ONTWIKKELINGEN
Ontwikkelingen op handprothese gebied staan momenteel niet stil en nieuwe ontwikkelingen volgen elkaar in snel tempo op.Diverse fabrikanten van handprotheses hebben ieder een eigen visie op hoe een prothese eruit zou moeten zien en hoe hij zou moeten functioneren.Veel onder delen van een menselijk lichaam zijn te vervangen door protheses, denk bijvoorbeeld aan een arm,been,heup,voet,hand,oog,gebit ,oor enz. Toch is het technisch moeilijk en complex om een hand als prothese te maken. Als je wilt dat een handprothese verschillende bewegingen zou moeten kunnen maken, dan wordt het des te moeilijker om een hand prothese te kunnen bedienen. Een hand is het voornaamste orgaan om fysiek een omgeving te manipuleren: tal van spiertjes en aangehechte pezen zijn vanaf het brein zodanig te besturen, dat een normale gezonde hand in staat is simpele tot zeer complexe motorische vaardigheden uit te voeren. Omdat in de vijf vingertoppen veel van de zenuwuiteinden samenkomen, is de hand ook de belangrijkste bron voor onze tastzin. Als hand prothese gebruiker is het verlies van de tastzin een van de belangrijkste zaken die je mist, met je handen doe je veel dingen op de tast. Men realiseert zich pas hoe belangrijk handen zijn, als ze door een ongeval slechts gedeeltelijk of helemaal niet te gebruiken zijn. Dat heet niet voor niets handicap, al wordt dit begrip ook in meer algemene zin gehanteerd. In feite zijn de handen de zichtbare vorm van het vijfde zintuig, de tastzin. Zelfs een blinde kan ‘zien’ door middel van zijn handen.
Momenteel is het zelfs al mogelijk om een arm/hand prothese te bedienen door middel van je hersenen. Via implantaten op spierbanen kun je de prothese sturen, je geeft op deze manier signalen van de hersenen naar de spieren . Tevens krijg je feedback terug van de hand en kun je weer voelen. Ook het onafhankelijk bewegen van vingers behoort tot de mogelijkheden.Dit alles is alleen nog maar mogelijk in prototypes, deze zijn nog volop in ontwikkeling en zijn kostbaar en complex. De kosten van een handprothese zijn voornamelijk hoog omdat ze maar een klein aandeel hebben op de prothese markt. Wel zien tal van fabrikanten inmiddels de voordelen van articulerende vingers (beweegbare vingers).Voorheen had je alleen de mogelijkheid om met een handprothese een schaar beweging te maken waarmee alleen beperkte grepen mogelijk zijn. Door middel van articulerende vingers en verschillende greeppatronen kun je gemakkelijker complexere grepen maken. Tevens oogt de hand natuurlijker.
Er is momenteel een handprothese op de markt die het mogelijk maakt om bij een amputatie of het missen van 1 of meerdere vingers de hand weer te complementeren.
Dit zijn echter allemaal ontwikkelingen die vaak erg duur zijn en waarbij de vraag ook is wie dit gaat betalen.
Zorgverzekeraars staan niet bepaald te springen om dit alles te vergoeden, mede doordat dergelijke voorziening erg duur zijn en het moeilijk aan te geven is waarom iemand in aanmerking zou moeten komen voor een dergelijke voorziening. Goed overleg zou hierin een oplossing kunnen zijn.
Kijk op deze site voor veel info over verschillende handprotheses die beschikbaar zijn.
Het onmiddellijke doel van deze website is om mensen met een fysieke of neurologische handicap te helpen de technologische opties te begrijpen die voor hen beschikbaar zijn, vrij van enige commerciële invloed.
Als u bijvoorbeeld meer wilt weten over bionische armen en handen, kunt u beginnen met onze pagina Een complete gids voor bionische armen en handen en de vele links volgen naar specifieke producten, gerelateerde technologieën en ondersteunende artikelen. Sterker nog, we werken deze informatie voortdurend bij, zodat u zich geen zorgen hoeft te maken over het missen van nieuwe ontwikkelingen.
We proberen ook het grote publiek te informeren over hoe bionische technologieën mensen kunnen helpen. Door dit toegenomen bewustzijn hopen we een breed draagvlak op te bouwen om deze technologieën voor iedereen beschikbaar te maken.
Eerste mens met 'gevoel' in kunsthandWilleke Tersteeg 6-2-14 bron: Science Daily; BBC
’Dit is magie! Ik kan voelen hoe mijn ontbrekende hand sluit!’ hand Dennis Aabo houdt een sinaasappel vast met zijn kunsthand, waar hij ook mee kan voelen. Wetenschappers hebben een kunsthand gemaakt waarmee een geamputeerde levensechte sensaties via zijn vingers kan voelen. Een man uit Denemarken kreeg de bijzondere hand als eerste aangemeten. Deze werd verbonden met zenuwen in zijn bovenarm.
Dennis Aabo verloor zijn hand tientallen jaren geleden tijdens een vuurwerkincident. Hij laat weten dat de hand 'geweldig' is. In Italië onderging hij een speciale operatie. Hij kan nu geblinddoekt vertellen over de vorm en de hardheid van de objecten die hij in de kunsthand beethoudt.
Eerste keer
KRANT ART.
VIDEO
ITEM
Dat is gebleken uit wetenschappelijk onderzoek. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift Science Translational Medicine. Een internationaal team, inclusief robotexperts uit Italië, Zwitserland en Duitsland, voerde het onderzoek uit. 'Het is de eerste keer dat een geamputeerde een levensechte aanrakingssensatie heeft gevoeld door middel van een prothese,' legt professor Silvestro Micera van de Ecole Polytechnique Federale de Lausanne en Scuola Superiore Sant'Anna in Pisa uit.
