Postępy w protetyce kończyny górnej – Creative Technology Orthotic & Prosthetic
14
Jan
Postępy w protetyce kończyny górnej
by Zach Harvey, CPO
Jestem w dziedzinie protetyki i ortotyki od 20 lat i widziałem wiele zmian. W ostatnich latach nastąpił gwałtowny postęp w protetyce kończyn górnych. Wraz z większą ilością opcji pojawia się więcej decyzji, a nasz stary sposób postępowania musi zostać poddany ponownej ocenie. Niektóre z ważniejszych zmian to: opcje dla częściowych dłoni i palców (palce/kciuk), wygodniejsze interfejsy materiałowe, stawy wieloczłonowe i lepsze sposoby sterowania systemami zasilanymi elektrycznie. Dzięki funduszom Agencji Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony (DARPA) i uniwersytetom/laboratoriom na całym świecie, niektórzy bardzo inteligentni ludzie pracują nad powstającymi technologiami, z których część już przyniosła efekty. W końcu, istnieje duża potrzeba poprawy, ponieważ zmagamy się z zapewnieniem wysoce komfortowych i funkcjonalnych konstrukcji. Postępy w chirurgii są również ważnym czynnikiem w tej rewolucji. Zanim zacznę, chciałbym zaznaczyć, że to wszystko pochodzi z mojej perspektywy i może nie wyczerpać wszystkich postępów, które się dzieją. Nie będę mówił dużo o druku 3D, mimo że jest to gorący temat, ponieważ obecnie nie wykorzystuję go w mojej praktyce.
Zacznę od rosnących komercyjnie dostępnych opcji dla częściowej ręki i poziomu cyfr. Jest to istotne, ponieważ ręka i cyfry stanowią największą liczbę amputacji kończyn górnych w USA. Ludzka ręka jest bardzo złożona, a skupienie się na celach funkcjonalnych jest bardzo ważne w tej populacji. Dobry terapeuta zajęciowy może odegrać kluczową rolę na etapie planowania i pracy z pacjentem po otrzymaniu urządzenia.
1) Silikonowe uzupełnienia protetyczne o wysokiej rozdzielczości nie są nowe, ale warto o nich wspomnieć, ponieważ są dość powszechne i w niektórych przypadkach bardzo funkcjonalne. Te niestandardowe urządzenia są dopasowywane pod względem kształtu i koloru przez artystów z zachowaniem szczegółów tak małych, jak piegi i paznokcie.
2) Metalowe protezy zapadkowe są solidną opcją dla tych, którzy potrzebują pełnej protezy palca(ów) i/lub kciuka. Można je zginać w wielu pozycjach i ponownie rozprostować po naciśnięciu przycisku lub po całkowitym zgięciu. Pozwala to na możliwość trzymania lub przenoszenia przedmiotów i zapewnia coś do naciskania.
Palec grzechotkowy od Point Designs LLC
3) Cyfry zasilane przez ciało wykorzystują anatomicznie nienaruszony wyższy staw do zasilania protezy. Na przykład, osoba z palcem wskazującym amputowanym w stawie środkowym mogłaby zginać i rozszerzać w celu poruszania mechanicznie zamocowaną końcówką palca. Pozwoliłoby to końcówce palca zwinąć się w dłoni lub uszczypnąć opuszkę kciuka.
Palce pediatryczne M zasilane energią elektryczną firmy Partial hand solutions LLC
4) Cyfry zasilane energią elektryczną są szczególnie korzystne w przypadku braku całego kciuka i/lub palca(ów). Wykorzystują one czujniki mioelektryczne, starannie umieszczone nad mięśniami ręki, aby kontrolować ruch.
iDigity z silikonem HTV firmy Ossur Inc.
Czy to wysokiej rozdzielczości, zapadkowe, zasilane przez ciało, czy zasilane elektrycznie, niestandardowy interfejs jest krytyczny. Komfort i ochrona przed podrażnieniami skóry to jedne z podstawowych celów każdego urządzenia protetycznego. Materiał zwany silikonem HTV jest dobrze dostosowany do tych celów i sprawdza się również w przypadku innych poziomów amputacji. Fabrication wymaga unikalnego zestawu umiejętności, ale specjalistyczne laboratoria w całym kraju sprawiają, że technologia ta jest szeroko dostępna dla protetyków do utilize.
