Upper Extremity Prosthetic Advances – Creative Technology Orthotic & Prosthetic

Upper Extremity Prosthetic Advances

täytäntöönpanijana Zach Harvey, CPO

Olen toiminut protetiikan ja ortotiikan parissa parikymmentä vuotta ja nähnyt paljon muutoksia. Viime vuosina yläraajojen proteesit ovat kehittyneet nopeasti. Vaihtoehtojen lisääntyminen tuo mukanaan enemmän päätöksiä, ja vanhoja toimintatapojamme on arvioitava uudelleen. Merkittävämpiä muutoksia ovat muun muassa seuraavat: vaihtoehdot osittaisille käsille ja sormenpäille (sormet/peukalo), mukavammat materiaaliliitännät, moniniveliset nivelet ja paremmat tavat ohjata sähkökäyttöisiä järjestelmiä. DARPA:n (Defense Advanced Research Projects Agency) rahoituksen ja eri puolilla maailmaa sijaitsevien yliopistojen ja laboratorioiden ansiosta jotkut erittäin älykkäät ihmiset työskentelevät kehittyvän teknologian parissa, ja osa niistä on jo toteutunut. Loppujen lopuksi parannuksille on suuri tarve, koska olemme ponnistelleet erittäin miellyttävien ja toimivien mallien aikaansaamiseksi. Kirurginen kehitys on myös tärkeä tekijä tässä vallankumouksessa. Ennen kuin aloitan, haluan huomauttaa, että tämä tulee minun näkökulmastani, eikä se välttämättä tyhjennä kaikkia tapahtuvia edistysaskeleita. En puhu paljon 3D-tulostuksesta, vaikka se onkin kuuma aihe, koska en tällä hetkellä hyödynnä sitä käytössäni.

Aloitan kaupallisesti saatavilla olevien vaihtoehtojen lisääntymisestä osittaisen käden ja sormen tasolla. Tämä on merkittävää, koska käsi ja numerot edustavat suurinta määrää yläraaja-amputaatioita Yhdysvalloissa. Ihmisen käsi on hyvin monimutkainen, ja keskittyminen toiminnallisiin tavoitteisiin on erittäin tärkeää tämän väestöryhmän kohdalla. Hyvä toimintaterapeutti voi olla avuksi suunnitteluvaiheessa ja yksilön kanssa työskentelyssä laitteen saamisen jälkeen.

1) Korkearesoluutioiset silikoniremontit eivät sinänsä ole uusia, mutta ne ovat mainitsemisen arvoisia, koska ne ovat varsin yleisiä ja joissakin tapauksissa erittäin toimivia. Taiteilijat sovittavat näihin yksilöllisiin laitteisiin muodon ja värin niinkin pienillä yksityiskohdilla kuin pisamoilla ja kynsillä.

2) Metalliset räikkäproteesit ovat vankka vaihtoehto niille, jotka tarvitsevat kokonaisen sormen (sormien) ja/tai peukalon proteesin. Ne voidaan taivuttaa useisiin lukitusasentoihin ja jousittaa takaisin ojennukseen napin painalluksella tai kun ne on taivutettu kokonaan. Tämä mahdollistaa esineiden pitämisen tai kantamisen ja tarjoaa jotain, jota vasten painaa.

3) Vartalokäyttöiset sormenpäähän kiinnitetyt sormenpäähän kiinnitetyt sormenpäähän kiinnitetyt sormenpäähän kiinnitetyt sormenpäähän kiinnitetyt sormenpäähän kiinnitetyt sormenpäähän kiinnitetyt sormenpäähän kiinnitetyt sormenpäät. Esimerkiksi henkilö, jonka etusormi on amputoitu keskimmäisestä nivelestä, voisi taipua ja ojentua liikuttaakseen mekaanisesti kiinnitettyä sormenpäätä. Näin sormen kärki voisi kaartua kämmeneen tai puristaa peukalon kärkeä.

4) Sähkötoimiset sormenkärjet ovat erityisen hyödyllisiä silloin, kun puuttuu kokonainen peukalo ja/tai kokonainen sormi tai kokonaiset sormet. Näissä käytetään myoelektrisiä antureita, jotka on huolellisesti sijoitettu käden lihasten päälle ohjaamaan liikettä.