De wetenschappelijke vooruitgang zat hem niet in de hand op zich, maar in de elektronica en software die het mogelijk maakten om een zintuigelijke terugkoppeling te geven aan de hersenen.
Sensoren
Micera en zijn team voegden sensoren aan de kunsthand toe. Deze kunnen informatie over aanraking detecteren en meten. Met behulp van computeralgoritmes, lukte het de wetenschappers om de elektrische signalen die door de sensoren werden uitgezonden te veranderen in een impuls die door gevoelszenuwen konden worden geïnterpreteerd. Tijdens een operatie in Rome werden vier elektroden geïmplanteerd op de zenuwen van de bovenarm van Aabo. Deze werden aangesloten op de kunstmatige sensoren in de vingers van de prothesehand, waardoor feedback over aanraking en druk direct naar de hersenen werd gestuurd.
Een maandlang bracht de Deense projectontwikkelaar door in het laboratorium om testen te doen. 'Het grootste verschil was toen ik iets pakte en kon voelen wat het was, zonder dat ik hoefde te kijken. Ik kon de hand in het donker gebruiken,' laat hij weten. 'Het is intuïtief te gebruiken en ongelofelijk om te kunnen voelen of voorwerpen zacht of hard of vierkant of rond zijn.'
Testen op varkens
'Hij is een held,' zei professor Paolo Rossini, neuroloog in het universitair ziekenhuis Agostino Gemelli, in Rome. 'Hij gaf ons een maand van zijn leven en had twee operaties nodig om dit apparaat te kunnen testen. We zijn hem allemaal erg dankbaar.'
Eerder werd het apparaat getest op varkens en op dode mensen, om er zeker van te zijn dat de onderzoekers de elektroden nauwkeurig wisten te verbinden aan de zenuwen van de bovenarm.
Magie
'Het was een erg spannend moment na uren van eindeloos testen. Dennis draaide zich om naar ons en zie vol ongeloof: 'Dit is magie! Ik kan het sluiten van mijn ontbrekende hand voelen!'', laat dokter Stanisa Raspopovic weten.
Het internationale team heeft zich nu als doel gesteld om de gebruikte technische snufjes te minimaliseren, zodat deze ook thuis gebruikt kunnen worden. 'We moeten af van de externe kabels en maken ze volledig implanteerbaar,' zo klinkt het nieuwe streven.
Medische studenten maken prothetische hand met 3D-printer
Een prothetische hand die meerdere vingers kan bevatten voor grijpen, kan overal tussen de $ 10.000 en $ 50.000 kosten. Voor een opgroeiend kind moet dat apparaat mogelijk een paar keer per jaar worden gerepareerd of meerdere keren worden vervangen tijdens de levensduur van het kind - uitgaven die voor veel gezinnen onbetaalbaar kunnen zijn.
Studenten van de medische universiteit van Upstate, Zach Visco, Eric Merrell en Jade Marhaba hebben gebruik gemaakt van een internationale, driedimensionale beweging om een ​​plaatselijk alternatief te creëren voor kostbare protheses, wat met name nuttig zou kunnen zijn voor groeiende en actieve kinderen. De kosten van hun prothese $ 20.
Visco en Merrell ontmoetten elkaar in het voorjaar op een vergadering van het innovatiecomité van de Onondaga County Medical Society. Toen Visco vernam dat Merrell een 3-D-printer bezat, begonnen de twee te praten over de mogelijkheden. Toen ontdekten ze E-Nable, een wereldwijde non-profitorganisatie die driedimensionale prothesen promoot door open-sourceprintplannen te delen en printers met mensen in nood te verbinden.
De studenten gebruikten een E-Nable-plan en publiceerden hun eerste voorbeeld deze zomer. Tot nu toe hebben ze twee werkende modellen in 3D geprint en zijn in gesprek met de Central New York Biotech Accelerator en Upstate's Institute for Human Performance om een ​​lokale persoon te vinden die het apparaat mogelijk nodig heeft.
"Nu we steeds meer mensen met 3D-printers in huis zien, zullen we steeds meer mensen projecten op deze manier zien printen," een tweedejaars student geneeskunde die zijn bachelordiploma in biomechanische engineering heeft.
Het type prothese dat ze maken is ideaal voor een kind of volwassene met een gedeeltelijke palm of ten minste een volledig functioneel polsgewricht. De buigende polsbeweging maakt de geep, waardoor de persoon een voorwerp kan oppakken of een beker kan vasthouden.
Het kost ongeveer 16 uur om alle 20 benodigde stukjes voor dit model af te drukken. Andere noodzakelijke onderdelen zijn vislijn, klittenband en enkele houtschroeven. De gewrichten buigen met behulp van orthodontische tandheelkundige banden.
Traditionele prothesen zijn gemaakt van keramiek of titanium. Spuitgieten, dat een goedkoper alternatief zou zijn voor die materialen, zou een zeer complexe vorm moeten creëren.
"Om zoiets te produceren uit een stevig stuk plastic of om het op een traditionele manier te produceren, kost veel meer overhead,". 3-D afdrukken kan gemakkelijker complexe stukken maken met de snaargaten die nodig zijn om de vingers te bedienen. "Dat is een van de voordelen. Als er iets breekt, kunnen we het onmiddellijk vervangen. En kinderen groeien. We willen ervoor zorgen dat deze kunnen schalen met de kinderen. "
De 3-D-printer van Merrell maakt gebruik van PLA-plastic, dat biologisch afbreekbaar is en wordt geleverd in een regenboog van kleuren. Dat stelt printers in staat verschillende kleurenschema's te maken, wat vooral populair is bij kinderen.
