Prothesevooruitgang in de bovenste extremiteit – Creative Technology Orthotic & Prosthetic
14
Jan
Prothesevooruitgang in de bovenste extremiteit
door Zach Harvey, CPO
Ik ben nu 20 jaar werkzaam op het gebied van protheses en orthesen en heb al heel wat zien veranderen. De laatste jaren is er een snelle vooruitgang geboekt op het gebied van protheses voor de bovenste ledematen. Met meer opties komen meer beslissingen, en onze oude manier van doen moet opnieuw worden geëvalueerd. Enkele belangrijke veranderingen zijn: opties voor gedeeltelijke handen en vingers (vingers/duim), comfortabelere materiaalinterfaces, multi-articulerende gewrichten, en betere manieren om elektrisch aangedreven systemen te bedienen. Dankzij de financiering van het Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) en universiteiten/laboratoria over de hele wereld, werken een aantal zeer slimme mensen aan opkomende technologie, waarvan sommige al tot bloei is gekomen. Er is immers een grote behoefte aan verbetering, aangezien we moeite hebben gehad om zeer comfortabele en functionele ontwerpen te maken. De chirurgische vooruitgang is ook een belangrijke factor in deze revolutie. Voordat ik begin, wil ik erop wijzen dat dit vanuit mijn perspectief komt en dat ik misschien niet alle ontwikkelingen zal beschrijven. Ik zal niet veel praten over 3D-printen, ook al is het een hot topic, omdat ik het momenteel niet gebruik in mijn praktijk.
Ik zal beginnen met de toenemende commercieel beschikbare opties voor de gedeeltelijke hand en digit niveau. Dit is belangrijk omdat de hand en de cijfers vertegenwoordigen het hoogste aantal amputaties van de bovenste ledematen in de VS. De menselijke hand is zeer complex, en een focus op functionele doelen is zeer belangrijk bij deze populatie. Een goede ergotherapeut kan een belangrijke rol spelen bij de planning en het werken met het individu nadat het apparaat is ontvangen.
1) High definition siliconenrestauraties zijn op zich niet nieuw, maar zijn het vermelden waard omdat ze vrij gebruikelijk zijn en in sommige gevallen zeer functioneel. Deze aangepaste apparaten zijn vorm- en kleur-matched door kunstenaars met details zo klein als sproeten en vingernagels.
2) Metalen ratcheting digits zijn een robuuste optie voor diegenen die volledige vinger(s) en / of duim protheses nodig. Deze kunnen worden gebogen in een aantal vergrendelingsposities en terugveren in extensie met een druk op de knop of wanneer ze volledig gebogen zijn. Hierdoor kunnen voorwerpen worden vastgehouden of gedragen en is er iets om tegenaan te drukken.
Ratchet vinger van Point Designs LLC
3) Body powered digits gebruiken een anatomisch intact hoger gewricht om een prothese aan te drijven. Bijvoorbeeld, zou een persoon met een wijsvinger die bij het middengewricht wordt geamputeerd kunnen buigen en uitbreiden om een mechanisch vaste vingertop te bewegen. Hierdoor zou de vingertop in de handpalm kunnen krullen of in de duimpunt kunnen knijpen.
Body powered pediatric M fingers by Partial hand solutions LLC
4) Elektrisch aangedreven vingers zijn vooral nuttig bij afwezigheid van een hele duim en/of vinger(s). Deze maken gebruik van myo-elektrische sensoren, zorgvuldig geplaatst over spieren van de hand om beweging te controleren.
iDigits met HTV-siliconen van Ossur Inc.
Of het nu gaat om high-definition, ratcheting, body powered, of elektrisch aangedreven, de aangepaste interface is van cruciaal belang. Het comfort en de bescherming tegen huidirritatie zijn enkele van de primaire doelstellingen met om het even welk prothetisch apparaat. Een materiaal met de naam HTV-silicone is zeer geschikt voor deze doelstellingen en werkt ook voor andere amputatieniveaus. Fabricage vereist een unieke set vaardigheden, maar gespecialiseerde laboratoria in het hele land maken deze technologie op grote schaal beschikbaar voor prothesisten om te gebruiken.
