上肢補綴の進歩 – Creative Technology Orthotic & Prosthetic
14
Jan
Upper Extremity Prosthetic Advances
by Zach Harvey、CPO
私は20年前から補綴と矯正の分野で、多くの変化を見届けています。 近年では、上肢の義肢装具が急速に進歩しています。 選択肢が増えれば決断も増え、これまでのやり方は見直す必要があります。 例えば、手や指の一部、より快適な素材、多関節ジョイント、電動システムの制御方法など、より重要な変化を遂げています。 国防高等研究計画局（DARPA）の資金援助や世界中の大学・研究所のおかげで、非常に賢い人たちが新しい技術の開発に取り組んでおり、その一部はすでに結実しています。 やはり、快適性や機能性の高いデザインを提供するためには、改善の必要性が大きいのです。 また、外科手術の進歩も、この革命の重要な要素です。 ただし、これは私の見解であり、すべての進歩を網羅したものではないことをあらかじめお断りしておきます。 3Dプリントはホットな話題ですが、私は現在、自分の診療に活用していないため、あまり話しません。
まず、手や指の部分的なレベルで、市販されている選択肢が増加していることから始めます。 これは、手と指が米国で最も多い上肢切断の数を表しているため、重要なことです。 人間の手は非常に複雑であり、このような人々には機能的な目標に焦点を当てることが非常に重要です。
1) 高精細シリコン修復は、それ自体は新しいものではありませんが、非常に一般的であり、いくつかのケースでは非常に機能的であるため、言及する価値があります。 これらのカスタムデバイスは、アーティストによって、そばかすや爪のような細かい部分まで形や色を合わせられます。
2) 金属製のラチェット式指は、完全な指や親指の義肢を必要とする人のための堅牢なオプションです。 これらは多くのロック位置に曲げることができ、ボタンを押すか完全に曲げたときにスプリングで伸展します。
ポイントデザイン社のラチェットフィンガー
3) ボディパワードディグでは、解剖学的にそのままの高位の関節を使って義肢に力を与えます。 たとえば、中間の関節で人差し指を切断した人は、機械的に固定された指先を動かすために、屈曲と伸展を行うことができます。
Body powered pediatric M fingers by Partial hand solutions LLC
4) 電気駆動式指は親指や指全体がない場合に特に有効です。 このような場合、手の筋肉の上に慎重に置かれた筋電センサーを利用して、動きを制御します。
Ossur Inc.のHTVシリコーンによるiDigits
高精度、ラチェッティング、本体駆動、電気駆動のいずれも、カスタムインタフェースが非常に重要になります。 快適さと皮膚の刺激に対する保護は、あらゆる補装具の主要な目標の一部です。 HTVシリコーンと呼ばれる素材は、これらの目標に適しており、他の切断レベルでも同様に機能します。 4270>
Multi-articulating hands は、人間の手を模倣し、各指のモーターによってほぼ無限にプログラム可能なグリップを選択できるため、従来の手よりも自然な動きを実現します。 従来の手もまだ使われており、より耐久性があることは認められますが、単に開いたり閉じたりするだけなので限界があります。 多関節ハンドの利点は、指が物体にフィットするため、物体を保持する際に必要な握力が少なくてすむことです。 また、手の位置を決めるための腕の動きもぎこちなくなり、使いすぎによる症候群を引き起こす可能性があります。 3Dプリンティングとオープンソースプラットフォームのおかげで、これらのハンドは世界中でより手頃な価格で入手できるようになっています。 多くの人は、より自然に見え、動く手を好みます。私の診療所では、従来の手よりも多関節型の手の方が、多くの人に受け入れられています。 また、多くの人が “バイオニックルック “を受け入れています。 しかし、これまでの電動義手では、アクティブに動く関節の数に限界がありました。 ルークアーム（旧デカアーム）は、DARPAの資金援助により、自然に近い手と腕の制御を回復することを目的に、人工装具革命プログラムの下で開発されました。 長年の開発の末、Luke アームは現在市販されており、同時に起こる最大 10 の関節運動が可能です。
Luke Arm from Mobius Bionics, LLC
