Externe Prothesen

Die jüngsten Fortschritte in der Materialwissenschaft und Technologie haben zu bedeutenden Fortschritten bei Prothesen geführt. Es ist zwar verlockend, sich vorzustellen, dass diese Gliedmaßen dem Träger eine Art übermenschliche Fähigkeiten verleihen, doch in Wirklichkeit versuchen die Forscher derzeit lediglich, die Funktionalität und den Bewegungsumfang einer gesunden menschlichen Gliedmaße nachzubilden. Das ist schwieriger, als es klingt.

Überlegen Sie mal: Wenn Ihre Nase juckt, kratzen Sie sie. Aber überlegen Sie einmal, wie Sie das eigentlich machen. Zuerst musst du deinen Ellbogen beugen und deinen Unterarm anheben, damit er sich in der richtigen Position nahe deiner Nase befindet. Dann müssen Sie Ihren Unterarm in den gewünschten Winkel drehen, damit Ihr Finger Ihre Nase erreichen kann, dann einen Finger ausstrecken und ihn wiederholt auf der juckenden Stelle auf und ab bewegen. Dabei müssen Sie den richtigen Druck ausüben, um den Juckreiz zu stoppen, ohne dabei die Haut abzukratzen. Wie Sie sich vorstellen können, ist es eine ziemliche Herausforderung, ein Roboterglied zu entwickeln, das all diese Dinge nahtlos, einfach und schnell erledigen kann.

Auch wenn es nicht so aussieht, als ob man ein „High Five“ gibt oder eine Treppe hinaufgeht, arbeitet das Gehirn hinter den Kulissen (oder in Ihrem Kopf) ständig daran, Ihnen zu helfen, selbst die einfachsten Gesten auszuführen. Nerven, Muskeln, Synapsen, Hirnrinden – sie alle müssen nahtlos zusammenarbeiten, damit Sie diese Aufgaben ausführen können.

Es ist diese Interaktion zwischen Denken, Handeln und Reagieren, die Forscher auf der ganzen Welt versuchen, in ihren bionischen Technologien nachzubilden.

Eine Reihe von bionischen Gliedmaßenprothesen sind jetzt erhältlich, die beginnen, einige der Funktionen der ursprünglichen verlorenen Gliedmaßen nachzuahmen. Andere befinden sich noch in der Forschungs- und Entwicklungsphase, sind aber sehr vielversprechend. Werfen wir einen Blick auf einige von ihnen.

Myoelektrische Gliedmaßen

Traditionell wurden Prothesen für die oberen Gliedmaßen durch den Körper angetrieben, wobei Kabel und Gurte verwendet wurden, die an der Person befestigt waren und sich auf die Bewegungen des Körpers stützten, um die Kabel zur Steuerung der Prothese zu manipulieren. Dies kann körperlich anstrengend, umständlich und unnatürlich sein.

Myoelektrische Gliedmaßen werden von außen angetrieben und verwenden eine Batterie und ein elektronisches System zur Steuerung der Bewegung. Jede Prothese ist eine Sonderanfertigung, die mit Hilfe von Saugtechnik am Stumpf befestigt wird.

Nachdem das Gerät sicher befestigt ist, erkennt es mit Hilfe elektronischer Sensoren selbst die kleinsten Spuren von Muskel-, Nerven- und elektrischer Aktivität in der verbleibenden Gliedmaße. Diese Muskelaktivität wird auf die Hautoberfläche übertragen, wo sie verstärkt und an Mikroprozessoren gesendet wird, die die Informationen zur Steuerung der Bewegungen der künstlichen Gliedmaße verwenden.

Auf der Grundlage der mentalen und physischen Stimuli des Benutzers bewegt sich die Gliedmaße und verhält sich ähnlich wie ein natürliches Anhängsel. Indem der Benutzer die Intensität der Bewegung seiner vorhandenen Funktionsmuskeln variiert, kann er Aspekte wie Kraft, Geschwindigkeit und Griffigkeit der bionischen Gliedmaße steuern. Wenn Muskelsignale zur Steuerung der Prothese nicht verwendet werden können, können Schalter mit einer Wippe, einem Pull-Push- oder einem Touchpad verwendet werden. Durch die Hinzufügung von Sensoren und motorisierten Bedienelementen wird die Geschicklichkeit verbessert, so dass die Benutzer Aufgaben wie das Öffnen einer Tür mit einem Schlüssel oder das Herausnehmen von Karten aus einer Brieftasche erledigen können.

Eines der Merkmale dieser Technologie ist die „Autograsp“-Funktion, die die Spannung automatisch anpasst, wenn sie eine Veränderung der Umstände erkennt (z. B. das Halten eines Glases, das dann mit Wasser gefüllt wird). Ein zusätzlicher Vorteil der myoelektrischen Gliedmaßen ist, dass sie wie herkömmliche körpereigene Geräte so gestaltet werden können, dass sie das Aussehen einer natürlichen Gliedmaße nachahmen.

