Το επόμενο τεχνητό κάτω άκρο θα συνδυάζει τρεις καινοτομίες σε μία συσκευή

Η έρευνα που προσπαθεί να συνδυάσει τρεις καινοτομίες για τα τεχνητά μέλη

Τρεις είναι οι μεγάλες καινοτομίες της ιατρικής τεχνολογίας που μπορεί να φέρουν ριζική αλλαγή στα προσθετικά πόδια στο όχι και τόσο μακρυνό μέλλον:

• Η οστεοενσωμάτωση είναι η χειρουργική τεχνική που θεωρείται πως θα αλλάξει για πάντα την τεχνολογία των τεχνητών μελών, καταργώντας την ανάγκη για προσθετική θήκη και διευκολύνοντας τη χρήση τεχνητού μέλους από άτομα με κολόβωμα που δεν προσφέρεται για προσθετική θήκη.
• Εξίσου πρωτοποριακό και καινοτόμο το TMR (targeted muscle reinnervation), μια επεμβατική τεχνική που ενεργοποιεί τα νεύρα του κολοβώματος με σκοπό τον καλύτερο έλεγχο της προσθετικής συσκευής.
• Μια τρίτη καινοτομία που φέρνει μεγάλες αλλαγές στην τεχνολογία των τεχνητών άκρων είναι οι προσθετικές συσκευές με δικό τους κινητήρα (όπως το Utah Bionic Leg) που κάνουν τα τεχνητά μέλη πιο ισχυρά, ώστε να υποστηρίζουν καλύτερα τις πιο δύσκολες κινήσεις.

Το Shirley Ryan AbilityLab ξεκίνησε πρόσφατα  ένα ερευνητικό πρόγραμμα που αποσκοπεί στον συνδυασμό των τριών αυτών καινοτομιών. Με τη χορηγία  1,5 εκατομμυρίων δολαρίων από το Υπουργείο Άμυνας των ΗΠΑ, το πρόγραμμα αποσκοπεί να ενσωματώσει τις τρεις προσεγγίσεις που ξεπέρασαν τα προηγούμενα όρια στη χειρουργική τεχνική, στον σχεδιασμό προσθετικών και στη νευρομυϊκή επεξεργασία σημάτων (EMG). Η συνδυασμένη χρήση των τριών καινοτομιών θεωρείται πως μπορεί να ανοίξει το δρόμο για προσθετικά πόδια που θα είναι ελαφρύτερα, πιο άνετα και πιο εύχρηστα από οποιαδήποτε προσθετική συσκευή γνωρίζουμε σήμερα.

Γιατί ο συνδυασμός των τριών καινοτομιών θεωρείται απαραίτητος

Το Shirley Ryan AbilityLab μελετά τα προσθετικά μέλη με ενσωματωμένο κινητήρα εδώ και περίπου μια δεκαετία. Υπάρχουν σήμερα πρότυπα βιονικά γόνατα και αρθρώσεις του αστραγάλου με ενσωματωμένο κινητήρα, που απευθύνονται κυρίως σε άτομα με μηριαίο ακρωτηριασμό και ο στόχος είναι να χρησιμοποιούνται προκειμένου να βελτιωθεί η κινητικότητα των ατόμων που τα χρησιμοποιούν, κυρίως για τα πιο απαιτητικά είδη βαδίσματος, όπως να ανεβαίνουν και να κατεβαίνουν σκάλες ή έδαφος με κλίση, να σηκώνονται από καθιστή θέση κ.λπ.