Olikpa kyseessä sitten korkeatarkkuuksinen sormenpääty, räpylätyyppinen sormenpääty, vartalolla toimiva sormenpääty tai sähkökäyttöiset sormenpäätyjä käyttävä sormi tai sormenpäätä käyttävä sormenpääty on erittäin tärkeä. Mukavuus ja suojaus ihoärsytystä vastaan ovat ensisijaisia tavoitteita minkä tahansa proteesilaitteen kanssa. Materiaali nimeltä HTV-silikoni soveltuu hyvin näihin tavoitteisiin ja toimii myös muilla amputaatiotasoilla. Valmistaminen vaatii ainutlaatuisia taitoja, mutta erikoislaboratoriot eri puolilla maata tuovat tämän teknologian laajalti proteesiteknikoiden saataville.

Multiartikulaatiokädet jäljittelevät ihmiskättä ja tekevät liikkeistä luonnollisempia kuin tavanomaiset kädet, koska jokaisessa sormessa olevat moottorit mahdollistavat lähes loputtoman ohjelmoitavan otteenvalinnan. Perinteisiä käsiä käytetään edelleen, ja ne ovat kieltämättä kestävämpiä, mutta niillä on rajoituksia, koska ne vain avautuvat/sulkeutuvat. Moninivelisten käsien etuna on se, että esineestä kiinni pidettäessä tarvitaan vähemmän tarttumapainetta, koska sormet mukautuvat esineen ympärille. Ne vähentävät myös käsivarren hankalia liikkeitä käden asentamiseksi, mikä voi ajan mittaan aiheuttaa ylirasitusoireyhtymiä. 3D-tulostuksen ja avoimen lähdekoodin alustojen ansiosta nämä kädet ovat yhä edullisempia ja helpommin saatavilla maailmanlaajuisesti. Monet ihmiset pitävät enemmän kädestä, joka näyttää ja liikkuu luonnollisemmin, ja käytössäni olen nähnyt, että moniartikulaaristen käsien käyttö hyväksytään laajalti perinteisiin käsiin verrattuna. Monet ihmiset jopa hyväksyvät ”bionisen ilmeen”. Aktiivisesti liikkuvien nivelten määrä on kuitenkin ollut rajoitettu moottorikäyttöisissä proteesilaitteissa. DARPA-rahoituksen ansiosta Luke-käsi (aiemmalta nimeltään Deka-käsi) kehitettiin Revolutionizing Prosthetics Program -ohjelmassa, jonka tavoitteena on palauttaa lähes luonnollinen käden ja käsivarren hallinta. Vuosien kehitystyön jälkeen Luken käsivarsi on nyt kaupallisesti saatavilla, ja siinä on jopa 10 nivelliikettä, jotka voivat tapahtua samanaikaisesti.

Mitä enemmän liikkeitä kädet ja käsivarret pystyvät tekemään, sitä suurempi on käyttäjän tarve hallita näitä liikkeitä. Tästä johtuu kuvantunnistuksen ja kohdennetun lihasreinnervaation (TMR) kirurgian kehittyminen. Perinteiset myoelektriset proteesit käyttävät yhtä tai kahta ihon pinnalla olevaa signaalia havaitsemaan sähköä, kun lihas käynnistyy käden, ranteen tai kyynärpään käyttämiseksi. Tilanne monimutkaistuu, mitä ylempänä amputaatio on, koska myosähköistä ohjausta vaativien nivelten määrä kasvaa. Vaihtaminen kyynärpäästä ranteesta käteen on käyttäjälle hidasta ja hankalaa. Mallintunnistuksessa sitä vastoin käytetään proteesissa jäljelle jäävää raajaa ympäröivää elektrodiryhmää. Sen sijaan, että käytettäisiin tiettyjä lihaksia, ohjelmistoalgoritmi tekee järkeä kaikkien signaalien tiedoista ja tulkitsee käyttäjän haluaman liikkeen. Tämä voi johtaa nopeampiin ja intuitiivisempiin käsivarren liikkeisiin. TMR-leikkaus voi myös parantaa tuloksia, koska tässä leikkauksessa käden ja käsivarren liikettä aiemmin kontrolloineet hermot liitetään pienempiin hermoihin ja lihaksiin korkeammalla käsivarressa tai rintakehässä. Proteesin hallinta voi parantua tämän toimenpiteen ansiosta, mutta myös kivun ja fantomikivun on osoitettu vähenevän. Luken käsivarsi käyttää niin sanottua ”päätepisteohjausta”, joka mahdollistaa jopa 10 vapausasteen samanaikaisen toiminnan. Inertialiikeyksiköt (IMU) ovat yksi tapa ohjata Luken kättä. IMU:t kiinnitetään käyttäjän kengännauhoihin, ja toinen jalka ohjaa käden sijoittelua avaruudessa, kun toinen käyttää kättä. Pääsin esittelemään käsivartta, ja jo muutamassa minuutissa tajusin, kuinka paljon helpompaa se oli kuin perinteiset keinot, joilla jokainen nivelen liike käytiin läpi peräkkäin. Katso tämä video nähdäksesi sen toiminnassa:

Kehittyvää teknologiaa, joka voi parantaa yläraaja-amputoitujen potilaiden hoitotuloksia, ovat muun muassa: haptinen palaute, osseointegraatio, implantoitavat elektrodit ja käsivarsi/käsi-siirto.