手や腕ができる動きが増えるほど、ユーザーによるこれらの動きの制御の必要性は高まります。 それゆえ、パターン認識と標的筋再神経化 (TMR) 手術が進歩したのである。 従来の筋電義肢は、皮膚の表面にある1つか2つの信号を使って、筋肉が発火したときの電気を検出し、手、手首、肘を動かすものであった。 筋電制御を必要とする関節の数が増えるため、切断位置が高くなるほど複雑になっていきます。 肘→手首→手の順に切り替えるとなると、時間がかかり、ユーザーにとって面倒です。 一方、パターン認識では、義肢に残った四肢を囲むように電極を配列して使用します。 特定の筋肉が使われるのではなく、ソフトウェアのアルゴリズムがすべての信号のデータを意味付けし、ユーザーの希望する動きを解釈します。 その結果、より速く、より直感的な腕の動きを実現することができます。 また、TMR手術は、これまで手や腕の動きをコントロールしていた神経を、腕や胸の上の方にある小さな神経や筋肉にくっつける手術なので、結果も良くなります。 この手術により、義肢の操作性が向上するだけでなく、痛みや幻肢痛も軽減されることが分かっています。 ルークアームは「エンドポイント制御」と呼ばれるものを採用しており、最大10自由度を同時に動作させることが可能です。 慣性モーション・ユニット（IMU）は、ルークアームを制御する方法の一つです。 IMUをユーザーの靴紐にはさみ、片足で空間への手の配置を制御し、もう片足で手を操作します。 私はこのアームのデモを行いましたが、数分後には、各関節の動きをシーケンス化する従来の方法よりも、はるかに簡単であることに気づきました。 4270>
上肢切断者の転帰を改善する可能性のある新しいテクノロジーには、触覚フィードバック、オッセオインテグレーション、埋め込み型電極、腕／手の移植があります。 圧力センサーを備えた義手は、携帯電話や感覚神経そのものに類似した振動デバイスを刺激する。 最初のフィードバックは、視覚システムへの依存が少ないこと、物を落としたり押しつぶしたりする傾向が少ないこと、そして全体的に義手を具現化している感覚があることなど、心強いものでした。 これらの研究の参加者は、研究が終わると「もう一度手を失ったようだった」とまで言っています。
オッセオインテグレーションは、突出した金属製のアバットメントを骨に直接取り付け、それを義肢の残りの部分に取り付ける方法です。 従来の人工関節ソケットと比較して、上肢切断者にとって、重量感の軽減、骨の動きの人工関節への完全な変換、常にポジティブなサスペンション、熱の蓄積や発汗がないなど、多くの利点があります。 FDA はこの方法を受け入れつつあり、従来の人工関節ソケットで苦労している一部の上肢切断者の選択肢になりそうです。
Integrum の e-OPRA システムの埋め込み型電極は、現実のものになるのもそう遠くはありません。 このシステムは、オッセオインテグレーション・インプラントを介して、残った腕のさまざまな筋腹や神経に走るワイヤーリードを使用します。 現在、開発中で、臨床試験中です。 動き回って皮膚との接触を失う可能性のある従来の電極とは異なり、ワイヤーは無制限の可動域で筋肉との接触を維持し、感覚フィードバックや幻肢痛の軽減が期待されます。
e-OPRA from Integrum, LLC
85以上の手/腕移植が世界中で行われ、最長生存者は11年間も続いているそうです。 その結果はさまざまで、この手術は生涯にわたって免疫抑制剤を必要とします。 選択的腕不全患者に対する標準的な治療法であるかどうかは、まだ明らかではありません。 手や腕の移植が機能的な成果や生活の質を向上させるという証拠はまだ証明されていない。 また、経済的負担も大きく、免疫抑制剤の合併症の可能性もあります。 より多くの手術が行われ、より長期的なデータが得られれば、この状況は変わるかもしれません。
より多くの選択肢が得られるようになると、ある種の補装具が廃れていくかもしれません。 1860 年頃に最初のケーブル制御のスプリットフックが開発されたとき、「キャプテンフック」のデザインは事実上時代遅れとなりました。 しかし、この20年間、上肢の義肢において、技術の進歩により陳腐化したものを考えるのは難しいです。 それは、人間の手の機能を再現するのがあまりにも難しいからかもしれません。 とはいえ、再生医療によって腕が生えるようになるか、優れた機械的な義肢の設計によって、これまでの設計が「フック船長」の腕のように見えるようになる時代が来るのか、とも考えています。 それまでは、選択肢が増えて嬉しい限りです。
参考文献とその他の資料
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.aspxhttps://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/
デンバーでクリエイティブテクノロジー装具&補装具にコンタクトを取ることです。 今日、CO.