Multi-articulerende handen bootsen de menselijke hand na, waardoor bewegingen natuurlijker zijn dan bij conventionele handen, omdat motoren in elke vinger een bijna eindeloze programmeerbare greepkeuze mogelijk maken. Conventionele handen worden nog steeds gebruikt en zijn, toegegeven, duurzamer, maar hebben beperkingen omdat ze eenvoudig open/dicht gaan. Het voordeel van multi-articulerende handen is dat er minder druk nodig is om een voorwerp vast te houden, omdat de vingers zich om het voorwerp vormen. Ze verminderen ook onhandige armbewegingen om de hand te positioneren, wat na verloop van tijd overbelastingsyndromen kan veroorzaken. Dankzij 3D-printen en open-source platforms worden deze handen wereldwijd steeds betaalbaarder en toegankelijker. Veel mensen geven de voorkeur aan een hand die er natuurlijker uitziet en natuurlijker beweegt en in mijn praktijk heb ik een grote acceptatiegraad gezien van het gebruik van multi-articulerende handen boven conventionele handen. Veel mensen omarmen zelfs de “bionische look”. Echter, aangedreven prothesen zijn beperkt in het aantal gewrichten die actief bewegen. Dankzij DARPA-financiering werd de Luke-arm (voorheen Deka-arm genoemd) ontwikkeld in het kader van het Revolutionizing Prosthetics Program met als doel de bijna natuurlijke controle over hand en arm te herstellen. Na jaren van ontwikkeling is de Luke-arm nu commercieel verkrijgbaar en heeft hij tot 10 gewrichtsbewegingen die tegelijkertijd kunnen plaatsvinden.
Luke Arm van Mobius Bionics, LLC
Hoe meer bewegingen handen en armen kunnen maken, des te groter wordt de behoefte om deze bewegingen door de gebruiker te laten controleren. Vandaar de vooruitgang op het gebied van patroonherkenning en gerichte spierherinnervatiechirurgie (TMR). Traditionele myo-elektrische prothesen gebruiken één of twee signalen op het huidoppervlak om elektriciteit te detecteren wanneer de spier wordt geactiveerd om een hand, pols of elleboog aan te drijven. Het wordt ingewikkelder naarmate de amputatie hoger is, vanwege het grotere aantal gewrichten dat myo-elektrische controle vereist. Het omschakelen van elleboog naar pols naar hand is traag en onhandig voor de gebruiker. Bij patroonherkenning daarentegen wordt gebruik gemaakt van een reeks elektroden rond het resterende lidmaat in de prothese. In plaats van specifieke spieren te gebruiken, maakt het softwarealgoritme wijs uit de gegevens van alle signalen en interpreteert het de gewenste beweging van de gebruiker. Dit kan resulteren in snellere, meer intuïtieve armbewegingen. TMR-chirurgie kan ook betere resultaten opleveren, omdat bij deze operatie de zenuwen die voorheen de hand- en armbeweging bepaalden, worden vastgemaakt aan kleinere zenuwen en spieren hoger in de arm of borstkas. De controle over de prothese kan met deze ingreep niet alleen verbeteren, maar ook pijn en fantoompijn blijken te verminderen. De Luke-arm gebruikt iets dat “eindpuntbesturing” heet, waardoor tot 10 vrijheidsgraden tegelijk kunnen werken. Inertiële bewegingseenheden (IMU’s) zijn één manier om de Luke-arm te besturen. IMU’s worden vastgemaakt aan de schoenveters van de gebruiker en één voet controleert de plaatsing van de hand in de ruimte, terwijl de andere de hand bedient. Ik mocht de arm demonstreren, en realiseerde me binnen een paar minuten hoeveel makkelijker het was dan de traditionele manier om elke gewrichtsbeweging te doorlopen. Bekijk deze video om het in actie te zien:
Opkomende technologie die de resultaten voor geamputeerden van de bovenste extremiteit kan verbeteren zijn: haptische feedback, osseo-integratie, implanteerbare elektroden en arm/hand-transplantatie.