Haptisen palautteen merkitystä aliarvioitiin kenties siihen asti, kunnes sitä tutkittiin laboratorio-olosuhteissa. Paineantureilla varustetut käsiproteesit puolestaan stimuloivat kännyköiden kaltaisia värähtelylaitteita tai jopa itse aistihermoja. Alustava palaute on ollut rohkaisevaa: riippuvuus näköjärjestelmästä on vähentynyt, taipumus pudottaa tai murskata esineitä on vähentynyt ja proteesin käyttö on yleisesti ottaen tuntunut miellyttävältä. Näihin tutkimuksiin osallistuneet ovat jopa sanoneet, että kun tutkimus oli ohi, ”oli kuin olisin menettänyt käteni uudelleen.”

Osseointegraatio on suora luustoon kiinnittyminen luuhun ulkonevalla metallisella kiinnikkeellä, joka kiinnittyy muuhun proteesiin. Perinteisiin proteesipesiin verrattuna yläraaja-amputoidulla on monia etuja, joita ovat muun muassa seuraavat: pienempi painon havaitseminen, luun liikkeiden täydellinen siirtyminen proteesiin, positiivinen ripustus koko ajan, eikä lämpöä muodostu eikä hikoile. FDA:n hyväksyntä menettelylle on lisääntymässä, ja tästä tulee todennäköisesti vaihtoehto joillekin yläraaja-amputoiduille, jotka kamppailevat perinteisten proteesipesien kanssa.

Interplantoitavat elektrodit Integrumin e-OPRA-järjestelmässä eivät ole kaukana siitä, että niistä tulisi todellisuutta. Tässä järjestelmässä käytetään johdinjohtimia, jotka kulkevat luutumisimplantin läpi jäljelle jäävän käden eri lihasvöihin ja hermoihin. Järjestelmä on parhaillaan kehitteillä ja kliinisissä tutkimuksissa. Toisin kuin perinteiset elektrodit, jotka voivat liikkua ja menettää kosketuksen ihoon, johdot säilyttävät kosketuksen lihakseen rajoittamattomalla liikealueella, mikä voi antaa aistipalautetta ja vähentää haamukipua.

Yli 85 käden/käsivarrensiirtoa on suoritettu eri puolilla maailmaa, ja pisimpään elossa olleista kädestä/käsivarresta elossa olleista kädestä/käsivarresta on kulunut 11 vuotta. Tulokset ovat olleet vaihtelevia, ja toimenpide vaatii elinikäistä immunosuppressiivista lääkitystä. Vielä ei ole selvää, pitäisikö tämän olla valikoivien käsivarsiamputaatioiden vakiohoito. Näyttöä ei ole vielä saatu siitä, että käden ja käsivarren siirto parantaisi toimintakykyä ja elämänlaatua. Lisäksi siihen liittyy huomattava taloudellinen taakka ja mahdollisia immunosuppressiivisia komplikaatioita. Tämä saattaa muuttua, kun leikkauksia tehdään enemmän ja kun saadaan pidempiaikaista tietoa.

Kun enemmän vaihtoehtoja tulee saataville, tietyt proteettiset laitteet saattavat jäädä syrjään. Kun ensimmäinen vaijeriohjattu halkaistu koukku kehitettiin noin vuonna 1860, se teki ”kapteenikoukusta” käytännöllisesti katsoen tarpeettoman. Minun on kuitenkin vaikea keksiä mitään sellaista yläraajaproteesia viimeisten 20 vuoden ajalta, joka olisi vanhentunut teknologisen kehityksen vuoksi. Ehkä tämä johtuu siitä, että ihmiskäden toimintaa on niin vaikea jäljitellä. Ihmettelen kuitenkin, saavutammeko ajan, jolloin joko regeneratiivinen lääketiede mahdollistaa käsien kasvamisen takaisin tai sitten ylivoimainen mekaaninen proteesimalli saa kaikki aiemmat mallit näyttämään ”Kapteeni Koukun” käsivarsilta. Siihen asti olen iloinen siitä, että minulla on yhä enemmän vaihtoehtoja käytettävissäni!

Viitteet ja lisälähteet

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/

Kontakti Luova Teknologia Ortoosi & Proteesit Denverissä, CO, tänään.