Progrès des prothèses des extrémités supérieures – Technologie créative Orthèse et Prothèse
14
Jan
Progrès des prothèses des extrémités supérieures
par Zach Harvey, CPO
Je travaille dans le domaine des prothèses et des orthèses depuis 20 ans maintenant et j’ai vu beaucoup de changements. Ces dernières années, les prothèses pour le membre supérieur ont connu un progrès rapide. Avec plus d’options viennent plus de décisions, et notre ancienne façon de faire les choses doit être réévaluée. Parmi les changements les plus significatifs, citons : des options pour des mains et des doigts partiels (doigts/pouce), des interfaces matérielles plus confortables, des articulations multi-articulées et de meilleures façons de contrôler les systèmes électriques. Grâce au financement de la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) et aux universités/laboratoires du monde entier, des personnes très intelligentes travaillent sur des technologies émergentes, dont certaines ont déjà porté leurs fruits. Après tout, il y a un grand besoin d’amélioration, car nous nous sommes efforcés de fournir des modèles très confortables et fonctionnels. Les progrès de la chirurgie sont également un facteur important de cette révolution. Avant de commencer, je tiens à préciser qu’il s’agit de mon point de vue et qu’il se peut que je n’épuise pas tous les progrès réalisés. Je ne parlerai pas beaucoup de l’impression 3D, même si c’est un sujet brûlant, car je ne l’utilise pas actuellement dans ma pratique.
Je commencerai par les options commerciales croissantes disponibles pour le niveau partiel de la main et des doigts. Ceci est significatif car la main et les doigts représentent le plus grand nombre d’amputations des membres supérieurs aux États-Unis. La main humaine est très complexe, et il est très important de se concentrer sur les objectifs fonctionnels avec cette population. Un bon ergothérapeute peut jouer un rôle déterminant dans les étapes de planification et dans le travail avec la personne après avoir reçu le dispositif.
1) Les restaurations en silicone haute définition ne sont pas nouvelles, en soi, mais elles méritent d’être mentionnées car elles sont assez courantes et très fonctionnelles dans certains cas. Ces dispositifs personnalisés sont adaptés à la forme et à la couleur par des artistes avec des détails aussi petits que des taches de rousseur et des ongles.
2) Les doigts à cliquet en métal sont une option robuste pour ceux qui ont besoin de prothèses complètes de doigt(s) et/ou de pouce. Ils peuvent être fléchis dans un certain nombre de positions de verrouillage et revenir en extension par une simple pression sur un bouton ou lorsqu’ils sont complètement fléchis. Cela permet la capacité de tenir ou de porter des objets, et fournit quelque chose contre lequel appuyer.
Doigt à cliquet de Point Designs LLC
3) Les doigts alimentés par le corps utilisent une articulation supérieure anatomiquement intacte pour alimenter une prothèse. Par exemple, une personne dont l’index est amputé au niveau de l’articulation médiane pourrait fléchir et s’étendre pour déplacer un bout de doigt fixé mécaniquement. Cela permettrait au bout du doigt de s’enrouler dans la paume de la main ou de pincer le bout du pouce.
Doigts M pédiatriques alimentés par le corps par Partial hand solutions LLC
4) Les doigts alimentés électriquement sont particulièrement bénéfiques lorsqu’il y a absence d’un pouce et/ou d’un ou plusieurs doigts entiers. Ceux-ci utilisent des capteurs myoélectriques, soigneusement placés sur les muscles de la main pour contrôler le mouvement.
iDigits avec silicone HTV de Ossur Inc.
Que ce soit en haute définition, à cliquet, alimenté par le corps ou électriquement, l’interface personnalisée est essentielle. Le confort et la protection contre les irritations cutanées font partie des objectifs principaux de toute prothèse. Un matériau appelé silicone HTV est bien adapté à ces objectifs et fonctionne également pour d’autres niveaux d’amputation. La fabrication nécessite un ensemble de compétences uniques, mais les laboratoires spécialisés à travers le pays rendent cette technologie largement disponible pour que les prothésistes puissent l’utiliser.
Les mains multi-articulées imitent la main humaine, rendant les mouvements plus naturels que les mains conventionnelles parce que les moteurs dans chaque doigt permettent une sélection de prise programmable presque infinie. Les mains conventionnelles sont toujours utilisées et sont certes plus durables, mais elles ont des limites car elles s’ouvrent/se ferment simplement. L’avantage des mains multi-articulées est qu’il faut moins de pression pour tenir un objet, car les doigts s’y adaptent. Elles réduisent également les mouvements contraignants du bras pour positionner la main, qui peuvent provoquer des syndromes de surutilisation au fil du temps. Grâce à l’impression 3D et aux plateformes open source, ces mains sont de plus en plus abordables et accessibles dans le monde entier. De nombreuses personnes préfèrent une main dont l’apparence et les mouvements sont plus naturels et, dans ma pratique, j’ai constaté un taux d’acceptation élevé de l’utilisation de mains multi-articulées par rapport aux mains conventionnelles. De nombreuses personnes adoptent même le « look bionique ». Cependant, les prothèses motorisées ont été limitées dans le nombre d’articulations qui bougent activement. Grâce à un financement de la DARPA, le bras Luke (anciennement appelé bras Deka) a été développé dans le cadre du programme « Revolutionizing Prosthetics » dans le but de restaurer un contrôle quasi naturel de la main et du bras. Après des années de développement, le bras Luke est maintenant disponible dans le commerce et possède jusqu’à 10 mouvements articulaires qui peuvent se produire simultanément.
