Pokroky v protetice horních končetin – Creative Technology Orthotic & Prothetic
14
Jan
Pokroky v protetice horních končetin
od Zacha Harveyho, CPO
Pracuji v oboru protetiky a ortotiky již 20 let a za tu dobu jsem viděl mnoho změn. V posledních letech došlo k rychlému pokroku v protetice horních končetin. S většími možnostmi přichází více rozhodnutí a náš starý způsob práce je třeba přehodnotit. Mezi významnější změny patří: možnosti pro částečné ruce a číslice (prsty/palce), pohodlnější materiálová rozhraní, multiartikulující klouby a lepší způsoby ovládání elektricky poháněných systémů. Díky financování Agentury pro pokročilé obranné výzkumné projekty (DARPA) a univerzitám/laboratořím po celém světě pracuje několik velmi chytrých lidí na nových technologiích, z nichž některé již byly realizovány. Koneckonců je zde velká potřeba zlepšení, protože jsme se snažili zajistit vysoce pohodlné a funkční konstrukce. Důležitým faktorem této revoluce je také pokrok v chirurgii. Než začnu, chci upozornit, že to vychází z mého pohledu a nemusí to vyčerpat všechny pokroky, které se dějí. Nebudu příliš hovořit o 3D tisku, i když je to žhavé téma, protože ho v současné době ve své praxi nevyužívám.
Začnu s rostoucími komerčně dostupnými možnostmi pro částečnou úroveň ruky a číslic. To je významné, protože ruka a číslice představují nejvyšší počet amputací horních končetin v USA. Lidská ruka je velmi složitá a zaměření na funkční cíle je u této populace velmi důležité. Dobrý ergoterapeut může být nápomocen ve fázi plánování a při práci s jednotlivcem po obdržení zařízení.
1) Silikonové náhrady s vysokým rozlišením nejsou samy o sobě novinkou, ale stojí za zmínku, protože jsou zcela běžné a v některých případech vysoce funkční. Tato zařízení na zakázku jsou tvarově a barevně sladěna umělci s tak malými detaily, jako jsou pihy a nehty.
2) Kovové chrasticí číslice jsou robustní možností pro ty, kteří potřebují protézy celého prstu (prstů) a/nebo palce. Ty lze ohýbat do několika aretačních poloh a po stisknutí tlačítka nebo při úplném ohnutí pruží zpět do roztažení. To umožňuje držet nebo přenášet předměty a poskytuje něco, o co se lze opřít.
Ratchet finger from Point Designs LLC
3) Body powered digits use anatomically intact higher joint to power a prothesis. Například osoba s ukazováčkem amputovaným ve středním kloubu by mohla ohýbat a natahovat k pohybu mechanicky fixovanou špičku prstu. To by umožnilo špičku prstu stočit do dlaně nebo stisknout špičku palce.
Tělem poháněné dětské prsty M od společnosti Partial hand solutions LLC
4) Elektricky poháněné číslice jsou výhodné zejména v případě absence celého palce a/nebo prstu (prstů). Využívají myoelektrické senzory, pečlivě umístěné nad svaly ruky, které ovládají pohyb.
iDigits s HTV silikonem od společnosti Ossur Inc.
Ať už jsou prsty s vysokým rozlišením, chrasticí, napájené z těla nebo elektricky napájené, rozhodující je vlastní rozhraní. Pohodlí a ochrana před podrážděním kůže jsou jedny z hlavních cílů u každého protetického zařízení. Materiál zvaný HTV silikon se pro tyto cíle dobře hodí a funguje i pro jiné úrovně amputací. Výroba vyžaduje jedinečné dovednosti, ale specializované laboratoře po celé zemi tuto technologii široce zpřístupňují k využití protetikům.
Multi-artikulující ruce napodobují lidskou ruku, takže pohyby jsou přirozenější než u běžných rukou, protože motory v každém prstu umožňují téměř nekonečnou programovatelnou volbu úchopu. Konvenční ruce se stále používají a jsou sice odolnější, ale mají svá omezení, protože se jednoduše otevírají/zavírají. Výhodou multiartikulujících rukou je, že při držení předmětu je zapotřebí menšího tlaku, protože se prsty přizpůsobí jeho tvaru. Omezují také nepříjemné pohyby rukou při polohování ruky, které mohou časem způsobit syndromy z přetížení. Díky 3D tisku a platformám s otevřeným zdrojovým kódem se tyto ruce stávají celosvětově dostupnějšími a cenově dostupnějšími. Mnoho lidí dává přednost ruce, která vypadá a pohybuje se přirozeněji, a ve své praxi jsem zaznamenal velkou míru přijetí používání multiartikulující ruky oproti běžným rukám. Mnoho lidí dokonce přijímá „bionický vzhled“. Poháněné protézy však mají omezený počet kloubů, které se aktivně pohybují. Díky financování DARPA byla v rámci programu Revolutionizing Prosthetics vyvinuta ruka Luke (dříve nazývaná Deka arm) s cílem obnovit téměř přirozené ovládání ruky a paže. Po letech vývoje je nyní ruka Luke komerčně dostupná a má až 10 pohybů kloubů, které mohou probíhat současně.