De drie Upstate studenten hebben hun prothesemodellen gedemonstreerd in Central New York. Ze zijn aan het netwerken om een ​​centrale New Yorker in nood te vinden en overwegen een lokale organisatie op te zetten om de drukkerij op gang te houden, een derdejaars medisch student in Upstate.
"Toen we E-Nable vonden, zagen we dat er een hoofdstuk is in Rochester en Albany, maar niet in Central New York,. "Wat me het meest enthousiast maakte, was dat het hier niet beschikbaar is. Het is nooit echt van start gegaan, dus het leek echt alsof er in onze omgeving behoefte was en we waren enthousiast om het hier te starten. De studenten willen graag hun werk voortzetten en hopen snel iemand te kunnen helpen.
"De volgende stap is om te proberen dit in iemands handen te stoppen". "Ik denk dat het verbazingwekkend is dat je voor de kosten van twee diners een prothese hand kunt geven aan iemand. Voor mij is dat spannend. "
Zenuwen sturen prothese aan
Patiënten die belangrijke delen van een hand, arm of been verloren hebben, moeten in de toekomst hun prothese met zenuwsignalen beter kunnen sturen. Een onderzoeksgroep heeft daarvoor een veelbelovend project ontwikkeld, dat onlangs de innovatieprijs voor medische techniek heeft gekregen.
Bij het verlies van een hand kunnen patiënten tegenwoordig al hun prothese met elektrische signalen sturen, die uit de onderarmspieren zijn afgeleid. Maar wat, als deze spieren niet meer aanwezig zijn omdat de onderarm weg is?
Brain-computer-interface
Gerenommeerde onderzoeksgroepen proberen wereldwijd een ‘brain-computer-interface’ te ontwikkelen. De betrokkene moet aan een beweging denken. Elektroden op het hoofd nemen de signalen waar en een computer probeert ‘de gedachten te lezen’. Hij filtert de passende signalen uit de veelheid van hersenstromen en stuurt de desbetreffende beweging van de hand aan. Een ingewikkeld, storingsgevoelig en langzaam proces. Tussen gedachten en beweging zit ongeveer 10 seconden.
De onderzoekers proberen nu om de nog aanwezige zenuwen als impulsgever voor bewegingen te gebruiken. Daarbij wordt geprobeerd om het uiteinde van de zenuw met een speciale folie te omwikkelen, een elektrische puls af te leiden en daarmee de prothese te sturen.
RFID-techniek
In de folie bevinden zich geleidersporen en een microchip. De zenuwuiteinden (Axonen) krijgen een elektrisch contact met de geleidersporen en de chip kan de passende informatie naar buiten sturen. Daarvoor wordt een soort RFID-systeem gebruikt. Hierbij krijgt de chip van een inductiespoel van buitenaf energie en stuurt zijn informaties aan de prothese door.
Maar ook hier zit een addertje onder het gras. Onder welke omstandigheden groeien de axonen het beste in lichaamsvreemde materialen? Is dit contact blijvend, of ontstaat er na enige tijd een afstootreactie? Hoe gedraagt het folie met de geleidersporen en de chip zich in het weefsel? Deze vragen moet een onderzoeksproject in de komende jaren oplossen en zo de elementaire basis helpen ontwikkelen voor het interface.
Prothese met Fingerspitzengefühl
Het verlies van een lichaamsdeel is pijnlijk, in dubbele zin. Behalve aan wondpijn leiden de slachtoffers vaak aan zogeheten fantoompijnen. Deze pijnen zijn moeilijk te behandelen; ze laten een uitgesproken resistentie zien bij therapie. Vaak blijven de symptomen bestaan ondanks een hoge dosering pijnstillers. Het gevaar bestaat, dat de patiënten daardoor een medicijn verslaving krijgen. Een team onderzoekers van de Friedrich-Schiller-Universität Jenaheeft, samen met chirurgen van de universiteitskliniek en partners in het bedrijfsleven, bestaande handprotheses zodanig veranderd, dat verlichting van fantoompijnen na een amputatie van de onderarm kan worden gerealiseerd.
ITEM
Het centrale deel van de nieuwe ontwikkeling, die wordt gefinancierd door de Duitse ongevallenverzekering, is een stimulatie-eenheid,die met behulp van een manchet is verbonden met de bovenarmstomp van de patiënt.
Tussen duim en wijsvinger en aan de duim van de handprothese zitten druksensoren. Oorspronkelijk zouden deze alleen dienen voor het regelen van de grijpkracht van de kunsthand, afhankelijk van bijvoorbeeld het pakken van een rauw ei of een hamer. Het nieuwe systeem geeft deze sensorische informatie nu ook door van de hand naar de bovenarm. Op deze manier krijgen de hersenen een terugmelding van de prothese, alsof het de eigen hand is.
Mechanisme
Hiermee verwijzen de onderzoekers naar de oorzaak van de fantoompijn. De hersenstructuren, die oorspronkelijk voor de verwerking van het gevoel uit de arm verantwoordelijk waren, zijn na het verlies plotseling werkloos. Hierdoor ontstaat een herstructurering van het hersengebied. Deze gebieden nemen in plaats van de verwerking van sensorische prikkels uit andere lichaamsdelen, vooral die uit de armstomp en het gezicht. Daardoor ontstaat het versterkte, vaak zeer pijnlijke gevoel, de fantoom pijn.
Door de terugkoppeling tussen de nieuwe hand en de hersenen moet de herstructurering in de hersenen worden verhinderd respectievelijk teruggedraaid. De eerste patiënten hebben de systemen getest en als positief ervaren. Het gaat er nu om, dat de met terugkoppelingsystemen uitgeruste prothese door zoveel mogelijk patiënten wordt getest, om voldoende ervaringen op te doen.
