vor Hautreizungen sind einige der wichtigsten Ziele bei jeder prothetischen Vorrichtung. Ein Material namens HTV-Silikon eignet sich gut für diese Ziele und ist auch für andere Amputationsgrade geeignet. Die Herstellung erfordert besondere Fähigkeiten, aber Speziallabors im ganzen Land machen diese Technologie für Prothetiker weithin verfügbar.
Multigliedrige Hände ahmen die menschliche Hand nach und machen Bewegungen natürlicher als herkömmliche Hände, da Motoren in jedem Finger eine nahezu endlose programmierbare Griffauswahl ermöglichen. Herkömmliche Hände werden nach wie vor verwendet und sind zugegebenermaßen haltbarer, haben aber ihre Grenzen, weil sie sich einfach öffnen und schließen lassen. Der Vorteil multigliedriger Hände besteht darin, dass man beim Halten eines Objekts weniger Druck ausüben muss, weil sich die Finger an das Objekt anpassen. Außerdem verringern sie umständliche Armbewegungen zur Positionierung der Hand, die mit der Zeit zu Überlastungssyndromen führen können. Dank des 3D-Drucks und Open-Source-Plattformen werden diese Hände immer erschwinglicher und weltweit zugänglich. Viele Menschen bevorzugen eine Hand, die natürlicher aussieht und sich natürlicher bewegt, und in meiner Praxis habe ich eine hohe Akzeptanz der Verwendung von Multi-Gelenkhänden gegenüber herkömmlichen Händen festgestellt. Viele Menschen begrüßen sogar den „bionischen Look“. Die Anzahl der Gelenke, die sich aktiv bewegen, ist bei motorisierten Prothesen jedoch begrenzt. Dank der DARPA-Finanzierung wurde der Luke-Arm (früher Deka-Arm genannt) im Rahmen des Revolutionizing Prosthetics Program mit dem Ziel entwickelt, eine nahezu natürliche Hand- und Armkontrolle wiederherzustellen. Nach jahrelanger Entwicklung ist der Luke-Arm nun im Handel erhältlich und kann bis zu 10 Gelenkbewegungen gleichzeitig ausführen.
Luke Arm von Mobius Bionics, LLC
Je mehr Bewegungen Hände und Arme ausführen können, desto größer ist die Notwendigkeit, diese Bewegungen durch den Benutzer zu kontrollieren. Daher die Fortschritte bei der Mustererkennung und der gezielten Muskelreinnervationschirurgie (TMR). Herkömmliche myoelektrische Prothesen verwenden ein oder zwei Signale auf der Hautoberfläche, um Strom zu erkennen, wenn der Muskel zum Antrieb einer Hand, eines Handgelenks oder eines Ellenbogens angespannt wird. Je höher die Amputation liegt, desto komplizierter wird es, weil immer mehr Gelenke myoelektrisch gesteuert werden müssen. Das Umschalten vom Ellbogen zum Handgelenk zur Hand ist langsam und für den Benutzer umständlich. Bei der Mustererkennung hingegen wird eine Reihe von Elektroden verwendet, die die verbleibende Gliedmaße in der Prothese umgeben. Anstatt bestimmte Muskeln zu benutzen, wertet der Software-Algorithmus die Daten aller Signale aus und interpretiert die gewünschte Bewegung des Benutzers. Dies kann zu einer schnelleren, intuitiveren Armbewegung führen. Die TMR-Operation kann auch deshalb zu besseren Ergebnissen führen, weil bei diesem Eingriff die Nerven, die zuvor die Hand- und Armbewegungen kontrollierten, an kleinere Nerven und Muskeln weiter oben im Arm oder in der Brust angeschlossen werden. Die Kontrolle über die Prothese kann sich durch diesen Eingriff nicht nur verbessern, sondern auch Schmerzen und Phantomschmerzen können nachweislich reduziert werden. Der Luke-Arm arbeitet mit einer so genannten Endpunktsteuerung, die es ermöglicht, bis zu 10 Freiheitsgrade gleichzeitig zu nutzen. Inertial Motion Units (IMUs) sind eine Möglichkeit zur Steuerung des Luke-Arms. Die IMUs werden an den Schnürsenkeln des Benutzers befestigt und ein Fuß steuert die Platzierung der Hand im Raum, während der andere die Hand bedient. Ich durfte den Arm vorführen und habe innerhalb weniger Minuten gemerkt, wie viel einfacher es ist, die einzelnen Bewegungen der Gelenke zu steuern, als mit herkömmlichen Mitteln. Schauen Sie sich dieses Video an, um es in Aktion zu sehen:
Zu den neuen Technologien, die die Ergebnisse für Amputierte der oberen Extremitäten verbessern können, gehören: haptisches Feedback, Osseointegration, implantierbare Elektroden und Arm/Hand-Transplantation.
