Proteser i övre extremiteten – Creative Technology Orthotic & Prosthetic
14
Jan
Proteser i övre extremiteten
av Zach Harvey, CPO
Jag har varit verksam inom området för proteser och ortoser i 20 år nu och har sett en hel del förändringar. Under de senaste åren har det skett en snabb utveckling inom proteser för övre extremitet. Med fler alternativ följer fler beslut, och vårt gamla sätt att göra saker och ting måste omvärderas. Några av de viktigaste förändringarna är följande: alternativ för delhänder och fingrar och tummar, bekvämare materialgränssnitt, multiartikulära leder och bättre sätt att styra elektriskt drivna system. Tack vare finansieringen från Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) och universitet/laboratorier runt om i världen arbetar några mycket smarta människor med ny teknik, varav en del redan har förverkligats. Det finns trots allt ett stort behov av förbättringar eftersom vi har kämpat för att tillhandahålla mycket bekväma och funktionella konstruktioner. Kirurgiska framsteg är också en viktig faktor i denna revolution. Innan jag börjar vill jag påpeka att detta kommer från mitt perspektiv och kanske inte uttömmer alla framsteg som sker. Jag kommer inte att tala mycket om 3D-utskrift, även om det är ett hett ämne, eftersom jag för närvarande inte använder det i min praktik.
Jag börjar med de ökande kommersiellt tillgängliga alternativen för den partiella handen och digitnivån. Detta är betydelsefullt eftersom handen och siffrorna står för det högsta antalet amputationer av övre extremiteter i USA. Den mänskliga handen är mycket komplex, och fokus på funktionella mål är mycket viktigt med denna population. En bra arbetsterapeut kan vara till stor hjälp i planeringsstadiet och i arbetet med individen efter att ha fått apparaten.
1) Högdefinierade silikonrestaureringar är inte nya i sig, men är värda att nämna eftersom de är ganska vanliga och mycket funktionella i vissa fall. Dessa skräddarsydda anordningar är form- och färgmatchade av konstnärer med så små detaljer som fräknar och fingernaglar.
2) Rattande fingrar i metall är ett robust alternativ för dem som behöver fullständiga finger- och/eller tumproteser. Dessa kan böjas till ett antal låsningslägen och fjädras tillbaka till utdragning med en knapptryckning eller när de är helt böjda. Detta ger möjlighet att hålla eller bära föremål och ger något att trycka mot.
Ratchet finger från Point Designs LLC
3) Kroppsdrivna fingrar använder en anatomiskt intakt högre led för att driva en protes. Till exempel skulle en person med ett pekfinger som är amputerat i mittenleden kunna böja och sträcka sig för att flytta en mekaniskt fixerad fingertopp. Detta skulle göra det möjligt för fingerspetsen att rulla in i handflatan eller att klämma ihop tumspetsen.
Kroppsdrivna pediatriska M-fingrar från Partial hand solutions LLC
4) Elektriskt drivna fingrar är särskilt fördelaktiga när det saknas en hel tumme och/eller ett helt finger eller flera fingrar. Dessa använder myoelektriska sensorer som noggrant placeras över handens muskler för att styra rörelsen.
iDigits med HTV-silikon från Ossur Inc.
Oavsett om det är fråga om högupplöst, rattande, kroppsstyrd eller elektriskt styrd, är det anpassade gränssnittet avgörande. Komfort och skydd mot hudirritation är några av de främsta målen med alla proteser. Ett material som kallas HTV-silikon är väl lämpat för dessa mål och fungerar även för andra amputationsnivåer. Tillverkningen kräver unika färdigheter, men speciallaboratorier runt om i landet gör denna teknik allmänt tillgänglig för proteser att använda.
Multiartikulerande händer efterliknar den mänskliga handen och gör rörelserna mer naturliga än konventionella händer eftersom motorer i varje finger möjliggör nästan oändliga programmerbara val av grepp. Konventionella händer används fortfarande och är visserligen mer hållbara, men de har begränsningar eftersom de bara kan öppnas/stängas. Fördelen med multiartikulerande händer är att det behövs mindre grepptryck när man håller i ett föremål eftersom fingrarna anpassar sig runt det. De minskar också de besvärliga armrörelserna för att placera handen, vilket kan orsaka överanvändningssyndrom med tiden. Tack vare 3D-utskrift och plattformar med öppen källkod blir dessa händer mer prisvärda och tillgängliga över hela världen. Många människor föredrar en hand som ser ut och rör sig mer naturligt och i min praktik har jag sett en stor acceptans för användning av multiartikulerande händer jämfört med konventionella händer. Många människor omfamnar till och med den ”bioniska looken”. Drivna proteser har dock varit begränsade när det gäller antalet leder som rör sig aktivt. Tack vare finansiering från DARPA utvecklades Luke-armen (tidigare kallad Deka-armen) inom ramen för Revolutionizing Prosthetics Program med målet att återställa en nära nog naturlig hand- och armkontroll. Efter år av utveckling är Luke-armen nu kommersiellt tillgänglig och har upp till 10 ledrörelser som kan ske samtidigt.