De onderzoekers willen nu weten of de overdracht van de sensorische informaties uit de hand slechts enkele patiënten helpt, of dat ze als therapeutisch instrument voor alle prothesedragers geschikt is.
Gerobotiseerde protheses die in verbinding staan met de hersenen
De meeste van de robot armen die gebruikt worden is sommige protheses hebben maar beperkte mogelijkheden. Ze hebben namelijk slechts twee of drie vrijheidsgraden. Dit beperkt aantal vrijheidsgraden zorgt ervoor dat de gebruiker slechts één beweging op hetzelfde moment kan uitvoeren. En dit zorgt ervoor dat deze prothese een gelimiteerde bruikbaarheid heeft in vergelijking met de armen van de mens. Daarnaast om deze gerobotiseerde ledematen te bedienen moet dit gebeuren via een bewuste inspanning van de gebruiker. En dit zorgt ervoor dat de gebruiker niet veel anders kan doen op dat moment behalve dan het bedienen van het gerobotiseerde ledemaat. Dus er gaan een hele hoop ongemakkelijkheden gepaard met deze prothese en daarom zijn vele wetenschappers en onderzoekers op zoek om deze protheses verder te gaan ontwikkelen en optimaliseren om het gebruik ervan aangenamer en 'natuurlijker' te maken. Bij deze verdere ontwikkeling concentreert met zich vooral op de bedienen van deze gerobotiseerde protheses. Namelijk om de bediening ervan intuïtief te maken zodat de gebruiker zich niet meer concentreren op de bediening van de prothese om een beweging te laten uitvoeren.
DARPA, een instituut van het Amerikaanse ministerie van defensie dat verantwoordelijk is voor de ontwikkeling van militaire technologie, werkt actief mee in de ontwikkeling van dergelijke protheses. Het project, DEKA Research and Development, heeft als doel om een nieuwe generatie protheses te ontwikkelen die veel geavanceerder zijn en dus veel dichter aanleunen bij de menselijke ledematen. Volgens hun vermoedens zou een dergelijke generatie protheses binnen vijf à tien op de markt verkrijgbaar moeten zijn. De technologie achter deze gerobotiseerde protheses is momenteel al relatief ver ontwikkeld, namelijk hebben ze al twee prototypes gebouwd. Deze prototypes zijn protheses die kunnen bewegen met dezelfde 'handigheid' als een gewone menselijk arm en daarnaast kan deze intuïtief bestuurd worden door de gebruiker. Dit is althans hoe het er in theorie zou moeten zijn. Momenteel is men gestart met de testen van deze prototypes met mensen. Deze intuïtieve bediening is realiseerbaar door de elektrische signalen die uitgestuurd worden door de hersenen te kunnen omleiden naar de prothese en deze gaan vertalen naar de gewenste beweging van de prothese.
De eerste resultaten van deze eerste veldtesten werden onlangs voorgesteld op een conferentie in November. Bij het ontwerp van deze twee prototypes zijn er ongeveer zo'n 20 vrijheidsgraden. Dit wil zeggen dat er 20 verschillende beweging, onafhankelijk van elkaar mee uitgevoerd kunnen worden. Dit is een significant verschil met de huidige bestaande protheses aangezien deze 'slechts' twee tot drie vrijheidsgraden hebben. Ook kunnen deze prototypes van DARPA bediend worden vanuit meerdere interfaces, in plaats van één soort interface. Deze protheses met de 20 vrijheidsgraden, kunnen de nodige bewegingen uitvoeren door een inwendige systeem met hefbomen en scharnier. Maar de problemen zitten hem momenteel nog in de bediening ervan. Namelijk moet de patiënt een serieuze operatie en de nodige training ondergaan vooraleer hij deze prothese op de juiste manier kan besturen. Bij een arm-prothese moeten de resterende zenuwen van het te vervangen ledemaat moeten omgeleid worden naar de borstspier. En dus zodat wanneer de patiënt zijn arm-prothese een beweging wil laten uitvoeren, gaat daarvoor de borstspier gaan samentrekken. De samentrekking van de borstspier dient dan als bediening van de arm-prothese. Vooraleer de patiënt dit voldoende beheerd moet hij dus eerst een training ondergaan. Maar deze aanpak is slechts enkel mogelijk wanneer er nog voldoende zenuwen resteren van het te vervangen ledemaat. Maar dit is niet steeds het geval. En dus kan deze nieuwe prothese, met z'n 20 vrijheidsgraden, niet in alle gevallen ten volle benut worden.
Dus om deze beperking van de nieuwe prothese uit de weg te helpen moet er een andere manier gezocht worden om de prothese te bedienen. En de meest belovende oplossing is diegene waarbij er een manier gevonden wordt om de elektrische signalen van de hersenen te gaan omleiden naar de prothese zelf. En dus moet de tussenstap van de omleiding van de zenuwen naar de borstspier vermeden worden. Wanneer men deze elektrische signalen van de hersenen kan gebruiken voor de bediening van de prothese, kan de patiënt de arm-prothese gaan gebruiken net alsof een echte arm. Wanneer iemand een object wil oppakken, staat hij niet stil over hoe hij zijn arm, pols en vingers zal bewegen. En ook voelt men wanneer men het object dreigt te laten vallen. Dus er is een soort van twee-weg verkeer tussen de arm, pols en vingers en de hersenen. En de onderzoekers zoeken dus allerhande manier om dit twee-weg verkeer te gaan imiteren bij protheses. In laatste vijf jaar is men, in beperkte mate, gestart met hun testen van neurale implantaten bij ernstig verlamde patiënten. In deze jaren werd er bij vijf patiënten een chip geïmplanteerd. En aan de hand van deze chip kunnen deze mensen bijvoorbeeld de cursor van een computer bedienen, hun rolstoel besturen, en zelfs een grijper van een robotarm bedienen. Deze chip zorgt dus voor heel wat extra mogelijkheden voor de patiënten.
