Felső végtagi protézisek fejlődése – Kreatív technológia Orthotic & Prosthetic

Felső végtagi protézisek fejlődése

által Zach Harvey, CPO

Már 20 éve vagyok a protézis és az ortézis területén, és sok változást láttam. Az elmúlt években a felső végtagok protézisében gyors fejlődés volt tapasztalható. A több lehetőséggel több döntés is jár, és a régi módszerünket újra kell értékelni. Néhány jelentősebb változás a játékban: részleges kezek és ujjak (ujjak/ujjpercek), kényelmesebb anyagfelületek, többszörösen artikuláló ízületek és jobb módszerek az elektromos meghajtású rendszerek vezérlésére. A Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) finanszírozásának és a világ egyetemeinek/laboratóriumainak köszönhetően néhány nagyon okos ember dolgozik a feltörekvő technológián, amelynek egy része már megvalósult. Végül is nagy szükség van a fejlődésre, mivel eddig is küzdöttünk a rendkívül kényelmes és funkcionális kialakításért. A sebészeti fejlesztések szintén fontos tényezőt jelentenek ebben a forradalomban. Mielőtt belekezdenék, szeretném hangsúlyozni, hogy ez az én szemszögemből jön, és lehet, hogy nem merít ki minden előrelépést, ami történik. Nem fogok sokat beszélni a 3D nyomtatásról, annak ellenére, hogy ez egy forró téma, mert jelenleg nem használom a gyakorlatomban.

Azzal kezdem, hogy egyre több kereskedelmi forgalomban elérhető lehetőség van a részleges kéz és ujj szintjén. Ez azért jelentős, mert a kéz és az ujjpercek jelentik a legtöbb felső végtag amputációt az Egyesült Államokban. Az emberi kéz nagyon összetett, és a funkcionális célokra való összpontosítás nagyon fontos ennél a populációnál. Egy jó foglalkozásterapeuta fontos szerepet játszhat a tervezési fázisokban és az egyénnel való munkában, miután megkapta az eszközt.

1) A nagyfelbontású szilikonpótlások önmagukban nem újak, de érdemes megemlíteni őket, mert meglehetősen gyakoriak és egyes esetekben rendkívül funkcionálisak. Ezeket az egyedi készülékeket művészek alak- és színegyeztetik olyan apró részletekkel, mint a szeplők és a körmök.

2) A fém racsnis ujjpótlások robusztus opciót jelentenek azok számára, akiknek teljes ujj(ak)ra és/vagy hüvelykujjprotézisre van szükségük. Ezek többféle reteszelési pozícióba hajlíthatók, és egy gombnyomással vagy teljesen behajlítva visszarugóznak a kinyúlásba. Ez lehetővé teszi a tárgyak megtartását vagy hordozását, és biztosít valamit, amihez hozzá lehet nyomni.

3) Body powered digits use an anatomically intact higher joint to power a prosthesis. Például egy középső ízületnél amputált mutatóujjal rendelkező személy hajlíthat és nyújthat egy mechanikusan rögzített ujjhegy mozgatásához. Ez lehetővé tenné, hogy az ujjhegy a tenyérbe görbüljön, vagy hogy a hüvelykujj hegyét megcsípje.

4) Az elektromos meghajtású ujjak különösen előnyösek, ha hiányzik egy teljes hüvelykujj és/vagy ujj(ak). Ezek myoelektromos érzékelőket használnak, amelyeket gondosan a kéz izmai fölé helyeznek a mozgás vezérlésére.

Függetlenül attól, hogy nagy felbontású, racsnis, testmotoros vagy elektromos meghajtású, az egyedi interfész kritikus fontosságú. A kényelem és a bőrirritáció elleni védelem az elsődleges célok közé tartozik minden protézis esetében. A HTV szilikon nevű anyag jól megfelel ezeknek a céloknak, és más amputációs szinteknél is működik. A gyártás egyedi készségeket igényel, de a speciális laboratóriumok országszerte széles körben elérhetővé teszik ezt a technológiát a protézisek számára.