Haptische feedback werd misschien onderschat in belang totdat het werd bestudeerd in een laboratoriumomgeving. Prothesehanden uitgerust met druksensoren stimuleren op hun beurt vibratie-apparaten vergelijkbaar met die in mobiele telefoons of zelfs de gevoelszenuwen zelf. De eerste feedback is bemoedigend: minder afhankelijkheid van het visuele systeem, minder neiging om voorwerpen te laten vallen of te verpletteren, en een algemeen gevoel van belichaming van de prothese. Deelnemers aan deze studies hebben zelfs gezegd dat het na afloop van de studie “net was alsof ik mijn hand weer helemaal kwijt was.”
Oseointegratie is de directe skeletale bevestiging aan het bot met een uitstekend metalen abutment dat aan de rest van de prothese vastzit. Er zijn vele voordelen voor de geamputeerde van de bovenste extremiteit in vergelijking met traditionele prothesekussens, waaronder: verminderde waarneming van gewicht, perfecte vertaling van botbeweging naar de prothese, positieve ophanging te allen tijde, en geen warmteontwikkeling/zweet. De FDA accepteert de procedure steeds meer en dit zal waarschijnlijk een optie worden voor sommige geamputeerden van de bovenste extremiteit die worstelen met traditionele prothesekussens.
Implanteerbare elektroden in het e-OPRA-systeem van Integrum zijn niet ver verwijderd van realiteit worden. Dit systeem maakt gebruik van draaddraden die via het osseo-integratie-implantaat in verschillende spierbuiken en zenuwen van de resterende arm lopen. Het is momenteel in ontwikkeling en in klinische tests. In tegenstelling tot traditionele elektroden die kunnen verschuiven en het contact met de huid kunnen verliezen, houden de draden contact met de spier in een onbeperkt bewegingsbereik met een potentieel voor zintuiglijke feedback en vermindering van fantoompijn.
e-OPRA van Integrum, LLC
Er zijn over de hele wereld meer dan 85 hand/arm-transplantaties uitgevoerd, waarbij de langste overlevende 11 jaar oud was. De resultaten zijn wisselend en de procedure vereist levenslange immunosuppressiva. Het is nog niet duidelijk of dit de standaardbehandeling moet zijn voor selectief geamputeerden met een arm. Het is nog niet bewezen dat hand/arm-transplantaties de functionele resultaten en de kwaliteit van leven verbeteren. Ook is er sprake van aanzienlijke financiële lasten en mogelijke immunosuppressieve complicaties. Dit kan veranderen naarmate er meer operaties worden uitgevoerd en er meer gegevens over de langere termijn beschikbaar komen.
Naarmate er meer opties beschikbaar komen, kunnen bepaalde prothetische hulpmiddelen uit de mode raken. Toen rond 1860 de eerste kabelbediende splithaak werd ontwikkeld, maakte dat het “Kapitein Haak”-ontwerp vrijwel overbodig. Ik kan me echter moeilijk iets in de laatste 20 jaar in de prothesiologie van de bovenste ledematen voorstellen dat door een technologische vooruitgang verouderd is. Misschien komt dat omdat de functie van de menselijke hand zo moeilijk na te maken is. Dat gezegd hebbende, vraag ik me af of we een tijd zullen bereiken waarin regeneratieve geneeskunde armen zal doen teruggroeien of dat een superieur mechanisch protheseontwerp alle vorige ontwerpen op “Kapitein Haak”-armen zal doen lijken. Tot dan ben ik blij dat ik een toenemend aantal opties heb om mee te werken!
Referenties en aanvullende bronnen
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/
Contact Creative Technology Orthotic & Prothetic in Denver, CO, vandaag.