Bij meer uitgebreidere testen werden apen voorzien van een speciale chip in hun hersenen. Aan de hand van deze chip waren de apen in staat om een relatief simpele gerobotiseerde arm-prothese te gaan gebruiken. De apen konden na verloop van tijd goed overweg met de gerobotiseerde prothese. Ze gebruikten die om eten op te nemen en naar hun mond te brengen. Bij deze testen werkten ze uiteraard niet met deze nieuwe prothese die ontwikkeld werd door DARPA. Maar de apen gebruikten een veel simpelere arm-prothese. Dit zorgde wel dat er maar beperkte mogelijkheden zijn met deze simpele prothese. En zelfs de eenvoudigste taken vragen een vrij complexe robot-arm. Zoals wanneer een mens water opneemt met zijn hand en het naar zijn mond brengt om ervan te drinken, vraagt dit al 3 vrijheidsgraden voor de arm om deze bewegingen te laten uitvoeren. Dus een bruikbare robot-arm is op zich al vrij complex en dit maakt de besturing ervan dan ook complex. Een menselijke arm heeft zo'n 25 vrijheidsgraden, dit wil zeggen dat er 25 bewegingen, onafhankelijk van elkaar kunnen uitgevoerd worden.
Een aantal van vrijwilligers die meedoen aan de ontwikkeling van de prothese van het DEKA-project van DARPA worden geïmplanteerd met een aantal verschillende chips. Deze vrijwilligers hebben geen prothese maar de bedoeling van dit deel van het onderzoek is om de chips voor de bediening van de protheses te gaan ontwikkelen. Elk van deze chips zijn uitgerust met zo'n 100 elektrodes die allerhande signalen kunnen opvangen. De onderzoekers hopen dat er snel geavanceerde chips ontwikkeld worden die een grotere bandbreedte hebben. Want de informatie bandbreedte om deze nieuwe gerobotiseerde arm-prothese te bedienen is relatief groot. En hoe beter men met deze informatie om kan gaan, hoe beter de patiënt zijn prothese kan gaan gebruiken. In een volgend stadium van het onderzoek zullen deze geïmplanteerde chips verbonden worden met een telemetrie systeem. Het telemetrie systeem zal dan de ingezamelde informatie van de chips gaan verwerken en het resultaat hiervan is dan een signaal die naar de gerobotiseerde prothese verstuurd wordt. Dit signaal zal eigenlijk niet direct naar de prothese verstuurd worden, maar eerst naar een kleine processor die geïmplanteerd wordt in de borstkas van de patiënt. Daar vertaald de processor het signaal van het telemetrie systeem naar de juiste signalen voor het aansturen van de prothese. Deze signalen worden dan draadloos verzonden naar de bestemde onderdelen van de prothese.
Momenteel werden bij de gerobotiseerde protheses, die men heeft getest op apen en mensen, de verschillende signalen verzonden via draadjes. Maar de onderzoekers willen dus van deze draadjes af door ze te vervangen met de draadloze verbinding, zoals besproken hierboven. De draadjes vormen namelijk een probleem voor de patiënt, want over de loop van tijd verhogen deze het risico op infecties. Net als bij een pacemaker en dergelijke waar men ook werkt met een draadloze communicatie zal men hier een analoge aanpak toepassen. Maar hier is de communicatie een stuk complexer omwille van de complexiteit van de gerobotiseerde protheses. En tot nu toe is de capaciteit van deze bestaande toepassingen te beperkt om deze zonder meer te gaan overnemen voor de protheses. Maar aangezien er een gelijkaardige technologie vereist is hier, zal men de bestaande verder gaan ontwikkelen. En dit vormt momenteel de grootste uitdaging bij de ontwikkeling van deze gerobotiseerde protheses. Met chips die de onderzoekers bij het DEKA-project aan het onderzoeken is hopen ze een complexiteit aan te kunnen hopelijk, op zijn minst, 11 vrijheidsgraden. Een ander probleem die de onderzoekers te wachten staat is de juiste software voor het verwerken van de ingezamelde informatie door de chips in de hersenen. Tot nu toe gebruikte de software algoritmes om deze klus te klaren en bij het onderzoek met de apen bleken deze algoritmes uitstekend te werken. Maar deze algoritmes kunnen slechts 7 vrijheidsgraden aan. Dus blijft het nog de vraag wat ze gaan doen om het grotere aantal vrijheidsgraden aan te kunnen.
Maar de allergrootste uitdaging voor deze technologie wordt misschien de concurrentie met de huidige strijd. Momenteel ziet dit systeem er in theorie erg mooi en veelbelovend uit. Maar er vallen nog veel resultaten van onderzoeken en veldtesten af te wachten vooraleer deze verwachtingen waargemaakt kunnen worden. En daarnaast, indien de werking van deze technologie succesvol wordt ligt er hen nog een obstakel te wachten. Namelijk moet uiteindelijk de patiënt overtuigd kunnen worden van de voordelen van deze technologie. En één van de moeilijke punten hierbij zijn de verschillende ingrepen die de patiënt zal moeten ondergaan, zoals de sensoren die in de hersenen geplaatst moeten worden en de processor die in de borstkas geïmplanteerd moet worden. Dergelijke ingrepen brengen ook een risico met zich mee. Dus het blijft ook nog de vraag of dat de patiënten bereidt zullen zijn om dit risico te lopen.