Multi-artykulacyjne ręce naśladują ludzką rękę, dzięki czemu ruchy bardziej naturalne niż konwencjonalne ręce, ponieważ silniki w każdym palcu pozwalają prawie nieskończoną programowalny wybór uchwyt. Konwencjonalne ręce są nadal używane i są co prawda bardziej wytrzymałe, ale mają ograniczenia, ponieważ po prostu otwierają się/zamykają. Zaletą wielo-artykulacyjnych dłoni jest to, że podczas trzymania przedmiotu wymagany jest mniejszy nacisk, ponieważ palce dopasowują się do niego. Redukują one również niewygodne ruchy ramienia w celu ustawienia ręki, które z czasem mogą powodować syndromy nadużyć. Dzięki drukowi 3D i platformom open source, ręce te stają się coraz bardziej przystępne i dostępne na całym świecie. Wiele osób preferuje rękę, która wygląda i porusza się bardziej naturalnie, a w mojej praktyce zaobserwowałem wysoki wskaźnik akceptacji stosowania dłoni wielostronnie przegubowych w porównaniu z tradycyjnymi dłońmi. Wiele osób akceptuje nawet „bioniczny wygląd”. Jednakże, zasilane urządzenia protetyczne były ograniczone pod względem liczby stawów, które aktywnie się poruszają. Dzięki funduszom DARPA, w ramach programu Revolutionizing Prosthetics, opracowano ramię Luke’a (wcześniej nazywane ramieniem Deka), którego celem było przywrócenie niemal naturalnej kontroli nad ręką i ramieniem. Po latach rozwoju, ramię Luke jest obecnie dostępne w sprzedaży i posiada do 10 ruchów stawów, które mogą odbywać się jednocześnie.
Luke Arm z Mobius Bionics, LLC
The więcej ruchów, że ręce i ramiona są w stanie zrobić, tym większa potrzeba kontroli tych ruchów przez użytkownika. Stąd postęp w dziedzinie rozpoznawania wzorców i chirurgii ukierunkowanej reinnerwacji mięśni (TMR). Tradycyjne protezy mioelektryczne wykorzystują jeden lub dwa sygnały na powierzchni skóry w celu wykrycia elektryczności, gdy mięsień jest zwolniony, aby zasilić rękę, nadgarstek lub łokieć. Staje się to bardziej skomplikowane, im wyższy stopień amputacji, ze względu na zwiększoną liczbę stawów wymagających kontroli mioelektrycznej. Przełączanie się z łokcia na nadgarstek i z ręki na rękę jest powolne i uciążliwe dla użytkownika. Rozpoznawanie wzorców, w przeciwieństwie do tego, wykorzystuje układ elektrod otaczających pozostałą kończynę w protezie. Zamiast używać konkretnych mięśni, algorytm oprogramowania analizuje dane ze wszystkich sygnałów i interpretuje pożądany ruch użytkownika. Może to skutkować szybszym, bardziej intuicyjnym ruchem ramienia. Operacja TMR może również poprawić wyniki, ponieważ operacja ta bierze nerwy, które wcześniej kontrolowały ruch ręki i ramienia i dołącza je do mniejszych nerwów i mięśni wyżej w ramieniu lub klatce piersiowej. Kontrola nad protezą może nie tylko poprawić z tej procedury, ale ból i ból fantomowy wykazano, aby zmniejszyć, jak również. Ramię Łukasza wykorzystuje coś, co nazywa się „kontrolą punktu końcowego”, co pozwala na jednoczesne działanie do 10 stopni swobody. Inercyjne jednostki ruchowe (IMU) to jeden ze sposobów sterowania ramieniem Luke’a. Jednostki IMU są przypinane do sznurowadeł użytkownika i jedna stopa kontroluje położenie ręki w przestrzeni, podczas gdy druga steruje ręką. Miałem okazję zademonstrować ramię i w ciągu kilku minut zdałem sobie sprawę, o ile łatwiejsze było to od tradycyjnych sposobów sekwencjonowania każdego ruchu stawu. Zobacz ten film, aby zobaczyć to w akcji:
Powstające technologie, które mogą poprawić wyniki dla amputowanych kończyn górnych obejmują: haptyczne sprzężenie zwrotne, osseointegrację, wszczepialne elektrody oraz przeszczep ręki/ramienia.
