27/07/2023
Door Ad Spijkers
Voor het eerst kan een persoon met een armamputatie elke vinger van een bionische hand manipuleren alsof het zijn eigen vinger is.
Dankzij revolutionaire chirurgische en technische vooruitgang die mensen naadloos laat samensmelten met machines, biedt deze doorbraak nieuwe hoop en mogelijkheden voor mensen met amputaties wereldwijd. Een Zweedse studie resulteerde in het eerste gedocumenteerde geval van een persoon wiens lichaam chirurgisch werd aangepast om geïmplanteerde sensoren en een skeletimplantaat op te nemen. AI algoritmen vertaalden vervolgens de intenties van de gebruiker in beweging van de prothese.
Probleemstelling
Protheses zijn een oplossing om een verloren ledemaat te vervangen. Ze zijn echter moeilijk te controleren, vaak onbetrouwbaar en kennen slechts een paar beschikbare bewegingen. Overgebleven spieren in het resterende ledemaat zijn de geprefereerde controlebron voor bionische handen. Dit komt omdat patiënten naar believen spieren kunnen samentrekken. De elektrische activiteit die door de samentrekkingen wordt gegenereerd, kan worden gebruikt om de prothesehand te vertellen wat hij moet doen, bijvoorbeeld openen of sluiten.
Een groot probleem bij hogere amputatieniveaus, zoals boven de elleboog, is dat er niet veel spieren overblijven om de vele robotgewrichten aan te sturen die nodig zijn om de functie van een arm en hand echt te herstellen.
Controle over elke vinger
Een multidisciplinair team van chirurgen en ingenieurs heeft dit probleem omzeild door de restledemaat opnieuw te configureren. Ze hebben sensoren en een skeletimplantaat geïntegreerd om de restledemaat elektrisch en mechanisch met een prothese te verbinden. De perifere zenuwen worden ontleed en herverdeeld naar nieuwe spierdoelen die als biologische versterkers worden gebruikt. Hiermee krijgt de bionische prothese nu toegang tot veel meer informatie, zodat de gebruiker naar believen veel robotgewrichten kan besturen. Het onderzoek werd uitgevoerd door specialisten van het Centre for Bionics and Pain Research (CBPR) in Göteborg, het Neural Prosthetics Research aan het Bionics Institute in Melbourne en Chalmers University of Technology in Göteborg.
In het onderzoek laten de wetenschappers zien dat het opnieuw bedraden van zenuwen naar verschillende spierdoelen op een gedistribueerde en gelijktijdige manier niet alleen mogelijk is, maar ook bevorderlijk is voor verbeterde prothetische controle. Een belangrijk kenmerk van hun werk is, dat ze meer verfijnde chirurgische procedures klinisch kunnen implementeren en sensoren kunnen inbedden in de neuromusculaire constructies op het moment van de operatie. Vervolgens kunnen ze die verbinden met het elektronische systeem van de prothese via een in het bot geïntegreerde interface. AI algoritmen doen de rest.
Hoge functionaliteit
Prothetische ledematen worden gewoonlijk aan het lichaam bevestigd door een koker die het restledemaat samendrukt, wat ongemak veroorzaakt en mechanisch onstabiel is. Een alternatief voor de bevestiging van de koker is het gebruik van een titanium implantaat dat in het resterende bot wordt geplaatst en dat sterk verankerd raakt (inegratie in het bot oftewel osseo-integratie). Een dergelijke skeletbevestiging maakt een comfortabele en efficiëntere mechanische verbinding van de prothese met het lichaam mogelijk.
De geavanceerde chirurgische en technische innovatie kan een hoog niveau van functionaliteit bieden aan een persoon met een armamputatie. Deze prestatie is gebaseerd op meer dan dertig jaar geleidelijke ontwikkeling van het concept.
De operatie vond plaats in het Sahlgrenska Universitair Ziekenhuis in Göteborg. De neuromusculaire reconstructieprocedure werd uitgevoerd door de chirurg die ook de eerste handtransplantatie leidde die in Scandinavië werd uitgevoerd. Dankzij de bionische ingenieurs van CBPR kunnen chirurgen nieuwe microchirurgische technieken combineren met geavanceerde geïmplanteerde elektroden die met één vinger controle van een prothetische arm bieden, met een sensorische terugkoppeling. Patiënten die een armamputatie hebben ondergaan, zien nu misschien een betere toekomst.
Foto:Chalmers University of Technology