Mens en Machine "Het Bionische Lichaam"
National Geographic Januari 2010
Etymologie: van het Griekse bios ('leven') en ica (zoals in 'elektronica'). Het onderzoek naar mechanische systemen die zich gedragen als levende organismen of als delen daarvan
Amanda Kitts wordt omringd door peuters als ze binnenkomt in het Kiddie Kottage Learning Center bij Knoxville, Tennessee. "Hallo allemaal, hoe gaat het met mijn kindjes?" vraagt ze. Al bijna twintig jaar is Kitts directrice van dit en nog twee andere kinderdagverblijven. Ze bukt om wat tegen een meisje te zeggen, en legt de handen op haar knieën, "De robotarm!" roepen een paar kinderen. "Weet je nog hoe ik een hand kan geven?" zegt Kitts. Ze steekt haar hand naar voren en draait haar pols. Een jongetje strekt aarzelend zijn hand uit om haar vingers aan te raken. De enigszins naar binnen gekromde kunstvingers zijn bekleed met vleeskleurig plastic. Onder dit laagje zijn drie motortjes,een metalen geraamte en een heleboel geavanceerde elektronica verborgen. Het geheel eindigt in een witte kom, die halverwege Kitts bovenarm de stomp omsluit die overbleef toen zij in 2006 haar arm verloor tijdens een auto-ongeluk.
Maar in haar onderbewustzijn leeft een beeld voort van een complete arm, als een fantoom. Als Kitts denkt aan het buigen van haar elleboog, beweegt ze de fantoomarm. Zenuwimpulsen schieten van haar hersenen naar de armstomp waar sensoren ze omzetten in signalen die de motortjes aansturen:de kunstarm buigt zich.
"Ik denk er niet eens bij na. Ik beweeg mijn arm gewoon," zegt de 40-jarige Kitts. Ze gebruikt dit standaardmodel en daarnaast een experimentele arm die haar nog meer controle over de bewegingen geeft. "Na mijn ongeluk voelde ik me verloren. Maar nu zie ik het leven weer zitten, want de arm wordt steeds verder verbeterd. Ooit zal ik er zelfs mee kunnen voelen en klappen als er kinderliedjes worden gezongen"
Kitts is het levende bewijs dat als vlees en botten beschadigd of zelfs helemaal verdwenen zijn, de zenuwen en die gebieden in de hersenen die deze lichaamsdelen bestuurden, voortleven.
Dankzij de ontwikkeling van microscopisch kleine elektroden en nieuwe chirurgische technieken zijn artsen nu in staat deze besturingssystemen bij sommige patiënten te verbinden met allerlei apparaten, zoals camera's, microfoons en motortjes. Het resultaat is dat blinden weer kunnen zien, doven kunnen horen en Amanda Kitts haar blouses kan opvouwen.
De apparaten die dit mogelijk maken, worden neurale prothesen genoemd –of bionische implantaten, want wetenschappers gebruiken deze term uit de sciencefictionliteratuur nu ook.
MENS EN MACHINE Operatief werden zenuwen omgeleid zodat Amanda Kitts in haar stomp spierbewegingen kan maken. De nieuwe generatie prothesen reageert hier op en werkt daardoor meer als een origineellidmaat.
Onderzoekers hebben geleerd dat het mogelijk is machines te koppelen aan de menselijke geest,maar ze weten nu ook hoe moeilijk het is die verbinding in stand te houden. Ais de kom aan de stomp van Kitts' arm maar een klein beetje verschuift, kan ze bijvoorbeeld haar hand niet meer sluiten. Toch betekent de bionica een enorme sprongvoorwaarts. Artsen en onderzoekers zijn nu in staat mensen veel meer terug te geven van wat ze zijn kwijtgeraakt dan voorheen.
"Rehabilitatie, daar draait het om in ons werk," zegt Joseph Pancrazio, programmaleider voor neurale technologie aan het National Instituut of Neurological Disorders and Stroke in de Amerikaanse staat Maryland. "Als iemand met een ruggenmergbeschadiging zelfstandig in een restaurant kan eten zander dat mensen er iets vreemds aan zien, vind ik dat we mogen spreken van succes"
Als Amanda Kitts denkt aan het buigen van haar arm, beweegt in haar hersenen haar fantoomarm,en ook de kunstarm buigt zich.'Ik sta er niet eens bij stil; zegt ze.
Op planken in het kantoor van Robert Lipschutz van het Rehabilitation Institute of Chicago (RIC) is de geschiedenis van de prothese te zien in de vorm van kunsthanden, benen en voeten. "De basistechnologie van kunstledematen is de afgelopen honderd jaar niet wezenlijk veranderd, alleen de materialen zijn anders" zegt hij. Lipschutz laat een linkerschouder met arm zien. Het schouderdeel vormt een soort borstkuras, dat met riemen wordt bevestigd. De arm heeft scharnieren bij de schouder en de elleboog en komt uit in een metalen grijptang. Om de arm te strekken moet je je hoofd naar links bewegen en met je kin een knop indrukken. Om de arm naar buiten te laten bewegen moet je hele lichaam meezwaaien. De besturing is lastig. Na twintig minuten heb je pijn in je nek vanwege de rare houding en de inspanning die het vergt om de knoppen in te drukken. Veel mensen die een arm missen laten zo'n kunstarm na verloop van tijd maar in de kast liggen.
Waarschijnlijk hebben patiënten meer baat bij een prothese van het type dat nu door Amanda Kitts wordt getest, meent Lipschutz. Die wordt bestuurd door de hersenen en niet door lichaamsdelen die eigenlijk niets met handbewegingen te maken hebben. Een nieuwe techniek, targeted muscle reinnervation geheten, gebruikt de na een amputatie achtergebleven zenuwen om een prothese te besturen. De techniek werd in 2002 voor het eerst uitgeprobeerd op een patiënt en vier jaar later kreeg ook Amanda haar prothese, nadat zij bij een aanrijding een arm verloor. "Het leek de beste keuze, in elk geval vee!beter dan motortjes met knopjes,"vertelt Tommy,haar man.
