O echipă de cercetători italieni a au dezvoltat proteza viitorului: Este prima mână protetică controlată magnetic, care permite persoanelor amputate să reproducă toate mişcările prin simpla gândire şi să controleze forţa aplicată atunci când apucă obiecte fragile. Fără fire, fără conexiuni electrice, doar magneţi şi muşchi pentru a controla mişcările degetelor şi a permite activităţi cotidiene precum deschiderea unui borcan, utilizarea unei şurubelniţe, ridicarea unei monede.
O echipă de cercetare din cadrul Institutului de BioRobotică al Şcolii de Studii Avansate Sfânta Anna, din Pisa, Italia, coordonată de profesorul Christian Cipriani, a dezvoltat o interfaţă radical nouă între braţul rezidual al persoanei amputate şi mâna robotică pentru a decoda intenţiile motorii.
Este o modalitate complet nouă de a controla mişcările unei mâini robotizate, care permite persoanelor amputate să îşi recapete capacitatea de a efectua acţiuni zilnice, cum ar fi deschiderea unui borcan, tăierea cu un cuţit sau utilizarea unei şurubelniţe.
„Procesul pe primul pacient a fost un succes. Suntem pregătiţi să extindem aceste rezultate la o gamă mai largă de amputaţii” a declarat joi, într-un comunicat, prof. Christian Cipriani, de la Şcoala Superioară Sfânta Anna din Pisa.
Sistemul presupune implantarea unor mici magneţi în muşchii antebraţului.
Implantul, integrat cu mâna robotică Mia-Hand dezvoltată de spin-off-ul Prensilia, a fost testat cu succes pe primul pacient, un italian de 34 de ani pe nume Daniel, care a folosit proteza timp de şase săptămâni.
Rezultatele testului sunt prezentate în revista ştiinţifică Science Robotics şi reprezintă un pas înainte semnificativ pentru viitorul protezelor.
„Acest rezultat recompensează o cale de cercetare de zeci de ani. Am dezvoltat în sfârşit o proteză funcţională care răspunde nevoilor unei persoane care şi-a pierdut o mână”, a declarat prof. Christian Cipriani, profesor la Institutul de BioRobotică la Şcoala Superioară Sfânta Ana.
Controlul miochinetic pentru dezvoltarea unei proteze naturale
Controlul miocinetic: decodarea intenţiilor motorii prin intermediul magneţilor implantabili în muşchi. Aceasta este frontiera explorată de echipa de cercetare italiană pentru a revoluţiona viitorul protezelor.
Ideea din spatele noii interfeţe, dezvoltată în cadrul proiectului MYKI, finanţat de Comisia Europeană prin intermediul unui ERC Starting Grant, este de a utiliza magneţi mici, de câţiva milimetri, care să fie implantaţi în muşchii reziduali ai braţului amputat şi să utilizeze mişcarea rezultată din contracţie pentru a deschide şi închide degetele.
„Există 20 de muşchi în antebraţ şi mulţi dintre ei controlează mişcările mâinii. Multe persoane care şi-au pierdut o mână continuă să o simtă ca şi cum ar fi încă la locul ei, iar muşchii reziduali se mişcă drept răspuns la comenzile venite din creier”, explică prof. Cipriani.
Echipa de cercetare a cartografiat mişcările şi le-a tradus în semnale pentru a ghida degetele mâinii robotice. Magneţii au un câmp magnetic natural care poate fi uşor localizat în spaţiu. Atunci când muşchiul se contractă, magnetul se mişcă şi un algoritm special traduce această schimbare într-o comandă specifică pentru mâna robotică.
Primul pacient care a testat noua proteză
Daniel şi-a pierdut mâna stângă în septembrie 2022. „M-am trezit brusc fără mână: într-o clipă o aveam şi în clipa următoare nu mai era”. A fost selectat ca voluntar pentru studiu deoarece încă simţea prezenţa mâinii sale, iar muşchii reziduali din braţ răspundeau intenţiilor sale de mişcare.
În aprilie 2023, tânărul a suferit o intervenţie chirurgicală pentru a i se implanta magneţi în braţ. Intervenţia chirurgicală a fost efectuată la Azienda Ospedaliero-Universitaria Pisana (AOUP), graţie colaborării unei echipe coordonate de dr. Lorenzo Andreani de la Unitatea operatorie de ortopedie şi traumatologie 2, dr. Manuela Nicastro de la Unitatea de anestezie şi reanimare a Centrului de ortopedie şi arsuri şi dr. Carmelo Chisari de la Unitatea de neuroreabilitare.
„Acesta este un progres semnificativ în domeniul medicinei protetice avansate - spune dr. Lorenzo Andreani - Operaţia a avut succes datorită unui proces atent de selecţie a pacienţilor bazat pe criterii stricte. Una dintre cele mai complexe provocări a fost identificarea muşchilor reziduali din zona de amputare, care au fost selectaţi cu precizie folosind imagistica RMN şi electromiografia preoperatorie. Cu toate acestea, starea reală a ţesutului, din cauza cicatricilor şi fibrozei, a necesitat o adaptare intraoperatorie”.
În ciuda acestor dificultăţi, echipa a reuşit să finalizeze implantul şi să stabilească conexiunile. Rezultatul pozitiv al operaţiei reprezintă un important pas înainte în cercetarea medicală.
Şase magneţi au fost implantaţi în braţul tânărului. Pentru fiecare, echipa de chirurgi şi medici a localizat şi izolat muşchiul, a poziţionat magnetul şi a verificat dacă câmpul magnetic este orientat în acelaşi mod.
„Pentru a facilita legătura dintre braţul rezidual în care au fost implantaţi magneţii şi mâna robotizată, am realizat o priză protetică din fibră de carbon care conţine sistemul electronic capabil să localizeze mişcarea magneţilor”, spune prof. Cipriani.
Rezultatele experimentului au depăşit cu mult cele mai optimiste aşteptări. Tănărul a fost capabil să-şi controleze mişcările degetelor, a luat şi a mutat obiecte de diferite forme, a efectuat acţiuni clasice de zi cu zi, cum ar fi deschiderea unui borcan, utilizarea unei şurubelniţe, tăierea cu un cuţit, închiderea unui fermoar; el a fost capabil să controleze forţa atunci când a trebuit să apuce obiecte fragile.
„Acest sistem mi-a permis să recuperez senzaţiile şi emoţiile pierdute: mă simt ca şi cum mi-aş mişca propria mână”, a comentat tânărul.
Paşii următori
„Suntem pregătiţi să extindem aceste rezultate la o gamă mai largă de amputaţii", spune dr. Cipriani, adăugând că lucrările privind acest nou implant continuă datorită finanţărilor europene şi naţionale.
Printre acestea, proiectul MYTI, finanţat de Consiliul European pentru Cercetare, care vizează traducerea clinică a interfeţei dezvoltate; proiectul Fit For Medical Robotics, finanţat de Ministerul Universităţii şi Cercetării, şi colaborările cu INAIL Centro Protesi.
Foto: Teste experimentale cu proteza robotică: pacientul apucă o cană de plastic. Credit: Şcoala Superioară Sfânta Ana din Italia, septembrie 2024.