Die Bedeutung des haptischen Feedbacks wurde vielleicht unterschätzt, bis es in einer Laborumgebung untersucht wurde. Prothesenhände, die mit Drucksensoren ausgestattet sind, stimulieren ihrerseits Vibrationsgeräte, die denen in Mobiltelefonen oder sogar den sensorischen Nerven selbst ähneln. Die ersten Rückmeldungen sind ermutigend: Das visuelle System wird weniger beansprucht, die Neigung, Gegenstände fallen zu lassen oder zu zerdrücken, ist geringer, und die Prothese wird insgesamt besser angenommen. Teilnehmer an diesen Studien sagten sogar, dass es nach Abschluss der Studie „so war, als hätte ich meine Hand noch einmal verloren“
Osseointegration ist die direkte Befestigung des Skeletts am Knochen mit einem hervorstehenden Metallpfeiler, der mit dem Rest der Prothese verbunden ist. Für den Amputierten der oberen Extremitäten ergeben sich im Vergleich zu herkömmlichen Prothesenschäften viele Vorteile: geringere Gewichtswahrnehmung, perfekte Übertragung der Knochenbewegung auf die Prothese, jederzeitige positive Aufhängung und keine Wärmeentwicklung/Schweißbildung. Die FDA akzeptiert das Verfahren zunehmend, und es wird wahrscheinlich für einige Amputierte der oberen Extremitäten, die mit herkömmlichen Prothesenschäften nicht zurechtkommen, eine Option werden.
Implantierbare Elektroden im e-OPRA-System von Integrum sind nicht mehr weit davon entfernt, Realität zu werden. Dieses System verwendet Drahtleitungen, die durch das Osseointegrationsimplantat in verschiedene Muskelbäuche und Nerven des verbleibenden Arms verlaufen. Es befindet sich derzeit in der Entwicklung und in der klinischen Erprobung. Im Gegensatz zu herkömmlichen Elektroden, die sich verschieben und den Kontakt zur Haut verlieren können, halten die Drähte den Kontakt zum Muskel in einem uneingeschränkten Bewegungsbereich aufrecht, was ein sensorisches Feedback und eine Verringerung der Phantomschmerzen ermöglichen könnte.
e-OPRA von Integrum, LLC
Mehr als 85 Hand-/Arm-Transplantationen wurden weltweit durchgeführt, wobei die längste Überlebenszeit 11 Jahre betrug. Die Ergebnisse sind unterschiedlich, und das Verfahren erfordert eine lebenslange Einnahme von Immunsuppressiva. Es ist noch nicht klar, ob dies die Standardbehandlung für selektiv armamputierte Menschen sein sollte. Es ist noch nicht erwiesen, dass die Transplantation von Hand und Arm die funktionellen Ergebnisse und die Lebensqualität verbessert. Außerdem sind sie mit erheblichen finanziellen Belastungen und potenziellen immunsuppressiven Komplikationen verbunden. Dies könnte sich ändern, wenn mehr Operationen durchgeführt und längerfristige Daten gesammelt werden.
Wenn mehr Optionen zur Verfügung stehen, könnten bestimmte Prothesen auf der Strecke bleiben. Als um 1860 der erste kabelgesteuerte Spalthaken entwickelt wurde, machte er das „Captain Hook“-Design praktisch überflüssig. Es fällt mir jedoch schwer, in den letzten 20 Jahren an irgendetwas zu denken, das aufgrund eines technologischen Fortschritts in der Prothesenversorgung der oberen Extremitäten überflüssig geworden ist. Vielleicht liegt das daran, dass die Funktion der menschlichen Hand so schwer zu reproduzieren ist. Abgesehen davon frage ich mich, ob wir eine Zeit erreichen werden, in der entweder die regenerative Medizin Arme nachwachsen lässt oder eine überlegene mechanische Prothese alle bisherigen Designs wie „Captain Hook“-Arme aussehen lässt. Bis dahin bin ich froh, dass es immer mehr Möglichkeiten gibt, mit denen ich arbeiten kann!
Referenzen und zusätzliche Ressourcen
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
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/
https://www.naric.com/?q=en/rif/what%E2%80%99s-buzz-using-vibratory-haptic-feedback-improve-grip-strength-hand-prostheses
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK453290/
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