I progressi della protesi dell’estremità superiore – Creative Technology Orthotic & Prosthetic
14
Jan
I progressi della protesi dell’estremità superiore
di Zach Harvey, CPO
Sono nel campo delle protesi e delle ortesi da 20 anni e ho visto molti cambiamenti. Negli ultimi anni, c’è stato un rapido progresso nelle protesi per l’estremità superiore. Con più opzioni arrivano più decisioni, e il nostro vecchio modo di fare le cose deve essere rivalutato. Alcuni cambiamenti più significativi includono: opzioni per mani e dita parziali (dita/pollice), interfacce di materiali più confortevoli, articolazioni multi-articolate e modi migliori per controllare i sistemi alimentati elettricamente. Grazie ai finanziamenti della Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) e alle università/laboratori di tutto il mondo, alcune persone molto intelligenti stanno lavorando su tecnologie emergenti, alcune delle quali si sono già concretizzate. Dopo tutto, c’è un grande bisogno di miglioramenti, dato che abbiamo lottato per fornire design altamente confortevoli e funzionali. Anche i progressi chirurgici sono un fattore importante in questa rivoluzione. Prima di iniziare, voglio sottolineare che questo viene dalla mia prospettiva e potrebbe non esaurire tutti i progressi che accadono. Non parlerò molto della stampa 3D, anche se è un argomento caldo, perché attualmente non la sto utilizzando nella mia pratica.
Inizierò con le crescenti opzioni disponibili in commercio per la mano parziale e il livello delle dita. Questo è significativo perché la mano e le cifre rappresentano il maggior numero di amputazioni dell’arto superiore negli Stati Uniti. La mano umana è molto complessa, e un focus sugli obiettivi funzionali è molto importante con questa popolazione. Un buon terapista occupazionale può essere determinante nelle fasi di pianificazione e nel lavoro con l’individuo dopo aver ricevuto il dispositivo.
1) I restauri in silicone ad alta definizione non sono nuovi, di per sé, ma vale la pena menzionarli perché sono abbastanza comuni e altamente funzionali in alcuni casi. Questi dispositivi personalizzati sono modellati e colorati da artisti con dettagli piccoli come lentiggini e unghie.
2) Le cifre metalliche a cricchetto sono un’opzione robusta per coloro che richiedono protesi complete per le dita e/o il pollice. Queste possono essere flesse in un certo numero di posizioni di bloccaggio e tornare in estensione con la pressione di un pulsante o quando sono completamente flesse. Questo permette la capacità di tenere o trasportare oggetti, e fornisce qualcosa contro cui premere.
Dito a cricchetto da Point Designs LLC
3) Le cifre alimentate dal corpo usano un’articolazione superiore anatomicamente intatta per alimentare una protesi. Per esempio, una persona con un dito indice amputato all’articolazione media potrebbe flettersi ed estendersi per muovere una punta del dito fissata meccanicamente. Questo permetterebbe alla punta del dito di arricciarsi nel palmo della mano o di pizzicare la punta del pollice.
Dita pediatriche M alimentate da Partial hand solutions LLC
4) Le dita alimentate elettricamente sono particolarmente utili quando manca un intero pollice e/o dito/i. Questi utilizzano sensori mioelettrici, accuratamente posizionati sui muscoli della mano per controllare il movimento.
iDigits con silicone HTV di Ossur Inc.
Che sia ad alta definizione, a cricchetto, alimentato dal corpo o elettrico, l’interfaccia personalizzata è fondamentale. Il comfort e la protezione contro l’irritazione della pelle sono alcuni degli obiettivi primari di qualsiasi dispositivo protesico. Un materiale chiamato silicone HTV è adatto a questi obiettivi e funziona anche per altri livelli di amputazione. La fabbricazione richiede un’abilità unica, ma i laboratori specializzati in tutto il paese stanno rendendo questa tecnologia ampiamente disponibile per i protesisti da utilizzare.
Le mani multiarticolate imitano la mano umana, rendendo i movimenti più naturali delle mani convenzionali perché i motori in ogni dito permettono una selezione di presa programmabile quasi infinita. Le mani convenzionali sono ancora utilizzate e sono certamente più durevoli, ma hanno dei limiti perché si limitano ad aprire/chiudere. Il vantaggio delle mani multi-articolate è che è necessaria meno pressione di presa mentre si tiene un oggetto a causa del modo in cui le dita si conformano intorno ad esso. Riducono anche gli scomodi movimenti del braccio per posizionare la mano che possono causare sindromi da uso eccessivo nel tempo. Grazie alla stampa 3D e alle piattaforme open source, queste mani stanno diventando più convenienti e accessibili in tutto il mondo. Molte persone preferiscono una mano che appare e si muove in modo più naturale e, nella mia pratica, ho visto un grande tasso di accettazione dell’uso della mano multi-articolata rispetto alle mani convenzionali. Molte persone abbracciano persino il “look bionico”. Tuttavia, i dispositivi protesici alimentati sono stati limitati nel numero di articolazioni che si muovono attivamente. Grazie ai finanziamenti DARPA, il braccio Luke (precedentemente chiamato braccio Deka) è stato sviluppato nell’ambito del Revolutionizing Prosthetics Program con l’obiettivo di ripristinare il controllo quasi naturale della mano e del braccio. Dopo anni di sviluppo, il braccio Luke è ora disponibile in commercio e ha fino a 10 movimenti articolari che possono avvenire contemporaneamente.