Τα τεχνητά μέλη με κινητήρα είναι συνήθως πιο βαριά από τα κλασικά τεχνητά άκρα λόγω του βάρους του κινητήρα και της μπαταρίας. Γι’αυτό και η οστεοενσωμάτωση θεωρείται καλή λύση για να συγκρατείται πιο σταθερά το τεχνητό μέλος στο κολόβωμα, και ο χρήστης να αισθάνεται τη συσκευή πιο ελαφριά. Η επεξεργασία των νευρομυικών σημάτων, από την άλλη, αποσκοπεί στην ανταλλαγή σημάτων ανάμεσα στο κολόβωμα και τη συσκευή. Το πρόβλημα που προκύπτει είναι πως, όταν τοποθετούνται αισθητήρες μέσα στην προσθετική θήκη, ώστε να λαμβάνουν τα νευρομυικά σήματα, η θήκη είναι άβολη για τον χρήστη. Με την οστεοενσωμάτωση δεν απαιτείται πλέον προσθετική θήκη, επομένως είναι πιο εύκολο να πειραματιστούν οι ερευνητές με διαφορετικούς τρόπους καταγραφής των νευρομυικών σημάτων και να εντοπίσουν με ποιον τρόπο θα έχουν το πιο καθαρό σήμα.

Για τον σκοπό αυτό χρησιμοποιείται το TMR, ώστε να υπάρχει πρόσβαση στην πληροφορία που προέρχεται από τους μυς του αστραγάλου. Σηκώνουμε το πόδι και κινούμε τον αστράγαλο πάνω και κάτω (ραχιαία και πελματιαία κάμψη) με τον γαστροκνήμιο και τον κνημιαίο μυ. Με το TMR, μπορούμε να επαναφέρουμε νευρομυικά σήματα στον μηρό.  Οι τετρακέφαλοι έχουν νεύρα και μετά τον ακρωτηριασμό, ενώ με το TMR οι ερευνητές θεωρούν πως μπορούν να φέρουν σήματα στον γαστροκνήμιο και τον κνημιαίο μυ.

Γιατί είναι απαραίτητο η οστεοενσωμάτωση να συνδυαστεί με TMR

Η οστεοενσωμάτωση είναι ήδη μια πραγματικότητα για πολλά άτομα με ακρωτηριασμό, ωστόσο τα τεχνητά μέλη που χρησιμοποιούν βασίζονται σε μικροεπεξεργαστές και όχι σε αυτόνομο κινητήρα. Για τη χρήση των πιο εξελιγμένων προσθετικών άκρων απαιτείται καλύτερος έλεγχος της προσθετικής συσκευής. Η υπόθεση εργασίας του προγράμματος είναι πως, όταν δεν υπάρχει προσθετική θήκη, η συλλογή των νευρομυικών σημάτων είναι πιο εύκολη και αποτελεσματική, πόσο μάλλον όταν το πόδι έχει κινητήρα.

Το πρότυπο προσθετικό άκρο

Στο Shirley Ryan AbilityLab, οι ερευνητές εργάζονται πάνω σε ένα προσθετικό άκρο με κινητήρα εδώ και οκτώ χρόνια ήδη.  Πρόκειται για ένα υβριδικό πόδι που μπορεί να λειτουργεί είτε με τον κινητήρα, είτε με παθητικό τρόπο, και διαθέτει κινητήρα τόσο στην άρθρωση του γονάτου, όσο και στην άρθρωση του αστραγάλου.

Οι εργαστηριακές δοκιμές θα γίνουν με αυτή την προσθετική όρθωση. Ωστόσο, επειδή δεν έχει ακόμη την άδεια του FDA, εκτός εργαστηρίου οι δοκιμές του υπόλοιπου εξοπλισμού θα γίνουν με κλασικό βιονικό τεχνητό μέλος με μικροεπεξεργαστή.

Οι συμμετέχοντες

Οι χρήστες τεχνητού μέλους που θα συμμετέχουν στο πείραμα έχουν μπροστά τους μια απαιτητική περίοδο ιατρικών επεμβάσεων και αποκατάστασης. Πράγματι, η αποκατάσταση μετά από την οστεοενσωμάτωση διαρκεί αρκετές εβδομάδες. Απαιτούνται μήνες για την ενσωμάτωση του εμφυτεύματος και στη συνέχεια η ενδυνάμωση του ποδιού γίνεται σταδιακά. Μετά την ολοκλήρωση της οστεοενσωμάτωσης, οι συμμετέχοντες θα συνεργαστούν με τους ερευνητές για περίπου 6 μήνες. Θα πρέπει να έρχονται στο εργαστήριο δυο φορές τον μήνα, για μία ή μισή μέρα κάθε φορά, και να εκτελούν δοκιμασίες αυξανόμενης δυσκολίας.