Luke Arm od společnosti Mobius Bionics, LLC
Čím více pohybů jsou ruce a paže schopny vykonávat, tím větší je potřeba kontroly těchto pohybů ze strany uživatele. Proto došlo k pokroku v oblasti rozpoznávání vzorů a cílené reinervace svalů (TMR). Tradiční myoelektrické protézy využívají jeden nebo dva signály na povrchu kůže k detekci elektřiny při aktivaci svalu, který pohání ruku, zápěstí nebo loket. Je to tím složitější, čím vyšší je amputace, protože se zvyšuje počet kloubů vyžadujících myoelektrické ovládání. Přepínání z lokte na zápěstí a ruku je pomalé a pro uživatele těžkopádné. Naproti tomu rozpoznávání vzorů využívá soustavu elektrod obklopujících zbývající končetinu v protéze. Místo toho, aby se používaly konkrétní svaly, softwarový algoritmus dává smysl datům ze všech signálů a interpretuje požadovaný pohyb uživatele. Výsledkem může být rychlejší a intuitivnější pohyb ruky. Operace TMR může také zlepšit výsledky, protože tato operace přebírá nervy, které dříve ovládaly pohyb ruky a paže, a připojuje je k menším nervům a svalům výše na paži nebo na hrudníku. Při tomto zákroku se může zlepšit nejen ovládání protézy, ale bylo prokázáno, že se sníží i bolest a fantomová bolest. Lukova ruka používá něco, čemu se říká „ovládání koncového bodu“, které umožňuje současnou činnost až 10 stupňů volnosti. Jedním ze způsobů ovládání Lukovy paže jsou inerciální pohybové jednotky (IMU). Jednotky IMU jsou připevněny k uživatelovým tkaničkám a jedna noha ovládá umístění ruky v prostoru, zatímco druhá ovládá ruku. Dostal jsem k demonstraci ruku a během několika minut jsem si uvědomil, jak je to mnohem jednodušší než tradiční způsoby sekvenčního provádění jednotlivých kloubních pohybů. Podívejte se na toto video a uvidíte ji v akci:
Mezi nové technologie, které mohou zlepšit výsledky pacientů po amputaci horní končetiny, patří: haptická zpětná vazba, osteointegrace, implantovatelné elektrody a transplantace ruky/ruky.
Haptická zpětná vazba byla možná podceňována co do významu, dokud nebyla studována v laboratorních podmínkách. Protézy rukou vybavené snímači tlaku zase stimulují vibrační zařízení podobná těm v mobilních telefonech nebo dokonce samotné smyslové nervy. První zpětná vazba byla povzbudivá: menší závislost na zrakovém systému, menší tendence k upouštění nebo drcení předmětů a celkový pocit ztělesnění protézy. Účastníci těchto studií zašli až tak daleko, že po skončení studie „bylo to, jako bych znovu ztratil ruku“.
Oseointegrace je přímé spojení skeletu s kostí pomocí vyčnívajícího kovového abutmentu, který se připojuje ke zbytku protézy. Ve srovnání s tradičními protetickými pouzdry má pro amputovanou horní končetinu mnoho výhod, mezi které patří: snížené vnímání hmotnosti, dokonalé převedení pohybu kosti na protézu, pozitivní zavěšení za všech okolností a žádné zahřívání/pocení. Úřad FDA tento postup stále více akceptuje a je pravděpodobné, že se stane možností pro některé amputované horní končetiny, kteří mají problémy s tradičními protetickými pouzdry.
Implantovatelné elektrody v systému e-OPRA od společnosti Integrum nejsou daleko od toho, aby se staly realitou. Tento systém využívá drátové vodiče, které vedou skrze osseointegrační implantát do různých svalových bříšek a nervů zbývající paže. V současné době je ve fázi vývoje a klinických zkoušek. Na rozdíl od tradičních elektrod, které se mohou pohybovat a ztrácet kontakt s kůží, dráty udržují kontakt se svalem v neomezeném rozsahu pohybu s možností senzorické zpětné vazby a snížení fantomové bolesti.
e-OPRA od společnosti Integrum, LLC
Na celém světě bylo provedeno více než 85 transplantací ruky/paže, přičemž nejdéle přežívající transplantace trvá již 11 let. Výsledky byly smíšené a zákrok vyžaduje celoživotní užívání imunosupresiv. Zatím není jasné, zda by se mělo jednat o standardizovanou léčbu u pacientů se selektivní amputací ruky. Důkazy zatím neprokázaly, že transplantace ruky/paže zlepšuje funkční výsledky a kvalitu života. Také je zde značná finanční zátěž a možné imunosupresivní komplikace. To se může změnit, jakmile bude provedeno více operací a budou získány dlouhodobější údaje.
Jakmile bude k dispozici více možností, mohou některé protetické pomůcky ustoupit do pozadí. Když byl kolem roku 1860 vyvinut první lanem ovládaný dělený hák, učinil konstrukci „Captain Hook“ prakticky zastaralou. Těžko se mi však vzpomíná na něco, co by za posledních 20 let v protetice horních končetin zastaralo v důsledku technologického pokroku. Možná je to proto, že funkci lidské ruky je tak těžké napodobit. Přesto by mě zajímalo, zda se dočkáme doby, kdy buď regenerativní medicína umožní, aby ruce dorostly, nebo zda vynikající mechanická protéza způsobí, že všechny předchozí konstrukce budou vypadat jako ruce „kapitána Hooka“. Do té doby jsem rád, že mám stále více možností, se kterými mohu pracovat!
Reference a další zdroje
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 & Protetika v Denveru, CO, ještě dnes.