Konstgjord led ger underarmsamputerade rörelseförmåga tillbaka i handleden

En ny konstgjord led gör att patienter som amputerat underarmen kan återfå förmåga att göra viktiga handledsliknande rörelser, något som kan ge betydligt ökad livskvalitet. En grupp forskare under ledning av Max Ortiz Catalan, docent vid Chalmers, har publicerat sin forskning i tidskriften IEEE Transactions on Neural Systems & Rehabilitation Engineering.

För patienter som saknar en hand är oförmågan att vrida handleden en av de allra största utmaningarna för att återfå god funktionalitet. Eller som det kallas, att pronera och supinera handleden. När du lägger din hand platt på ett bord med handflatan neråt, är den fullt pronerad. Om du sedan vrider handleden 180 grader, så handflatan vänds uppåt, är den helt supinerad.

En sådan vridning är förmodligen inget de flesta av oss tänker särskilt mycket på, men rörelsen är betydelsefull och vi gör den dagligen. Tänk dig att du öppnar ett dörrlås, använder en skruvmejsel, sätter på spisen med ett vred eller helt enkelt vänder på ett vanligt papper. För den som saknar en hand är sådana saker mycket besvärligare och obehagligare att göra, och nuvarande protesteknik kan bara delvis avhjälpa problemet.

– En person som har amputerat underarmen kan använda ett motordrivet proteshjälpmedel som vrider handleden, styrd av elektriska signaler från de återstående musklerna. Emellertid är det samma signaler som också används för att styra handprotesen, förklarar Max Ortiz Catalan, docent vid institutionen för elektroteknik på Chalmers. Detta medför att styrningen blir mycket besvärlig och onaturlig att hantera, eftersom patienten enbart kan aktivera antingen handleden eller handen, och därför måste byta fram och tillbaka. Dessutom får patienterna ingen återkoppling genom känseln, så de har ingen uppfattning om handens position eller hur den rör sig.

Den nya konstgjorda leden har istället ett benförankrat, osseointegrerat, implantatsystem som utvecklats av en av parterna i projektet, det svenska företaget Integrum AB. Ett implantat förankras i vart och ett av de två benen i underarmen – armbågsbenet (ulna) och strålbenet (radius). Sedan fungerar en handledsliknande konstgjord led som ett gränssnitt mellan de båda implantaten och handprotesen. Detta tillsammans gör det möjligt att utföra rörelser som är mycket mer naturtrogna, med naturligt intuitiv styrning och återkoppling genom känseln.

Se en video som visar skillnaden med och utan den konstgjorda leden

Patienter som har förlorat såväl hand som handled har ofta tillräckligt med muskler kvar för att kunna vrida strålbenet över armbågsbenet – den avgörande handledsrörelsen. En vanlig hylsprotes, som fästs vid kroppen genom att stumpen komprimeras, låser fast skelettbenen. Det förhindrar all tänkbar vridning av handleden och därigenom slösas den användbara rörelseförmågan bort.

– Beroende på hur omfattande amputationen är kan patienten fortfarande ha de flesta biologiska kopplingarna och känselpunkterna kvar och använda dem i handledsvridningen. Det gör det möjligt att känna, exempelvis när du vrider om nyckeln för att starta en bil. Du behöver inte titta efter bakom ratten för att veta hur lång vridningen ska vara – du känner det helt enkelt. Innovationen vi nu har tagit fram innebär att rörelseförmågan hos patienten inte behöver gå förlorad på grund av en bristfällig teknisk lösning, som en hylsprotes. Man kan fortsätta att göra rörelsen på ett naturligt sätt, säger Max Ortiz Catalan.

Utbytesstudenterna Irene Boni och Jason Millenaar deltog som medicintekniska ingenjörer i projektet tillsammans med Max Ortiz Catalan i hans laboratorium, Biomechatronics and Neurorehabilitation Lab, på Chalmers. Arbetet har även bedrivits i samarbete med företaget Integrum AB. Dr. Marco Controzzi vid The Biorobotics Institute, Sant'Anna School of Advanced Studies, Italien deltog också i forskningen.

– I tester som mäter fingerfärdighet har vi visat att en patient med vår konstgjorda led får betydligt bättre resultat än när en protes med konventionell hylsteknik används, förklarar Jason Millenaar.

– Den nya leden ger en mycket mer naturlig räckvidd för rörelsen, vilket minimerar behovet av kompenserande rörelser i axeln eller bålen. Det kan förbättra vardagen betydligt för många som behövt amputera underarmen, säger Irene Boni.

Läs artikeln “Restoring Natural Forearm Rotation in Transradial Osseointegrated Amputees” publicerad i tidskriften IEEE Transactions on Neural Systems & Rehabilitation Engineering.

Mer om forskningen

Max Ortiz Catalan är docent vid institutionen för elektroteknik och föreståndare för Biomechatronics and Neurorehabilitation Laboratory på Chalmers (@ChalmersBNL).

Irene Boni deltog under projektet som utbytesstudent från italienska Sant'Anna School of Advanced Studies, liksom Jason Millenaar från Delft University of Technology, Nederländerna.
Forskarna fann att det inte är nödvändigt att återskapa underarmsbenens hela rörelseförmåga i alla frihetsgrader. Det viktigaste för att återfå en verklighetstrogen handledsrörelse är den axiella, eller cirkulära, rörelsen av armbågsbenet och strålbenet.

– Handleden är en ganska komplicerad led. Även om det är möjligt att återskapa full rörelsefrihet i armbågsbenet och strålbenet, kan detta ibland leda till obehag för patienten. Vi fann att förmåga till axiell vridning är den viktigaste faktorn för att möjliggöra naturtrogna handledsrörelser utan att framkalla obehagskänslor, förklarar Max Ortiz Catalan.

Utvecklingsarbetet slutfördes inom ramen för Horizon 2020-programmet för forskning och utveckling inom DeTOP-projektet.

Kontaktinformation:

Max Ortiz Catalan, Institutionen för elektroteknik, Chalmers, +46 70 846 10 65, maxo@chalmers.se