Todd Kuiken is arts en biomedisch ingenieur aan het RIC. Hij is de man achter de prothese die door het instituut 'bionische arm' werd genoemd. Hij wist dat de zenuwen in de stomp van een geamputeerde arm of been nog altijd signalen van de hersenen kunnen doorsturen. Ook wist hij dat een computer die in een prothese is ingebouwd elektromotoren kan aansturen om het lichaamsdeel in beweging te brengen. Het probleem is het tot stand brengen van een verbinding. Zenuwen geleiden elektriciteit, maar kunnen niet zomaar aan een computerkabeltje worden geknoopt. (Zenuwen en metaaldraad verdragen elkaar slecht. En een open wond waarlangs een draadje het lichaam binnendringt, kan een gevaarlijke bron van infecties zijn.)
DE BIONISCHE VROUW Kitts denkt aan een handbeweging en de spieractiviteit in haar fantoom arm, gedecodeerd door een computer op haar rug, zorgt dat de kunstarm echt beweegt. Als ze een experimentele arm aanbindt in het Rehabilitation Institute of Chicago, zegt ze: "Vaak is het of ik mijn arm helemaal niet kwijt ben."
Wat Kuiken nodig had, realiseerde hij zich, was een methode om zenuwenprikkels te ver sterken zander dat er een directe verbinding nodig was -en hij vond de oplossing. Als spieren samentrekken, komt er een stroomstootje vrij dat sterk genoeg is om te worden opgepikt door een op de huid aangebrachte elektrode, Kuiken ontwikkelde een techniek om doorgesneden zenuwen om te leiden van hun oude, beschadigde plek naar andere spieren die hun signalen kunnen versterken.
In oktober 2006 begon de arts met het opnieuw aanleggen van Amanda's bedrading. De eerste stap was het redden van de belangrijke zenuwen die ooit helemaal van haar hersenen naar het uiteinde van haar arm liepen,maar nu eindigden in haarstomp. Tijdens een gecompliceerde operatie werden deze zenuwen omgeleid naar verschil lende delen van Kitts' bovenarmspieren. Daarna groeiden de zenuwen millimeter na millimeter vast op hun nieuwe plekje.
ITEM
"Na drie maanden begon ik kriebeltjes en trekjes te voelen,"zegt Kitts. "Na vier maanden kon ik als ik mijn arm op verschillende plekken aanraakte verschillende vingers voelen" Wat zij voelde, waren delen van de fantoomarm die nog schematisch in haar hersenen lagen opgeslagen en nu weer waren verbonden met levend spierweefsel. Als Kitts dacht aan het bewegen van haar fantoomvingers, trokken er spieren samen in haar bovenarm.
Een maand later kreeg ze haar eerste bionische arm aangemeten. Deze had elektroden in de kom rond haar stomp om spiersignalen op te vangen. De grote uitdaging was nu deze signalen om te zetten in opdrachten om de elleboog en hand te laten bewegen . Het gebied op Kitts' bovenarm produceerde een flinke elektrische ruis. Ergens in deze ruis was het signaal verborgen voor 'elleboog strekken' of' pols draaien'. Om het juiste signaal naar het juiste motortje te sturen, was er een microprocessor in de prothese ingebouwd, die nog helemaal geprogrammeerd moest worden.
Dankzij Kitts' fantoomarm is het mogelijk deze signalen te lokaliseren. In een laboratorium van het RIC werkt Blair Lock aan de fijn afstelling van de microprocessor. Hij vraagt Kitts de arm los te maken, zodat hij haar stomp met elektroden kan volplakken. Ze staat voor een groot televisiescherm waarop tegen een blauwe achtergrond een los zwevende vleeskleurige arm te zien is die haar fantoomarm voorstelt. Locks elektroden registreren opdrachten van Kitts' hersenen die het uiteinde van haar stomp bereiken zodat de virtuele arm zich beweegt.Zacht pratend om Kitts niet uit haar concentratie te halen, vraagt Lock haar om haar hand te draaien met de handpalm naar binnen. "Beweeg je pols nu naar buiten, met de palm van je hand omhoog," zegt hij. De hand op het scherm beweegt zich."Is dat beter dan de vorige keer?" vraagt ze. "0 , ja, het zijn sterke signalen: ' Kitts lacht. Vervolgens vraagt Lock haar om haar duim langs haar vingers te leggen. De hand op het scherm gehoorzaamt. Kitts kijkt met grote ogen toe. "jeetje, ik wist niet eens dat ik dat kon " Ais de spiersignalen die bij een bepaalde beweging horen eenmaal zijn geïdentificeerd, wordt de computer in de arm geprogrammeerd om op zulke signalen te reageren door het juiste motortje te activeren.
Om met haar arm te oefenen verbleef Kitts enige tijd in een appartement dat werd ingericht door ergotherapeuten en dat alles bevat wat iemand met een nieuwe prothese ook thuis zoal tegenkomt. Er is een keuken met fornuis,een bestek la,een bed,een kast met kleerhangers, een badkamer, trappen en alle andere dingen die mensen dagelijks gebruiken, maar die een enorme uitdaging vormen voor mensen bij wie een ledemaat ontbreekt. Het is verbazingwekkend te zien hoe Kitts een boterham met pindakaas smeert. Ze heeft haar mouw opgerold zodat de plastic kom en haar vloeiende bewegingen zichtbaar zijn . Terwijl haar levende arm een boterham vasthoudt, pakken haar kunstvingers een mes, haar elleboog buigt zich en ze smeert de pindakaas uit.