Luke Arm de Mobius Bionics, LLC
Plus les mains et les bras sont capables de faire de mouvements, plus le besoin de contrôler ces mouvements par l’utilisateur est grand. D’où les progrès de la reconnaissance des formes et de la chirurgie de ré-innervation musculaire ciblée (TMR). Les prothèses myoélectriques traditionnelles utilisent un ou deux signaux à la surface de la peau pour détecter l’électricité lorsque le muscle est activé pour actionner une main, un poignet ou un coude. Les choses se compliquent à mesure que l’amputation s’élève, en raison du nombre accru d’articulations nécessitant un contrôle myoélectrique. Passer du coude au poignet puis à la main est lent et encombrant pour l’utilisateur. La reconnaissance des formes, en revanche, utilise un réseau d’électrodes entourant le membre restant dans la prothèse. Au lieu d’utiliser des muscles spécifiques, l’algorithme du logiciel donne un sens aux données de tous les signaux et interprète le mouvement souhaité par l’utilisateur. Il peut en résulter un mouvement du bras plus rapide et plus intuitif. La chirurgie TMR peut également améliorer les résultats parce qu’elle prend les nerfs qui contrôlaient auparavant les mouvements de la main et du bras et les rattache à des nerfs et des muscles plus petits situés plus haut dans le bras ou la poitrine. Le contrôle de la prothèse peut non seulement s’améliorer avec cette procédure, mais il a été démontré que la douleur et la douleur fantôme diminuent également. Le bras de Luke utilise ce qu’on appelle le « contrôle du point final », qui permet de faire fonctionner simultanément jusqu’à 10 degrés de liberté. Les unités de mouvement inertiel (IMU) sont un moyen de contrôler le bras de Luke. Les IMU sont fixées aux lacets de chaussures de l’utilisateur et un pied contrôle le placement de la main dans l’espace tandis que l’autre actionne la main. J’ai pu faire une démonstration du bras et, en quelques minutes, j’ai réalisé à quel point il était plus facile que les moyens traditionnels de séquencer le mouvement de chaque articulation. Regardez cette vidéo pour le voir en action :
Les technologies émergentes qui peuvent améliorer les résultats pour les amputés des extrémités supérieures comprennent : la rétroaction haptique, l’ostéointégration, les électrodes implantables et la transplantation bras/main.
La rétroaction haptique était peut-être sous-estimée dans son importance jusqu’à ce qu’elle soit étudiée en laboratoire. Les mains prothétiques équipées de capteurs de pression stimulent à leur tour des dispositifs de vibration similaires à ceux des téléphones portables, voire les nerfs sensoriels eux-mêmes. Les premiers résultats sont encourageants : moins de dépendance à l’égard du système visuel, moins de tendance à faire tomber ou à écraser des objets et un sentiment général d’appropriation de la prothèse. Les participants à ces études sont allés jusqu’à dire qu’une fois l’étude terminée, « c’était comme si je perdais à nouveau ma main ».
L’ostéointégration est la fixation directe du squelette à l’os avec un pilier métallique en saillie qui se fixe au reste de la prothèse. L’ostéointégration présente de nombreux avantages pour les amputés des membres supérieurs par rapport aux emboîtages prothétiques traditionnels, notamment : une perception réduite du poids, une traduction parfaite du mouvement de l’os vers la prothèse, une suspension positive à tout moment et l’absence d’accumulation de chaleur/de sueur. La FDA accepte de plus en plus cette procédure et cela deviendra probablement une option pour certains amputés des extrémités supérieures qui ont du mal avec les embases de prothèses traditionnelles.
Les électrodes implantables dans le système e-OPRA d’Integrum ne sont pas loin de devenir une réalité. Ce système utilise des fils conducteurs qui passent par l’implant d’ostéointégration dans divers ventres musculaires et nerfs du bras restant. Il est actuellement en cours de développement et d’essais cliniques. Contrairement aux électrodes traditionnelles qui peuvent se déplacer et perdre le contact avec la peau, les fils maintiennent le contact avec le muscle dans une amplitude de mouvement non restreinte avec un potentiel de retour sensoriel, et une réduction de la douleur fantôme.
e-OPRA d’Integrum, LLC
Plus de 85 greffes de main/bras ont été réalisées dans le monde, le plus long survivant allant sur 11 ans. Les résultats sont mitigés et l’intervention nécessite un traitement immunosuppresseur à vie. Il n’est pas encore clair si cela doit être le traitement standardisé pour les amputés sélectifs du bras. Il n’a pas encore été prouvé que la transplantation de la main ou du bras améliore les résultats fonctionnels et la qualité de vie. En outre, la charge financière est considérable et les complications immunosuppressives potentielles. Cela pourrait changer à mesure que davantage de chirurgies sont réalisées et que des données à plus long terme sont acquises.
A mesure que davantage d’options deviennent disponibles, certains dispositifs prothétiques peuvent tomber en désuétude. Lorsque le premier crochet fendu contrôlé par câble a été développé vers 1860, il a rendu le design du « Capitaine Crochet » pratiquement obsolète. Cependant, j’ai du mal à penser à quoi que ce soit au cours des 20 dernières années dans le domaine des prothèses du membre supérieur qui soit devenu obsolète en raison d’un progrès technologique. C’est peut-être parce que la fonction de la main humaine est si difficile à reproduire. Cela dit, je me demande si nous arriverons à un moment où la médecine régénérative permettra aux bras de repousser ou si une conception mécanique supérieure de la prothèse fera ressembler toutes les conceptions précédentes aux bras du « Capitaine Crochet ». En attendant, je suis heureux d’avoir un nombre croissant d’options avec lesquelles travailler !
Références et ressources supplémentaires
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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