Robotprotes som kan styras med tanken
För första gången har en robotarm som kan styras med tanken opererats fast på en patient.
- Den nya tekniken är ett stort genombrott som innebär många fördelar för personer som är amputerade, jämfört med den begränsade teknologi som finns i dag, konstaterar Rickard Brånemark, docent och överläkare som ledde operationen.
Bakom robotarmen står det Göteborgsbaserade medtech-företaget Integrum, som utvecklar nästa generations protessystem i samarbete med akademin.
Genom att använda ett titanimplantat som inkörsport skapas en unik benintegrerad protes som kan styras med tanken. Med den ska projektet Osseointegrated Humanmachine Gateway skapa nya möjligheter för patienter som förlorat en hand eller arm. Projektet Osseointegrated Human-Machine Gateway, OHMG, som har pågått i snart tre år är ett samarbete mellan flera universitetsinstitutioner, Sahlgrenska Universitetssjukhuset och det medicintekniska företaget Integrum. Doktoranden Max Ortiz Catalan har designat mjukvaran som ska göra det möjligt att styra robotarmen med tanken. Lite ovanligt för ett kommersiellt projekt är att mjukvaran är byggd med öppen källkod.
– Trots att Integrum är ett vinstdrivande företag så såg vi större möjligheter i att utveckla riktigt användbara algoritmer om vi även tog hjälp av andra programutvecklare, säger Max Ortiz Catalan, doktorand i medicinsk teknik på Chalmers.
De mest avancerade proteserna med robotteknik som finns på marknaden i dag är utvecklade av forskaren Todd Kuiken i Chicago och bygger på så kallad targeted muscle reinnervation, TMR. Metoden går till så att ändarna på de nervknippen som normalt löper ner i handen flyttas över till en kvarvarande muskel med hjälp av en operation. Vilken muskel det rör sig om beror på hur stor del av armen som finns kvar, är den helt borta använder man bröstmuskeln. Muskeln får sedan fungera som en förstärkare av nervsignalerna från hjärnan till handen. Med hjälp av elektroder som fästs på huden kan patienten styra robotarmens rörelser med tanken.
– Det är en bra metod men den har vissa brister. I och med att elektroderna fästs på huden så fungerar protesen sämre om patienten svettas eller blir kall. Dessutom är gamla hylstypen vilket betyder att man fortfarande måste använda sig av remmar för att den ska sitta kvar, säger Max Ortiz Catalan.
Initiativtagare ti ll OHMG-projektet är Rickard Brånemark, ortopedkirurg och forskare. Han är även vd och grundare till det medicintekniska företaget Integrum.
– Det är ett stort projekt med både nationella och internationella partners från olika lärosäten men kärntruppen består framför allt av personer från avdelningen för ortopedi på Göteborgs Universitet och Max Ortiz Catalan som ansvarar för teknikbiten, säger Rickard Brånemark.
I stället för den traditionella hylsprotesen som fästs med remmar så är OHMG-lösningen uppbyggd kring företaget Integrums egen produkt, ett titanimplantat som opererats in och får växa fast i skelettet, så kallad osseointegration. Tekniken är baserad på Brånemarkskruven som i dag används flitigt världen över för att förankra tandimplantat och som uppfanns av Rickards pappa Per-Ingvar Brånemark i mitten på 60-talet. Vidare forskning på arm- och benimplantat resulterade i bildandet av företaget
Integrum 1998.
– Vi har hunnit få ganska mycket erfarenhet av osseointegration i armar och ben också eftersom det första benimplantatet opererades in på en amputerad patient redan 1990, säger Rickard Brånemark.
Integrums patent för implantaten har gått ut och även om bolaget varit mer eller mindre ohotat inom området finns det nu en ytterligare två bolag i Europa som sysslar med titanimplantat i armar och ben.
– Det finns bland annat ett bolag i Tyskland som gör liknande saker. Även om vi har flera års försprång så märker man att det börjar röra på sig nu. Då gäller det att jobba för att stanna i toppen.
Rickard Brånemark har stora planer för Integrum och satsar på att expandera företaget inom de närmaste åren. Ett av de prioriterade målen är att nå jättemarknaden USA. Men för att kunna genomföra det behövs mer pengar.
– Vi har fått fem miljoner av Vinnova och hoppas på fortsatt finansiering från dem, men vi skulle inte ha något emot att hitta en industripartner som vi kan utvecklas tillsammans med. Det är en otroligt svår och långdragen process att få ett FDA-godkännande. Det krävs normalt stora patientserier och statistiska analyser som vi varken har patientunderlag eller pengar till i det här läget, säger Rickard Brånemark.
För att få en helt integrerad lösning kommer den nya armprotesen heller inte styras av elektroder utanpå huden.
– På grund av infektionsrisken vill vi inte ha sladdar som går igenom huden, i stället ska vi använda implantatet som en inkörsport och operera in tunna kablar under huden, liknade dem som idag används till pacemakers.
Själva robottekniken med motor, mjukvara och laddningsbara batterier kommer dock bara att finnas i själva handen.
– Eftersom det handlar om elektricitet så är det viktigt att det går att ta bort strömkällan, dessutom kommer vi att behöva göra en hel del finjusteringar för varje patient och ”lära” armen vilken signal som ska ge vilken rörelse.
Precis hur elektroderna kommer att kopplas varierar mycket från patient till patient, beroende på hur stor bit av armen som protesen ska ersätta och hur länge sedan det var amputationen gjordes.
– Kirurgerna kommer att få avgöra det från fall till fall, vårt huvudsyfte är att förbättra för patienten så i första hand kommer vi att använda en muskel som förstärkare men om vi får möjlighet kommer vi att försöka koppla en elektrod direkt till en nerv. Det är osäkert om det är möjligt, väldigt få har lyckats göra det men vi vill gärna försöka, därför betraktar vi som en forskningsövning, men lyckas vi blir det ännu en förbättring för patienten, säger Rickard Brånemark.
Fördelen med att koppla protesen direkt till en nerv vore att den signalen är mycket tydligare än den som förstärks av en muskel, även om den också är svagare.
– Den muskelförstärkta signalen innehåller en hel del brus medan nervsignalen är skarp, vilket ökar robothandens rörelser, säger Max Ortiz Catalan.
Utöver förbättrad motorik skulle patienten teoretiskt sett också kunna få viss artificiell känsel i sin robothand
– Om kopplingen direkt till nerver fungerar blir det möjligt att skicka signaler från robotarmen till patientens hjärna. Det skulle öka upplevelsen av att ha en fungerande arm avsevärt, fortsätter han.
Enligt Rickard Brånemark är, bortsett från de risker som alltid följer med en operation, det värsta som kan hända att armen inte fungerar.
– Det finns alltid vissa risker, till exempel infektioner, förknippade med operationer men vi har konstuerat alla delar av systemet så att de ska vara lätta att komma åt om det visar sig att vi måste byta ut eller plocka bort någon av dem.
Premiäroperationen skedde på en patient som redan hade ett osseointegrerat implantat som skulle modifieras lite för att fungera med den nya tekniken, den beräknade tiden för läkning är sedan cirka två månader.
