16/09/2024
Door Ad Spijkers
Een prothese met magnetische controle is een compleet nieuwe manier om de bewegingen van een robothand te controleren. Met de magnetisch aangestuurde prothetische hand kunnen geamputeerden alle bewegingen reproduceren. Dit doen ze door simpelweg te denken en de kracht te controleren die wordt toegepast bij het vastpakken van kwetsbare objecten.
Er komen geen kabels of elektrische verbindingen aan te pas, alleen magneten en spieren om de bewegingen van de vingers te controleren. De prothese maakt dagelijkse activiteiten mogelijk, zoals het openen van een pot, het gebruiken van een schroevendraaier of het oppakken van een munt.
Interface
Een onderzoeksteam aan de Scuola Superiore Sant'Anna in Pisa heeft een nieuwe interface ontwikkeld tussen de resterende arm van de geamputeerde en de robothand om motorische intenties te decoderen. Het systeem omvat het implanteren van kleine magneten in de spieren van de onderarm. Het implantaat, geïntegreerd met de Mia-Hand robotische hand van Prensilia, werd succesvol getest op de eerste patiënt. De 34-jarige Daniel gebruikte de prothese zes weken lang.
De resultaten vertegenwoordigen volgens de onderzoekers een stap voorwaarts voor de toekomst van prothesen. De handprothese is het resultaat van een decennialang onderzoekspad. De onderzoekers hebben eindelijk een functionele prothese ontwikkeld die voldoet aan de behoeften van een persoon die een hand heeft verloren.
Myokinetische controle
Myokinetische controle is het decoderen van motorische intenties door middel van implanteerbare magneten in de spieren. Dit is de grens die het onderzoeksteam verkent om de toekomst van prothesen te revolutioneren. Het idee achter de nieuwe interface, ontwikkeld als onderdeel van het MYKI-project, is om kleine magneten van een paar millimeter groot te gebruiken. Deze worden geïmplanteerd in de resterende spieren van de geamputeerde arm en de beweging die ontstaat door samentrekking te gebruiken om de vingers te openen en te sluiten.
Er zitten twintig spieren in de onderarm en veel daarvan besturen de handbewegingen. Veel mensen die een hand hebben verloren, blijven het gevoel houden dat deze nog steeds op zijn plaats zit. De resterende spieren bewegen als reactie op de commando's van de hersenen. Het onderzoeksteam bracht de bewegingen in kaart en vertaalde die naar signalen om de vingers van de robothand te begeleiden. De magneten hebben een natuurlijk magnetisch veld dat gemakkelijk in de ruimte kan worden gelokaliseerd. Wanneer de spier samentrekt, beweegt de magneet en een speciaal algoritme vertaalt deze verandering in een specifiek commando voor de robothand.
Eerste patiënt
Daniel verloor in september 2022 zijn linkerhand. Hij werd na een strenge selectie gekozen als vrijwilliger voor de studie omdat hij nog steeds de aanwezigheid van zijn hand voelde en de resterende spieren in zijn arm reageerden op zijn bewegingsintenties. In april 2023 onderging de Italiaan een operatie om magneten in zijn arm te implanteren. De operatie werd uitgevoerd in de Azienda Ospedaliero-Universitaria Pisana (AOUP).
Een van de meest complexe uitdagingen was het identificeren van de resterende spieren in het amputatiegebied. Deze werden nauwkeurig geselecteerd met behulp van preoperatieve MRI-beeldvorming en elektromyografie. De werkelijke toestand van het weefsel vereiste echter intraoperatieve aanpassing wegens littekens en fibrose (bindweefselvorming).
Ondanks deze moeilijkheden konden de chirurgen het implantaat voltooien en de verbindingen tot stand te brengen. In Daniels arm werden zes magneten geïmplanteerd. Voor elk exemplaar lokaliseerde en isoleerde het team van medici de spier, positioneerde de magneet en controleerde of het magnetische veld dezelfde kant op was gericht. Om de verbinding tussen de restarm en de robothand gemakkelijker te maken, maakten de onderzoekers een prothese van koolstofvezel met het elektronische systeem dat de beweging van de magneten kan lokaliseren.
Resultaten
De resultaten van het experiment overtroffen de meest optimistische verwachtingen. Daniel kon de bewegingen van zijn vingers besturen en voorwerpen van verschillende vormen oppakken en verplaatsen. Ook kon hij handelingen uitvoeren zoals een pot openen, een schroevendraaier gebruiken, met een mes snijden en een rits sluiten. Hij kon de kracht beheersen wanneer hij kwetsbare voorwerpen moest vastpakken. Dankzij het systeem kon Daniel bovendien verloren sensaties en emoties terug krijgen: het voelt alsof hij zijn eigen hand beweegt.
Onderstaande video is in het Italiaans. Maar met een beetje gevoel voor taal en technische kennis kunt u het verhaal redelijk volgen. De wetenschappelijke publicatie vindt u hier.
Foto: Scuola Superiore Sant’Anna