Luke Arm from Mobius Bionics, LLC
Più movimenti sono in grado di fare mani e braccia, maggiore è la necessità di controllare questi movimenti da parte dell’utente. Da qui, i progressi nel riconoscimento dei modelli e nella chirurgia di reinnervazione muscolare mirata (TMR). Le protesi mioelettriche tradizionali usano uno o due segnali sulla superficie della pelle per rilevare l’elettricità quando il muscolo viene attivato per alimentare una mano, un polso o un gomito. Diventa più complicato quanto più in alto è l’amputazione a causa del maggior numero di articolazioni che richiedono il controllo mioelettrico. Passare dal gomito al polso alla mano è lento e ingombrante per l’utente. Il riconoscimento del modello, al contrario, utilizza una serie di elettrodi che circondano l’arto rimanente nella protesi. Invece di usare muscoli specifici, l’algoritmo software dà un senso ai dati di tutti i segnali e interpreta il movimento desiderato dall’utente. Questo può risultare in un movimento del braccio più veloce e intuitivo. La chirurgia TMR può anche migliorare i risultati perché questa chirurgia prende i nervi che prima controllavano il movimento della mano e del braccio e li attacca a nervi più piccoli e muscoli più in alto nel braccio o nel petto. Il controllo della protesi può non solo migliorare con questa procedura, ma è stato dimostrato che anche il dolore e il dolore fantasma si riducono. Il braccio Luke usa qualcosa chiamato “controllo del punto finale”, che permette fino a 10 gradi di libertà di operare simultaneamente. Le unità di movimento inerziale (IMU) sono un modo per controllare il braccio Luke. Le IMU sono agganciate ai lacci delle scarpe dell’utente e un piede controlla il posizionamento della mano nello spazio mentre l’altro aziona la mano. Ho avuto modo di provare il braccio, e in pochi minuti mi sono reso conto di quanto fosse più facile dei mezzi tradizionali per sequenziare ogni movimento articolare. Guardate questo video per vederlo in azione:
Le tecnologie emergenti che possono migliorare i risultati per gli amputati dell’estremità superiore includono: feedback aptico, osteointegrazione, elettrodi impiantabili e trapianto di braccio/mano.
Il feedback aptico è stato forse sottovalutato nella sua importanza fino a quando è stato studiato in un ambiente di laboratorio. Le mani protesiche dotate di sensori di pressione stimolano a loro volta dispositivi di vibrazione simili a quelli dei telefoni cellulari o anche i nervi sensoriali stessi. Il feedback iniziale è stato incoraggiante con una minore dipendenza dal sistema visivo, una minore tendenza a far cadere o schiacciare gli oggetti, e un senso generale di incarnazione della protesi. I partecipanti a questi studi sono arrivati a dire che una volta finito lo studio “è stato come perdere di nuovo la mano”
L’osteointegrazione è l’attacco diretto dello scheletro all’osso con un moncone metallico sporgente che si attacca al resto della protesi. Ci sono molti vantaggi per l’amputato dell’estremità superiore rispetto alle prese protesiche tradizionali che includono: una ridotta percezione del peso, una perfetta traduzione del movimento osseo alla protesi, una sospensione positiva in ogni momento e nessun accumulo di calore/sudore. La FDA sta accettando sempre di più la procedura e questa diventerà probabilmente un’opzione per alcuni amputati dell’estremità superiore che lottano con le prese protesiche tradizionali.
Gli elettrodi impiantabili nel sistema e-OPRA di Integrum non sono lontani dal diventare una realtà. Questo sistema utilizza cavi che corrono attraverso l’impianto di osteointegrazione in vari ventri muscolari e nervi del braccio rimanente. È attualmente in fase di sviluppo e di sperimentazione clinica. A differenza degli elettrodi tradizionali che possono spostarsi e perdere il contatto con la pelle, i fili mantengono il contatto con il muscolo in una gamma illimitata di movimento con un potenziale di feedback sensoriale e una riduzione del dolore fantasma.
e-OPRA di Integrum, LLC
Più di 85 trapianti di mano/braccio sono stati eseguiti in tutto il mondo con il più lungo sopravvissuto di 11 anni. I risultati sono stati contrastanti, e la procedura richiede una vita di immunosoppressori. Non è ancora chiaro se questo debba essere il trattamento standard per gli amputati selettivi di un braccio. Le prove non hanno ancora dimostrato che il trapianto di mano/braccio migliora i risultati funzionali e la qualità della vita. Inoltre, c’è un considerevole onere finanziario e potenziali complicazioni immunosoppressive. Questo potrebbe cambiare con l’esecuzione di un maggior numero di interventi e l’acquisizione di dati a lungo termine.
Man mano che diventano disponibili più opzioni, alcuni dispositivi protesici potrebbero cadere in disuso. Quando il primo gancio spaccato controllato via cavo fu sviluppato intorno al 1860, rese il design di “Capitan Uncino” virtualmente obsoleto. Tuttavia, ho difficoltà a pensare a qualcosa negli ultimi 20 anni in protesi di estremità superiore che sia diventato obsoleto a causa di un progresso tecnologico. Forse perché la funzione della mano umana è così difficile da replicare. Detto questo, mi chiedo se arriveremo a un momento in cui la medicina rigenerativa permetterà alle braccia di ricrescere o se un design protesico meccanico superiore farà sembrare tutti i design precedenti come le braccia di “Capitan Uncino”. Fino ad allora, sono felice di avere un numero crescente di opzioni con cui lavorare!
Riferimenti e risorse aggiuntive
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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