"In het begin was het niet makkelijk,' zegt ze. "Ik probeerde de arm te bewegen, maar hij deed niet altijd wat ik wilde,"Maar ze bleef oefenen, en hoe vaker ze de arm gebruikte, hoe normaler de bewegingen aanvoelden. Kitts grootste wens is nu dat ze ook nog gevoel in de arm krijgt. Dat zou veel dingen stukken makkelijker maken, waar onder een van haar favoriete bezigheden:koffie drinken.
"Het lastige met kartonnen bekertjes is dat mijn hand zich sluit tot hij iets stevig vast heeft, maar met een kartonnen bekertje gebeurt dat nooit," zegt ze. "Dat ontdekte ik weer eens bij Starbucks. Ik kneep het koffiebekertje helemaal fijn"
De kans is groot dat ze inderdaad gevoel in haar arm en vingers zal krijgen, denkt Kuiken. In samenwerking met het Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory heeft RIC een nieuw prototype voor Kitts en enkele andere patiënten ontwikkeld dat niet alleen flexibeler is dankzij meer motoren en gewrichten maar ook drukgevoelige kussentjes op de vingertoppen heeft. De kussentjes zijn verbonden met zuiger stangetjes die in Kitts' stomp drukken. Hoe meer druk ze uitoefent, hoe sterker ze het in haar fantoomvingers voelt.
"Ik kan voelen hoe hard ik knijp," zegt ze. Ze kan ook het verschil voelen tussen iets ruws, zoals schuurpapier, en iets glads, zoals glas, omdat de stangetjes dan sneller of langzamer trillen."Ik garegel matig naar Chicago om ermee te experimenteren en dat vind ik geweldig," zegt ze. "Ik zou die nieuwe prothese het liefst meteen mee naar huis nemen. Hij zit echter veel ingewikkelder in elkaar dan de arm die ik nu mee krijg, en is nog niet helemaal betrouwbaar"
Handprothese meer en meer 'realistische
De nieuwste technieken in de productie van kunstmatige ledematen blijven hun opkomst in Europa en de ontwerp- Smarthand ("De slimme bio-adaptieve hand prothese") is het bewijs. Gefinancierd in het kader van de "Nanotechnologieën en nanowetenschappen, kennisgebaseerde multifunctionele materialen en nieuwe productieprocessen en productiemiddelen (NMP) van het Zesde Kaderprogramma (KP6), Smarthand combineert het baanbrekend onderzoek gedaan in diverse technische domeinen met neurowetenschappen. Het resultaat van het project, een kunstmatige hand werkt als een echte hand, zal mensen helpen die hebben geleden onder de amputatie van een arm aan te raken weer het gevoel van. Het project Smarthand werd gefinancierd met een totaal van 1,8 miljoen euro.
Wat maakt het prototype geavanceerde kunstmatige hand ontwikkeld door partners Smarthand , is het feit dat niet alleen kunnen simuleren van de bewegingen van een echte hand, maar geeft ook de indruk dat degenen die het gebruiken, aan te raken en te voelen. De onderzoekers zeiden dat de hand functies dankzij 4 elektrische motoren en 40 sensoren die worden geactiveerd wanneer gedrukt tegen een object. Deze sensoren te stimuleren de zenuwen van de arm voor het activeren van een deel van de hersenen die het mogelijk maakt patiënten te voelen de objecten.
Robin af Ekenstam, een geamputeerde Zweeds, was verbijsterd door de resultaten. Een agressieve tumor diagnosticatogli pols gedwongen af Ekenstam amputatie van de hand, om de kanker te voorkomen verspreiden naar de rest van het lichaam op gevaar van zijn leven. Momenteel maakt gebruik van een elektronische prothese, maar het probleem met dit apparaat is dat het hem in staat stelt om te horen, en de mogelijkheid om te manipuleren objecten minimaal zijn.
"Nu kan ik spieren te gebruiken die ik had gebruikt voor het jaar," zei af Ekenstam - de eerste geamputeerde tot de kunstmatige hand test - de tv-nieuwszender Euronews. "Het is heel moeilijk, maar als je kan controleren van een beweging, het is geweldig. Het is een gevoel dat ik voelde een zeer lange tijd. Maar nu ze weer in staat zijn om deze sensatie ervaring, dankzij de kleine motoren dat de druk op bepaalde punten van mijn hand te veroorzaken, "zei hij. "Als ik een hard voorwerp kan voelen de toppen van de vingers is vreemd, aangezien de vingers hebben geen haar. Het is verbazingwekkend. "
Geleid door de Universiteit van Lund, onderzoekers blijven werken aan de sensorische feedbacksysteem van de robot hand. De barrière is in staat om de omvang van de kabels en elektrische motoren te verminderen. Nanotechnologie zou kunnen helpen het team te lossen een aantal problemen. In het bijzonder, kan het opzetten van een verwerkingseenheid klein, bron van energie en communicatie methode voor het optimaliseren van de transcutane nell'amputato functionaliteit.
Dr. Göran Lundborg, een expert op het onderwerp van hoe de hersenen regelt de bewegingen van de hand, vertelde Euronews: "We weten dat het gebruik van de sensoren op de vingers van de kunstmatige hand, kunnen we de druk signaal over te dragen aan specifieke gebieden van de huid van de hand rust .
"Als je niet de juiste plekjes te stimuleren te vinden, weten we dat ook gebieden van het recht hersenschors beïnvloeden. Met andere woorden, als je onder druk te zetten op de index van de kunstmatige hand, zal worden geactiveerd in de hersenen oppervlakte die overeenkomt met die hand.