Die Nachteile dieser Technologie sind, dass sie durch die Batterie und den Motor im Inneren schwer und teuer ist und dass es eine leichte Zeitverzögerung zwischen dem Benutzer, der einen Befehl sendet, und dem Computer, der diesen Befehl verarbeitet und in die Tat umsetzt, gibt.

Osseointegration

Ein weiterer Durchbruch bei bionischen Gliedmaßen ist die „Osseointegration“ (OI). Abgeleitet vom griechischen „osteon“, was Knochen bedeutet, und dem lateinischen „integrare“, was „ganz machen“ bedeutet, geht es bei diesem Verfahren darum, einen direkten Kontakt zwischen lebendem Knochen und der Oberfläche eines synthetischen – oft titanbasierten – Implantats herzustellen.

Bei dem 1994 erstmals durchgeführten Verfahren wird ein skelettintegriertes Titanimplantat verwendet, das durch eine Öffnung (Stoma) im Stumpf mit einer externen Prothese verbunden wird. Die direkte Verbindung zwischen Prothese und Knochen hat mehrere Vorteile:

1. Sie bietet mehr Stabilität und Kontrolle und kann den Energieaufwand verringern.
2. Sie erfordert keine Absaugung für die Aufhängung, was sie für den Benutzer einfacher und bequemer macht.
3. Die Gewichtsbelastung wird auf den Oberschenkelknochen, das Hüftgelenk, das Schienbein oder einen anderen Knochen zurückgeführt, wodurch die Möglichkeit von Degeneration und Atrophie, die mit herkömmlichen Prothesen einhergehen können, verringert wird.

Traditionell erfordert das Verfahren zwei Operationen. Der erste umfasst das Einsetzen von Titanimplantaten in den Knochen und oft auch eine umfangreiche Weichteilrevision. In der zweiten Phase, die etwa sechs bis acht Wochen später stattfindet, wird das Stoma verfeinert und die Hardware angebracht, die das Implantat mit der externen Beinprothese verbindet. Allmählich beginnen Knochen und Muskeln um das implantierte Titan auf der Knochenseite zu wachsen, so dass ein funktionelles bionisches Bein entsteht. Die externe Prothese kann innerhalb weniger Sekunden leicht an der Schnapp-KupplungGLOSSAR – Schnapp-Kupplung – der Teil eines Implantats, der durch das Gewebe ragt und eine Prothese tragen soll – befestigt und entfernt werden. Vor kurzem konnte der australische Chirurg Associate Professor Munjed Al Muderis den Eingriff in einer einzigen Operation durchführen.

Da die Prothese direkt am Knochen befestigt ist, verfügt sie über einen größeren Bewegungsspielraum und eine bessere Kontrolle, und in einigen Fällen konnten die Träger über die Knochenwahrnehmung taktile Unterschiede zwischen Oberflächen (z. B. Teppich und Fliesen) erkennen.

Gangtraining, Kräftigung und Rehabilitation sind wichtige Bestandteile der vor- und nachchirurgischen Behandlung. Viele Empfänger der neuen Technologie konnten bereits wenige Wochen nach der Operation selbstständig gehen und einen Großteil ihrer Lebensqualität zurückgewinnen.

Eine weitere Entwicklung auf dem Gebiet der künstlichen Intelligenz ist die Einführung von Produkten mit einer porösen Metallkonstruktion, wie z. B. Titanschaum. Herkömmliche Implantate, die für den Oberschenkelknochen bestimmt waren, waren bei der Anwendung auf das Schienbein nicht erfolgreich, da die proximale Knochenstruktur des Schienbeins sehr schwammig ist. Associate Professor Al Muderis hat Pionierarbeit für ein 3D-gedrucktes Schaumstoffimplantat geleistet, das erfolgreich bei Unterschenkelamputierten eingesetzt wird. Diese 3D-gedruckten Metallschäume können die Knocheninfiltration sowie die Bildung und das Wachstum von Gefäßsystemen innerhalb des definierten Bereichs fördern und unterstützen. Auf diese Weise ermöglicht der poröse, knochenähnliche Metallschaum den Beginn der OsteoblastenGLOSSARYosteoblasta-Zelle, die die Knochensubstanz absondert. aktivität.

Empfänger des OI-Verfahrens sagen, dass es sich fast wie ein echter Knochen anfühlt. Die Nachteile dieser Art von Prothese sind, dass sie kostspielig ist (im Allgemeinen über 80.000 AUD) und für viele Arten von Amputierten ungeeignet ist.