Первая в мире имплантируемая роботизированная рука, управляемая мыслями, разрабатывается исследователем Чалмерса Максом Ортисом Каталаном. Этой зимой будут проходить первые операции пациентам.
Каждый год тысячи людей во всем мире теряют руку или ногу.
"Наша технология помогает инвалидам управлять протезом во многом так же, как его собственная биологическая рука или рука, через собственные нервы и оставшиеся мышцы человека. Это огромная выгода как для человека, так и для общества", говорит Макс Ортис Каталан, докторант технологического университета Чалмерса в Швеции.
Еще с 1960-х годов люди с ампутированными конечностями могут использовать протезы, управляемые электрическими импульсами в мышцах. К сожалению, с тех пор технология управления этими протезами не претерпела значительных изменений. Например, доступны очень современные электрические протезы руки, но их функциональность ограничена, поскольку ими сложно управлять.
"Все движения должны быть запрограммированы заранее", говорит Макс Ортис Каталонский. "Это похоже на Феррари без руля. Поэтому мы разработали новый двунаправленный интерфейс с человеческим телом вместе с естественной и интуитивно понятной системой управления."
Сегодняшние стандартные гильзовые протезы, которые прикрепляются к телу с помощью гнезда, плотно прилегающего к ампутированной культи, настолько неудобны и ограничивают возможности, что только 50 процентов людей с ампутированной рукой готовы вообще их использовать.
В этом исследовательском проекте вместо этого используется всемирно известный титановый имплантат Brånemark (система имплантатов OPRA), который прикрепляет протез непосредственно к скелету посредством так называемой остеоинтеграции.
"Остеоинтеграция жизненно важна для нашего успеха. Теперь мы используем эту технологию, чтобы получить постоянный доступ к электродам, которые мы будем прикреплять непосредственно к нервам и мышцам", говорит Макс Ортис Каталан.
Мысленное управление протезом
В настоящее время, чтобы улавливать электрические сигналы для управления протезом, электроды помещают на кожу. Проблема в том, что сигналы меняются при движении кожи, так как электроды перемещаются в другое положение. Кроме того, на сигналы также влияет, когда мы потеем, поскольку сопротивление на интерфейсе изменяется.
В этом проекте исследователи планируют вместо этого имплантировать электроды непосредственно в нервы и оставшиеся мышцы. Поскольку электроды расположены ближе к источнику, а тело действует как защита, биоэлектрические сигналы становятся намного более стабильными. Остеоинтеграция используется для передачи сигналов внутри тела к протезу. Электрические импульсы от нервов культи руки улавливаются нейронным интерфейсом, который отправляет их к протезам через титановый имплант. Затем они декодируются сложными алгоритмами, которые позволяют пациенту управлять протезом, используя свои собственные мысли.
В существующих протезах инвалиды используют только визуальную или слуховую обратную связь. Это означает, например, что вам нужно смотреть или слышать двигатели в протезе, чтобы оценить силу захвата, приложенную к чашке, если вы хотите ее переместить. Благодаря новому методу пациенты получают обратную связь, поскольку электроды стимулируют нервные пути к мозгу пациента так же, как и физиологическая система. Это означает, что пациент может управлять своим протезом более естественным и интуитивно понятным способом. Это было невозможно раньше.
От лаборатории к пациенту
"Многие из пациентов, с которыми мы работаем, были инвалидами более 10 лет и почти никогда не думали о том, чтобы пошевелить отсутствующей рукой в это время", говорит Макс Ортис Каталонский. "Когда они прибыли сюда, они должны были протестировать нашу среду виртуальной реальности или наши более совершенные протезы, чтобы оценить алгоритмы декодирования. Мы поместили электроды на их культю после ампутации, и через несколько минут они смогли управлять протезами способами, о которых они не знали, в большинстве случаев. Это очень воодушевило пациентов и воодушевило их."
Этой зимой будут проходить первые операции пациентам.
"Протестировав метод на нескольких пациентах, мы можем показать, что технология работает, а затем, надеемся, получить больше грантов для продолжения клинических исследований и дальнейшего развития технологии. Эта технология может стать реальностью для многих людей. Мы хотим покинуть лабораторию и стать частью повседневной жизни пациентов. Если первые операции этой зимой пройдут успешно, мы станем первой исследовательской группой в мире, которая сделает «мысленно-контролируемые протезы» реальностью, которую пациенты смогут использовать в своей повседневной деятельности, а не только в исследовательских лабораториях."
Исследовательский проект "Естественный контроль искусственных конечностей с помощью остеоинтегрированного имплантата" проводится в рамках междисциплинарного сотрудничества между Технологическим университетом Чалмерса, университетской больницей Сальгренска и Integrum AB.