A multiartikulációs kezek az emberi kezet utánozzák, és a mozdulatokat természetesebbé teszik, mint a hagyományos kezek, mivel az egyes ujjakban lévő motorok szinte végtelen számú programozható fogásválasztást tesznek lehetővé. A hagyományos kezeket még mindig használják, és bevallottan tartósabbak, de korlátaik vannak, mivel egyszerűen csak kinyílnak/becsukódnak. A többszörösen artikuláló kezek előnye, hogy egy tárgy megtartása közben kevesebb fogásnyomásra van szükség, mivel az ujjak alkalmazkodnak a tárgyhoz. Emellett csökkentik a kéz pozicionálásához szükséges kényelmetlen karmozdulatokat, amelyek idővel túlhasználati szindrómákat okozhatnak. A 3D nyomtatásnak és a nyílt forráskódú platformoknak köszönhetően ezek a kezek világszerte egyre megfizethetőbbé és elérhetőbbé válnak. Sokan jobban kedvelik a természetesebben kinéző és mozgó kezeket, és a praxisomban azt tapasztaltam, hogy a hagyományos kezekkel szemben nagymértékben elfogadják a multiartikulációs kezek használatát. Sokan még a “bionikus kinézetet” is elfogadják. A motoros protézisek azonban csak korlátozott számú ízületet mozgatnak aktívan. A DARPA finanszírozásának köszönhetően a Luke-kart (korábbi nevén Deka-kart) a Revolutionizing Prosthetics Program keretében fejlesztették ki azzal a céllal, hogy helyreállítsa a kéz és a kar közel természetes irányítását. Többéves fejlesztés után a Luke-kar ma már kereskedelmi forgalomban kapható, és akár 10 ízületi mozgást is végezhet egyszerre.

Minél több mozgásra képes a kéz és a kar, annál nagyobb szükség van arra, hogy ezeket a mozgásokat a felhasználó irányítsa. Innen ered a mintafelismerés és a célzott izom-reinnervációs (TMR) műtétek fejlődése. A hagyományos myoelektromos protézisek egy vagy két jelet használnak a bőr felszínén, hogy érzékeljék az elektromosságot, amikor az izom beindul a kéz, a csukló vagy a könyök működtetésére. Ez annál bonyolultabbá válik, minél feljebb van az amputáció, mert megnő a myoelektromos vezérlést igénylő ízületek száma. A könyökről csuklóra és kézre váltás lassú és nehézkes a felhasználó számára. A mintafelismerés ezzel szemben a protézisben a megmaradt végtagot körülvevő elektródák tömbjét használja. Ahelyett, hogy konkrét izmokat használnának, a szoftver algoritmusa értelmezi az összes jelből származó adatokat, és értelmezi a felhasználó kívánt mozgását. Ez gyorsabb, intuitívabb karmozgást eredményezhet. A TMR-műtét azért is javíthatja az eredményeket, mert ez a műtét a korábban a kéz és a kar mozgását irányító idegeket kisebb idegekhez és izmokhoz csatolja, amelyek a kar vagy a mellkas magasabb pontján helyezkednek el. A protézis irányítása nemcsak javulhat ezzel az eljárással, hanem a fájdalom és a fantomfájdalom is csökkenhet. A Luke-kar egy úgynevezett “végpontvezérlést” használ, amely akár 10 szabadságfok egyidejű működését is lehetővé teszi. A Luke-kar vezérlésének egyik módja az inerciális mozgásegységek (IMU-k). Az IMU-k a felhasználó cipőfűzőjére vannak erősítve, és az egyik láb irányítja a kéz elhelyezését a térben, míg a másik kezeli a kezet. Bemutathattam a kart, és perceken belül rájöttem, hogy mennyivel egyszerűbb, mint az egyes ízületi mozgások hagyományos módon történő szekvenálása. Nézze meg ezt a videót, hogy láthassa működés közben:

A következő új technológiák javíthatják a felső végtagamputáltak eredményeit: haptikus visszajelzés, csontintegráció, beültethető elektródák és kar/kéz transzplantáció.