Haptyczne sprzężenie zwrotne było być może niedoceniane w znaczeniu, dopóki nie zostało zbadane w warunkach laboratoryjnych. Protetyczne ręce wyposażone w czujniki ciśnienia stymulują urządzenia wibracyjne podobne do tych w telefonach komórkowych lub nawet same nerwy czuciowe. Wstępne informacje zwrotne są zachęcające: mniejsza zależność od systemu wzrokowego, mniejsza tendencja do upuszczania lub zgniatania przedmiotów i ogólne poczucie ucieleśnienia protezy. Uczestnicy tych badań posunęli się do stwierdzenia, że po zakończeniu badań „było to jak ponowna utrata ręki.”
Osseointegracja jest bezpośrednim połączeniem szkieletowym z kością za pomocą wystającego metalowego zaczepu, który łączy się z resztą protezy. Istnieje wiele korzyści dla amputowanego kończyny górnej w porównaniu do tradycyjnych gniazd protetycznych, które obejmują: zmniejszone postrzeganie wagi, doskonałe przełożenie ruchu kości na protezę, pozytywne zawieszenie przez cały czas i brak nagromadzenia ciepła/potu. FDA coraz bardziej akceptuje tę procedurę i prawdopodobnie stanie się ona opcją dla niektórych amputowanych kończyn górnych, którzy zmagają się z tradycyjnymi protezami.
Implantowalne elektrody w systemie e-OPRA firmy Integrum nie są dalekie od stania się rzeczywistością. System ten wykorzystuje elektrody przewodowe, które przechodzą przez implant osseointegracyjny do różnych brzuszków mięśniowych i nerwów pozostałej części ramienia. Jest on obecnie w fazie rozwoju i badań klinicznych. W przeciwieństwie do tradycyjnych elektrod, które mogą się przemieszczać i tracić kontakt ze skórą, przewody utrzymują kontakt z mięśniem w nieograniczonym zakresie ruchu, z potencjałem na sensoryczne sprzężenie zwrotne i redukcję bólu fantomowego.
e-OPRA z Integrum, LLC
Ponad 85 przeszczepów ręki/ramienia zostało wykonanych na całym świecie, z najdłuższym przeżyciem trwającym 11 lat. Wyniki są mieszane, a procedura wymaga dożywotniego przyjmowania leków immunosupresyjnych. Nie jest jeszcze jasne, czy powinno to być standardowe leczenie dla osób po selektywnej amputacji ręki. Dotychczas nie udowodniono, że przeszczep ręki/ramienia poprawia wyniki funkcjonalne i jakość życia. Ponadto, istnieje znaczne obciążenie finansowe i potencjalne powikłania immunosupresyjne. Może się to zmienić w miarę wykonywania większej liczby operacji i uzyskiwania danych długoterminowych.
Gdy więcej opcji stanie się dostępnych, niektóre urządzenia protetyczne mogą odejść do lamusa. Kiedy pierwszy hak dzielony sterowany linką został opracowany około 1860 roku, sprawił, że projekt „Kapitan Hak” stał się praktycznie przestarzały. Trudno mi jednak wyobrazić sobie, aby w ciągu ostatnich 20 lat w protetyce kończyn górnych cokolwiek stało się przestarzałe ze względu na postęp technologiczny. Może to dlatego, że funkcja ludzkiej ręki jest tak trudna do odtworzenia. Zastanawiam się jednak, czy nadejdzie taki moment, w którym medycyna regeneracyjna pozwoli na odrastanie rąk, czy też doskonała mechaniczna proteza sprawi, że wszystkie poprzednie konstrukcje będą wyglądały jak ramiona „Kapitana Haka”. Do tego czasu cieszę się, że mam coraz więcej opcji do pracy!
Referencje i dodatkowe zasoby
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/
Kontakt Creative Technology Orthotic & Prosthetic w Denver, CO, dzisiaj.