Medizintechnik

Mediziner entwickeln gedankengesteuerte Beinprothese

Forschern ist ein Durchbruch bei gedankengesteuerten Prothesen für Beine, Knie und Füße gelungen. Ein Chip im Beinstumpf überträgt den Muskelimpuls auf die Prothese. Bisher war dies nur für die oberen Gliedmaßen möglich.

Das biomedizinische Unternehmen Össur hat eine Beinprothese entwickelt, die durch die Gedanken des Trägers gesteuert wird. In die künstlichen Gliedmaßen wird ein Computerchip eingebaut, der über einen Funksensor Signale erhält. Der Sensor befindet sich im Muskelgewebe.

Im Gliedmaßenstumpf befinden sich die Überreste der Muskelstränge. Dort wird ein Sensor implantiert, der in Echtzeit die Muskelreize an den Chip in der Prothese überträgt. Das künstliche Bein reagiert schnell auf die Signale und macht einen ununterbrochenen Bewegungsablauf möglich.

Össur hat diese Technologie mit verschiedenen Prothesentypen getestet und die Ergebnisse sind durchweg überzeugend. Der drahtlose Verbund zwischen Muskel und Prothese erlaubt es dem Träger, seinen natürlichen Bewegungsablauf wiederzuerlangen.

Die Technologie der Muskelimpuls-Übertragung ist nicht neu, allerdings gab es früher andere Ansätze. Der Sensor wurde bisher auf die Hautoberfläche gelegt. Dort nahm er die Muskelimpulse auf. Es ist so nur schwer möglich, bestimmte Impulse isoliert zu erkennen. Außerdem erfordert der Einsatz einer solchen Prothese sehr viel Übung.

Die Nutzung der alten Varianten zu perfektionieren zog einen langen Lernprozess mit sich und viele Anwender waren von der Technik stark frustriert. Die Antwort lag in einer gezielteren Sensorverwendung. Mehrere Sensoren erfassen lediglich bestimmte Muskelreize und geben diese weiter.

Die Multi-Sensor-Methode funktioniert gut an den oberen Gliedmaßen. Sogar künstliche Hände können so kontrolliert werden. Weniger erfolgreich war es aber im Bereich der unteren Gliedmaßen. Für die Bewegung der oberen Gliedmaßen ist häufig eine bewusste Kontrolle des Handelns notwendig.

Arme und Hände werden verwendet, um ganz unterschiedliche Bewegungen auszuführen. Das Öffnen eines Buches oder das Arbeiten mit einem Schraubenzieher erfordern eine gezielte Muskelsteuerung. Beine werden weniger bewusst eingesetzt. Die Fortbewegung ist zum großen Teil ein Automatismus und es kommt regelmäßig zum Einsatz von unkontrollierbaren Reflexen. Reflexe werden vom Rückenmark ausgelöst und sie entstehen ohne einen direkten Befehl vom Gehirn.

Wir sind ohne Probleme in der Lage, in einen Schuh zu schlüpfen, ohne uns der Komplexität des gesamten Bewegungsvorgangs bewusst zu sein. Beine und Füße tun ganz einfach das, was sie tun sollen. Würde das neuromuskuläre System nicht auf diese Mechanismen zurückgreifen, wären wir kaum in der Lage, eine Treppe herunterzugehen.

Die gedankengesteuerte Prothesen-Technologie von Össur soll kompatibel mit bionischen Füßen, Knien und Beinen der Firma sein. Die computerunterstützten bionischen Prothesen sind in der Lage, in Echtzeit die Fähigkeit zu erlernen, sich dem Gang des Trägers anzupassen. Auch die Bewegungsgeschwindigkeit und das Terrain werden erkannt.

Das Steuersystem arbeitet mit dem sogenannten Implantable MyoElectric Sensor (IMES), der von der Alfred Mann Foundation entwickelt wurde. Die Sensoren haben die Größe eines Streichholzes und werden direkt in den Muskel eingepflanzt. Innerhalb der Prothese befindet sich ein Spiraldraht-Empfänger, der die Impulse an den Computerchip überträgt.

Der IMES und die computergesteuerte Prothese wirken gemeinsam als eine Art kybernetisches Rückenmark. Die künstlichen Extremitäten werden also nicht über ein bewusstes Signal gesteuert, sondern durch unbewusste Befehle, ähnlich der Reflexe aus dem Rückenmark.

„Diese Technologie erlaubt es dem Nutzer, den Einsatz der Prothese intuitiver und integrativer zu erfahren“, sagt Thorvaldur Ingvarsson, Leiter des Prothesen-Projektes. Weiterhin gibt er an, dass die physikalische Bewegung der Prothese den Intentionen des Trägers entspricht. Anwender müssen nicht darüber nachdenken, dass sie das Bein bewegen möchten. Es bewegt sich passend zum geplanten Bewegungsablauf. Die unterbewussten Reflexe, die diesen Teil der Bewegung steuern, werden durch die myoelektrischen Impulse nachgeahmt.

Im Rahmen des Forschungsprojektes haben zwei Probanden bereits für ein Jahr mit den implantierten Sensoren gelebt. Beide sind äußerst positiv von der Technologie überrascht und werden künftig auch an einer entsprechenden klinischen Studie teilnehmen.

Jon Sigurdsson, Präsident und CEO von Össur, ist mit der neuen Technologie mehr als zufrieden: „Gedankengesteuerte bionische Beinprothesen sind ein bemerkenswerter klinischer Durchbruch für die nächste Generation von Bionic-Technologie. Durch die Anpassung, nicht nur auf gezielte Bewegungen des Einzelnen, sondern auch auf intuitive Aktionen, sind wir näher als je zuvor daran, Prothesen erstellen zu können, die voll und ganz in den Nutzer integriert werden.“

 

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