Nowe podejście do konstruowania protez kończyn
Protetyka kończyn górnych przeszła długą drogę od czasów, gdy do konstrukcji protez wykorzystywano haki. Dzięki nowym technologiom i postępom w dziedzinie robotyki wiele osób po amputacji korzysta obecnie z wysoce funkcjonalnych protez zapewniających niezwykły poziom zręczności. Celem inicjatyw takich jak finansowany przez UE projekt MYKI jest pójście o krok dalej. „Naszym celem jest opracowanie i kliniczna ocena zręcznej protezy ręki, która może być kontrolowana i postrzegana jak naturalna ręka przez osobę po amputacji”, mówi Christian Cipriani, naukowiec z BioRobotics Institute i główny badacz projektu. Aby to osiągnąć, zespół projektu, który otrzymał wsparcie od Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych, zwrócił się w stronę technologii. „Technologie opracowane w ramach projektu zaowocowały opracowaniem pierwszego wszczepialnego implantu interfejsu miokinetycznego u osoby po amputacji ręki poniżej łokcia”, dodaje Cipriani.
Nowy interfejs miokinetyczny
Interfejs miokinetyczny to całkiem nowy interfejs człowiek-maszyna (ang. human-machine interface, HMI) oparty na zasadach magnetycznych. System ten obejmuje wiele wszczepialnych magnesów i zewnętrznych czytników/sterowników magnetycznych. Po wszczepieniu w mięśnie osoby po amputacji, interfejs może lokalizować ruch magnesów i wywoływać w nich subtelne ruchy. „Po wszczepieniu magnes przemieszcza się wraz z mięśniem, w którym się znajduje, a jego lokalizacja zapewnia bezpośredni pomiar skurczu/wydłużenia tego mięśnia, który jest dobrowolnie kontrolowany przez ośrodkowy układ nerwowy”, wyjaśnia Cipriani. „Umożliwia to dekodowanie sygnałów eferentnych wysyłanych przez mózg poprzez obserwację produktu ubocznego w postaci rekrutacji włókien mięśniowych”. Z drugiej strony, ruch wywołany w implantowanym magnesie przez zewnętrzny sterownik może dostarczać odczuwalnych bodźców, które są przekazywane do mózgu za pomocą obwodowych receptorów czuciowych obecnych w mięśniach lub w sąsiadującej skórze. Funkcja ta mogłaby umożliwić przekazywanie dotykowych i/lub proprioceptywnych informacji sensorycznych do mózgu, przywracając w ten sposób fizjologiczną pętlę kontroli sensoryczno-motorycznej. „Dzięki pasywnym implantom magnetycznym, które nie wymagają zasilania ani przewodów, oraz przezskórnym czytnikom/sterownikom, zespół projektu MYKI z powodzeniem wdrożył dwukierunkowy bezprzewodowy interfejs HMI o potencjalnie znacznie większych możliwościach niż najnowocześniejsze interfejsy”, zauważa Cipriani.
Przełom w dziedzinie inżynierii biomedycznej
Po zatwierdzeniu przez lokalną komisję etyczną i włoskie Ministerstwo Zdrowia, w ramach projektu przeprowadzono pierwsze badanie kliniczne interfejsu miokinetycznego. Po wszczepieniu magnesów, ochotnik po amputacji nosił i używał samodzielnej protezy ramienia. Według Cipriani, wstępne wyniki badania są bardzo obiecujące. „Pierwsze w historii badanie wszczepialnego interfejsu miokinetycznego jest niewątpliwie dużym przełomem w dziedzinie inżynierii biomedycznej i sukcesem europejskich badań”, przekonuje badacz. „Jego znaczenie podkreślają dodatkowo liczne artykuły naukowe, projekty oraz wiodący eksperci, którzy obecnie stosują nasze podejście miokinetyczne”.
Spojrzenie poza rękę
Podczas gdy projekt MYKI koncentrował się na ręce, interfejs miokinetyczny może być stosowany w każdym przypadku amputacji kończyny górnej, od częściowej amputacji ręki po dezartykulację barku. Istnieje również możliwość rozszerzenia go na potrzeby konstrukcji protez kończyn dolnych i egzoszkieletów. „Mamy nadzieję, że nasz interfejs utoruje drogę do nowej generacji bionicznych kończyn i urządzeń wspomagających”, podsumowuje Cipriani. „Dzięki przywróceniu naturalnej pętli kontroli sensoryczno-motorycznej, takie kończyny i urządzenia miałyby znaczący wpływ na dobrostan osób po amputacjach na całym świecie”.
Słowa kluczowe
MYKI, protetyka, protezy kończyn, proteza ręki, interfejs człowiek-maszyna, magnesy, robotyka, osoba po amputacji, interfejs miokinetyczny, inżynieria biomedyczna, egzoszkielety