Πρώτα θα πρέπει να εξασκηθούν στο περπάτημα με την πρότυπη συσκευή. Στη συνέχεια, θα ξεκινήσει η συλλογή των νευρομυικών σημάτων. Με χρήση τεχνητής νοημοσύνης, για κάθε χρήστη θα δημιουργηθεί ένας  αλγόριθμος ελέγχου σημάτων, ο οποίος θα αξιολογηθεί στη διάρκεια του πειράματος.

Οι ερευνητές θα λάβουν επίσης ποιοτική πληροφορία, θέτοντας ερωτήσεις όπως πόσο βαρύ αισθάνεται ο χρήστης το τεχνητό μέλος ή πώς του φαίνεται σε σχέση με την συνήθη συσκευή του, και λαμβάνοντας μετρήσεις που χρησιμοποιούνται συνήθως για την καλή εφαρμογή των τεχνητών μελών.

Από τους οκτώ συμμετέχοντες κάποιοι έχουν ήδη ολοκληρώσει την επεμβατική διαδικασία της οστεοενσωμάτωσης, ενώ κάποιοι θα κάνουν την επέμβαση στο πλαίσιο του ερευνητικού προγράμματος.

Από το πείραμα στην εμπορική εφαρμογή

Οι ερευνητές θεωρούν πως εφόσον δεν σημειωθούν κίνδυνοι και ατυχήματα στη διάρκεια του πειράματος -και δεν έχουν κάποιον λόγο να αναμένουν τέτοια συμβάντα-  η έρευνα που διεξάγουν θα αποτελέσει βασικό βήμα για τη δημιουργία εμπορικών τεχνητών άκρων που θα προσφέρουν συνδυασμένα τα οφέλη των τριών καινοτομιών της οστεοενσωμάτωσης, του TMR και των προηγμένων άκρων με κινητήρα.

Πιστεύουν δε ακράδαντα πως τα προσθετικά άκρα με κινητήρα θα γίνουν σύντομα, εντός των επόμενων λίγων ετών, εξαιρετικά δημοφιλή. Είναι πολύ πιθανό πως οι χρήστες θα μπορούν να αποφασίζουν ποιες από τις τρεις καινοτομίες θα έχει η προσθετική τους όρθωση. Θα μπορούν, για παράδειγμα, να συνδυάσουν τον αλγόριθμο ΤΜR με έναν μεγάλο αριθμό προσθετικών άκρων. Ενδεχομένως θα βρεθεί λύση ώστε το TMR να μπορεί να χρησιμοποιηθεί χωρίς οστεοενσωμάτωση. Ωστόσο το πιο πιθανό είναι πως η οστεοενσωμάτωση θα είναι η πλέον ενδεδειγμένη λύση για τη χρήση των προσθετικών άκρων με κινητήρα.

Ένα επόμενο βήμα θα ήταν η τεχνολογία αυτή να γίνει διαθέσιμη και για ακρωτηριασμούς κάτω από το γόνατο.

Εκείνο που είναι σίγουρο είναι πως τόσο η τεχνολογία όσο και η ιατρική της προσθετικής εξελίσσονται με μεγάλη ταχύτητα, ανοίγοντας τον ορίζοντα για μια νέα εποχή για τα τεχνητά μέλη.

Πηγή: https://chronopoulos-gougis.com/

To «fresh-news.eu» αποποιείται κάθε ευθύνη από τις αναδημοσιεύσεις άρθρων τρίτων ιστοσελίδων, για τα οποία (άρθρα) την ευθύνη την έχει ο υπογράφων ως πηγή.