Tai pirmoji magnetiniu būdu valdoma protezinė ranka, leidžianti amputuotiems asmenims atkurti visus judesius tiesiog mąstant ir valdyti jėgą, taikomą sugriebiant trapius daiktus. Jokių laidų, jokios elektros jungties, tik magnetai ir raumenys, leidžiantys valdyti pirštų judesius ir įgalinti kasdienes veiklas, tokias kaip stiklainio atidarymas, atsuktuvo naudojimas, monetos paėmimas.
Mokslininkų grupė iš Pizos Scuola Superiore Sant'Anna BioRobotics instituto, koordinuojama prof. Christiano Cipriani, sukūrė radikaliai naują sąsają tarp amputuoto asmens likutinės rankos ir roboto rankos, kad iššifruotų motorinius ketinimus.
Sistema apima mažų magnetų implantavimą į dilbio raumenis. Implantas, integruotas su „Mia-Hand“ robotine ranka, kurią sukūrė „Prensilia“, buvo sėkmingai išbandytas su pirmuoju pacientu, 34 metų italu Danieliumi, kuris protezą naudojo šešias savaites.
Tyrimo rezultatai buvo pateikti žurnale Mokslo robotika ir yra reikšmingas žingsnis į priekį protezų ateičiai.
„Šis rezultatas atlygina už dešimtmečius trukusį mokslinių tyrimų kelią. Pagaliau sukūrėme funkcinį protezą, atitinkantį rankos netekusio žmogaus poreikius”, – sako Scuola Superiore Sant'Anna BioRobotikos instituto profesorius Christianas Cipriani.
Miokinetinė kontrolė natūralaus protezo vystymuisi
Miokinetinė kontrolė – tai motorinių ketinimų dekodavimas implantuojamų magnetų pagalba raumenyse. Tai yra riba, kurią ištyrė Scuola Superiore Sant'Anna tyrimų grupė, siekdama pakeisti protezų ateitį.
Naujos sąsajos, sukurtos kaip MYKI projekto dalis, idėja yra naudoti nedidelius, kelių milimetrų dydžio magnetus, implantuojamus į likusius amputuotos rankos raumenis ir naudojant susitraukimo susijusį judesį atidarant ir uždarant ranką. pirštai.
„Dilbyje yra 20 raumenų ir daugelis iš jų kontroliuoja rankų judesius. Daugelis žmonių, praradusių plaštaką, jaučia, kad ji vis dar yra vietoje, o likę raumenys juda reaguodami į smegenų komandas”, – sakė jis. Cipriani paaiškina.
Tyrėjų komanda suplanavo judesius ir pavertė juos signalais, kuriais vadovaujasi roboto rankos pirštai. Magnetai turi natūralų magnetinį lauką, kurį galima lengvai lokalizuoti erdvėje. Kai raumuo susitraukia, magnetas juda, o specialus algoritmas paverčia šį pokytį konkrečia komanda robotinei rankai.
Pirmas pacientas, išbandęs naująjį protezą
Danielis neteko kairės rankos 2022 metų rugsėjį: „Staiga atsidūriau be rankos: vieną akimirką ją turėjau, o kitą akimirką jos nebebuvo“. Jis buvo pasirinktas savanoriu tyrimui, nes vis dar jautė rankos buvimą, o likę rankos raumenys atsiliepė į jo judėjimo ketinimus.
2023 m. balandį Danieliui buvo atlikta operacija, per kurią į ranką buvo implantuoti magnetai. Operacija buvo atlikta Azienda Ospedaliero-Universitaria Pisana (AOUP), bendradarbiaujant komandai, kurią koordinavo dr. Lorenzo Andreani iš Ortopedijos ir traumatologijos 2 operatyvinio skyriaus, dr. Manuela Nicastro iš anestezijos ir reanimacijos ortopedijos ir nudegimų. Centro padalinys ir Dr. Carmelo Chisari iš Neuroreabilitacijos skyriaus.
„Tai reikšminga pažanga pažangios protezų medicinos srityje“, – sako daktaras Lorenzo Andreani.
„Operacija buvo sėkminga dėl kruopštaus paciento atrankos proceso, pagrįsto griežtais kriterijais. Vienas iš sudėtingiausių iššūkių buvo amputacijos srities liekamųjų raumenų nustatymas, kurie buvo tiksliai atrinkti naudojant priešoperacinį MRT ir elektromiografiją. Tačiau faktinė paciento būklė audinys dėl randų ir fibrozės prireikė intraoperacinės adaptacijos.
„Nepaisant šių sunkumų, mums pavyko užbaigti implantą ir užmegzti ryšius – sėkmė, kuri būtų neįmanoma be išskirtinės komandos bendradarbiavimo, kuriai norėčiau padėkoti.
„Pradedant dr. Manuela Nicastro, anestezijos vadovu, iki slaugytojų, kurios dirbo su atsidavimu ir profesionalumu, ryžtingai prisidėjusios prie teigiamų operacijos rezultatų, o tai yra svarbus žingsnis į priekį atliekant medicininius tyrimus.
Danieliui į ranką buvo implantuoti šeši magnetai. Kiekvienam iš jų chirurgų ir gydytojų komanda nustatė ir izoliavo raumenį, nustatė magneto padėtį ir patikrino, ar magnetinis laukas orientuotas taip pat.
„Siekdami palengvinti ryšį tarp likusios rankos, kurioje buvo implantuoti magnetai, ir roboto rankos, pagaminome anglies pluošto protezų lizdą, kuriame yra elektroninė sistema, galinti lokalizuoti magnetų judėjimą“, – aiškina Cipriani.
Eksperimento rezultatai gerokai pranoko pačius optimistiškiausius lūkesčius. Danielius galėjo valdyti pirštų judesius, paimti ir judinti įvairių formų daiktus, atlikti klasikinius kasdienius veiksmus, tokius kaip stiklainio atidarymas, atsuktuvas, pjovimas peiliu, užtrauktuko uždarymas; jis taip pat sugebėjo valdyti jėgą, kai turėjo sugriebti trapius daiktus.
„Ši sistema leido man susigrąžinti prarastus pojūčius ir emocijas: toks jausmas, lyg judinčiau savo ranką“, – sako Danielis.
„Pamatyti, kad šiame tyrime atliktas ilgus metus trukęs tyrimų darbas buvo didžiulė emocija. Dirbdami kartu su Danieliu supratome, kad galime daug padaryti, kad pagerintume jo ir daugelio kitų žmonių gyvenimą. Tai yra didžiausia motyvacija. tai skatina mus tęsti savo darbą ir visada daryti geriau“, – aiškina Marta Gherardini, Scuola Superiore Sant'Anna docentė ir pirmoji tyrimo autorė.
„Mes esame pasirengę išplėsti šiuos rezultatus į platesnį amputacijų spektrą”, – daro išvadą Cipriani. „Tiesą sakant, mūsų darbas su šiuo nauju implantu vyksta dėl Europos ir nacionalinio finansavimo.
Teikia Sant'Anna aukštųjų studijų mokykla, Piza