Luke Arm från Mobius Bionics, LLC
Desto fler rörelser som händer och armar kan göra, desto större blir behovet av att kontrollera dessa rörelser av användaren. Därav framstegen inom mönsterigenkänning och riktad muskelreinnervationskirurgi (TMR). Traditionella myoelektriska proteser använder en eller två signaler på hudens yta för att upptäcka elektricitet när muskeln aktiveras för att driva en hand, handled eller armbåge. Det blir mer komplicerat ju högre upp amputationen är på grund av det ökade antalet leder som kräver myoelektrisk kontroll. Att växla från armbåge till handled till hand är långsamt och besvärligt för användaren. Vid mönsterigenkänning används däremot en rad elektroder som omger den återstående lemmen i protesen. Istället för att specifika muskler används gör mjukvarualgoritmen en tolkning av data från alla signaler och tolkar användarens önskade rörelse. Detta kan leda till snabbare och mer intuitiva armrörelser. TMR-kirurgi kan också förbättra resultaten eftersom denna operation tar nerver som tidigare kontrollerade hand- och armrörelser och fäster dem vid mindre nerver och muskler högre upp i armen eller bröstet. Kontrollen av protesen kan inte bara förbättras med detta ingrepp, utan smärta och fantomsmärta har också visat sig minska. Luke-armen använder något som kallas ”end point control”, vilket gör att upp till 10 frihetsgrader kan fungera samtidigt. Tröghetsrörelseenheter (IMU) är ett sätt att styra Luke-armen. IMU:erna fästs på användarens skosnören och den ena foten kontrollerar handens placering i rummet medan den andra fotens hand styr handen. Jag fick demonstrera armen och insåg inom några minuter hur mycket enklare det var än traditionella sätt att sekvensera genom varje ledrörelse. Kolla in den här videon för att se den i aktion:
Tillkommande teknik som kan förbättra resultaten för amputerade personer med övre extremiteter är bland annat: haptisk återkoppling, osseointegration, implanterbara elektroder och transplantation av arm/hand.
Haptisk återkoppling underskattades kanske i betydelse tills den studerades i en laboratoriemiljö. Handproteser utrustade med trycksensorer stimulerar i sin tur vibrationsanordningar som liknar dem i mobiltelefoner eller till och med de sensoriska nerverna själva. Den första återkopplingen har varit uppmuntrande med mindre beroende av det visuella systemet, mindre tendens att tappa eller krossa föremål och en övergripande känsla av att protesen är förkroppsligad. Deltagare i dessa studier har gått så långt som att säga att när studien var över ”var det som att förlora min hand igen.”
Osseointegration är den direkta skelettfästningen till benet med ett utskjutande metallfäste som fästs vid resten av protesen. Det finns många fördelar för den amputerade i övre extremiteten jämfört med traditionella protesfästen, bland annat: minskad viktuppfattning, perfekt översättning av benrörelser till protesen, positiv fjädring hela tiden och ingen värmeuppbyggnad/svettning. FDA börjar acceptera förfarandet mer och detta kommer sannolikt att bli ett alternativ för vissa amputerade i övre extremiteten som kämpar med traditionella protesfästen.
Implanterbara elektroder i e-OPRA-systemet från Integrum är inte långt ifrån att bli verklighet. Detta system använder trådledningar som löper genom osseointegrationsimplantatet in i olika muskelbälgar och nerver i den kvarvarande armen. Det är för närvarande under utveckling och befinner sig i kliniska prövningar. Till skillnad från traditionella elektroder som kan röra sig och förlora kontakten med huden, behåller trådarna kontakten med muskeln i ett obegränsat rörelseomfång med potential för sensorisk återkoppling och minskning av fantomsmärta.
e-OPRA från Integrum, LLC
Mer än 85 transplantationer av händer/armar har utförts runt om i världen och den som överlevt längst har varit i 11 år. Resultaten har varit blandade, och ingreppet kräver livslånga immunosuppressiva läkemedel. Det är ännu inte klart om detta bör vara den standardiserade behandlingen för selektiva armamputerade. Det finns ännu inga bevis för att transplantationer av hand/arm förbättrar funktionella resultat och livskvalitet. Det finns också en betydande ekonomisk börda och potentiella immunosuppressiva komplikationer. Detta kan komma att förändras när fler operationer utförs och data på längre sikt samlas in.
När fler alternativ blir tillgängliga kan vissa proteser komma att falla bort. När den första kabeldrivna splitkroken utvecklades omkring 1860 gjorde den ”Captain Hook”-konstruktionen praktiskt taget föråldrad. Jag har dock svårt att tänka på något under de senaste 20 åren inom proteser för övre extremiteter som har blivit föråldrat på grund av ett tekniskt framsteg. Kanske beror det på att den mänskliga handens funktion är så svår att kopiera. Med det sagt undrar jag om vi kommer att nå en tid då antingen regenerativ medicin kommer att göra det möjligt för armar att växa tillbaka eller om en överlägsen mekanisk proteskonstruktion kommer att få alla tidigare konstruktioner att se ut som ”Kapten Krok”-armar. Tills dess är jag glad över att ha ett ökande antal alternativ att arbeta med!
Referenser och ytterligare resurser
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 & Proteser i Denver, CO, idag.