A haptikus visszajelzés jelentőségét talán alábecsülték, amíg laboratóriumi körülmények között nem vizsgálták. A nyomásérzékelőkkel felszerelt kézprotézisek viszont a mobiltelefonokéhoz hasonló vibrációs eszközöket vagy akár magukat az érzékelőidegeket stimulálják. A kezdeti visszajelzések biztatóak voltak: kevésbé támaszkodnak a vizuális rendszerre, kevésbé hajlamosak a tárgyak leejtésére vagy összenyomására, és a protézis általános megtestesülésének érzetét keltették. Az ezekben a vizsgálatokban résztvevők odáig mentek, hogy azt mondták, hogy a vizsgálat végeztével “olyan volt, mintha újra elveszítettem volna a kezemet.”

Az oszteointegráció a csonthoz való közvetlen csontkötés egy kiálló fém felépítmény segítségével, amely a protézis többi részéhez csatlakozik. A felső végtagamputáltak számára számos előnnyel jár a hagyományos protézisalátétekhez képest, amelyek közé tartozik: a súlyérzet csökkenése, a csont mozgásának tökéletes átvitele a protézisre, mindenkor pozitív felfüggesztés, és nincs hőképződés/izzadás. Az FDA egyre inkább elfogadja az eljárást, és ez valószínűleg lehetőség lesz egyes felső végtagamputáltak számára, akik a hagyományos protézisalátétekkel küzdenek.

Az Integrum e-OPRA rendszerbe beültethető elektródák nem állnak messze attól, hogy valósággá váljanak. Ez a rendszer drótvezetékeket használ, amelyek az osszeointegrációs implantátumon keresztül futnak a maradék kar különböző izomgyomrába és idegeibe. Jelenleg fejlesztés alatt áll és klinikai vizsgálatokban van. A hagyományos elektródákkal ellentétben, amelyek elmozdulhatnak és elveszíthetik a kapcsolatot a bőrrel, a drótok korlátlan mozgástartományban tartják a kapcsolatot az izommal, ami érzékszervi visszacsatolást és a fantomfájdalom csökkentését eredményezheti.

Már több mint 85 kéz-kar transzplantációt végeztek világszerte, a leghosszabb túlélő 11 évig tartott. Az eredmények vegyesek, és az eljárás egész életen át tartó immunszuppresszív kezelést igényel. Még nem világos, hogy ez lenne-e a szelektív karamputáltak standardizált kezelése. A bizonyítékok még nem bizonyították, hogy a kéz-kar transzplantáció javítja a funkcionális eredményeket és az életminőséget. Emellett jelentős anyagi terhekkel és lehetséges immunszuppresszív szövődményekkel jár. Ez változhat, amint több műtétet végeznek és hosszabb távú adatokat szereznek.

Amint több lehetőség válik elérhetővé, bizonyos protézisek háttérbe szorulhatnak. Amikor 1860 körül kifejlesztették az első kábelvezérlésű osztott kampót, az gyakorlatilag elavulttá tette a “Captain Hook” konstrukciót. Azonban nehezen jut eszembe bármi is az elmúlt 20 évből a felső végtagprotézisek terén, ami a technológiai fejlődés miatt elavulttá vált. Talán azért, mert az emberi kéz működését olyan nehéz reprodukálni. Ennek ellenére kíváncsi vagyok, vajon elérkezik-e az az idő, amikor a regeneratív orvostudomány lehetővé teszi, hogy a karok visszanőjenek, vagy pedig egy kiváló mechanikus protéziskonstrukció minden korábbi konstrukciót “Hook kapitány” karjának fog tűntetni. Addig is, örülök, hogy egyre több lehetőséggel dolgozhatok!

Hivatkozások és további források

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/

Kapcsolat a Kreatív Technológia Ortopédia & Protetika Denverben, CO, még ma.