Prothese der Zukunft erleichter alltägliche Handlungen
Italienische Forschende haben die erste magnetisch gesteuerte Handprothese entwickelt, mit der Menschen mit Amputationen Aufgaben ausführen können wie z. B. eine Münze aufheben, ein Glas öffnen und die Schnürsenkel binden. Die Roboterhand benötigt weder Drähte noch elektrische Verbindungen, sondern lediglich Magnete und Muskeln zur Steuerung der Fingerbewegungen.
Die Kraft der kleinen Magnete
Diese Leistung ist dank der Entwicklung einer völlig neuen Schnittstelle zwischen dem Restarm des Menschen mit Amputation und der Roboterhand möglich, die motorische Absichten entschlüsselt. Bei dem von Forschenden mit Unterstützung des EU-finanzierten Projekts MYKI entwickelten System werden nur wenige Millimeter große Magnete in die Restmuskulatur des Unterarms implantiert. Das Implantat, das in die von Prensilia – einem Spin-Off des MYKI-Projektkoordinators Scuola Superiore Sant’Anna, Italien – entwickelte Roboterhand Mia Hand integriert wurde, wurde sechs Wochen lang erfolgreich an einer ersten Person getestet. Die Ergebnisse werden in der Zeitschrift „Science Robotics“ vorgestellt. Über ein weiteres EU-finanziertes Projekt namens MYTI soll die Lösung nun weiter vorangetrieben werden, damit sie in der Standardversorgung eingesetzt werden kann. An der Studie nahm zunächst der 34-jährige Daniel teil, der im September 2022 seine linke Hand verloren hatte. „Ich hatte plötzlich keine Hand mehr: In einem Moment hatte ich sie noch und im nächsten war sie weg“, bemerkt der Patient in einer Pressemitteilung, die auf der Website der Scuola Superiore Sant’Anna veröffentlicht wurde. Er wurde für die Studie ausgewählt, da er seine Hand noch spüren konnte, als ob sie noch da wäre, und die Restmuskeln in seinem Arm auf Befehle seines Gehirns reagierten. Im April 2023 unterzog sich Daniel einer Operation, bei der Magnete in seinen Arm implantiert wurden. „Es handelt sich um einen bedeutenden Fortschritt auf dem Gebiet der modernen prothetischen Medizin“, kommentiert Dr. Lorenzo Andreani vom Universitätskrankenhaus Pisa, Mitautor der Studie, der den Erfolg der Operation auf die nach strengen Kriterien durchgeführte Patientenauswahl zurückführt. „Eine der komplexesten Herausforderungen war die Erkennung der Restmuskeln im Amputationsbereich, die mithilfe der präoperativen MRT-Bildgebung und Elektromyographie genau ausgewählt wurden. Allerdings erforderte der tatsächliche Gewebezustand aufgrund von Vernarbung und Fibrose eine intraoperative Anpassung.“ In Daniels Arm wurden sechs sehr kleine Magnete implantiert. Für jeden Magneten musste das medizinische Team den Muskel lokalisieren und isolieren, den Magneten positionieren und überprüfen, ob das Magnetfeld in die gleiche Richtung ausgerichtet war. „Um die Verbindung zwischen dem verbleibenden Arm, in den die Magnete implantiert wurden, und der Roboterhand zu erleichtern, haben wir einen Prothesenschaft aus Kohlefaser hergestellt, der das elektronische System enthält, das die Bewegung der Magnete lokalisieren kann“, bemerkt Prof. Christian Cipriani von der Scuola Superiore Sant’Anna, der Hauptautor der Studie. Die Ergebnisse waren deutlich besser als erhofft. Daniel konnte die Bewegungen seiner Finger kontrollieren, Gegenstände unterschiedlicher Form aufheben und bewegen und Handlungen ausführen wie z. B. ein Glas öffnen, einen Schraubendreher benutzen und mit einem Messer schneiden. Wenn er zerbrechliche Gegenstände anfasste, konnte er sogar die Kraft kontrollieren. „Dieses Ergebnis belohnt jahrzehntelange Forschung“, so Prof. Cipriani. „Wir verfügen endlich über eine funktionelle Prothese, die den Bedürfnissen eines Menschen entspricht, der eine Hand verloren hat.“ Das Team ist nun bereit, die Ergebnisse auf ein breiteres Spektrum von Amputationen auszuweiten. Das Projekt MYKI (A Bidirectional MyoKinetic Implanted Interface for Natural Control of Artificial Limbs) endete im Jahr 2023. Das auf 18 Monate angelegte Projekt MYTI (MYokinetic Towards Innovation) endet im Oktober 2025. Weitere Informationen: MYKI-Projektwebsite Projekt MYTI
Schlüsselbegriffe
MYKI, MYTI, Prothese, Hand, Roboterhand, Mensch mit Amputation, Muskel, Arm, Magnet