Im Forschungsprojekt „Myoplant“ geht es um die Entwicklung eines durch Muskelsignale gesteuerten intelligenten Implantats für den Aufbau einer bionischen* Handprothese. Das System soll Arm- oder Handamputierten eine größere Bewegungsfreiheit ermöglichen.
Der nachfolgende Artikel zeigt uns wie Komplex und doch unvollständig der Versuch ist, Allahs Schöpfung zu kopieren. Es handelt sich nicht einmal um einen kompleten Menschen, sondern ausschließlich um einen Arm.
“Er ist es, Der vom Himmel Wasser herabkommen läßt; davon habt ihr zu trinken, und davon (wachsen) Bäume, unter denen ihr (euer Vieh) frei weiden laßt.
Er läßt euch damit Getreide wachsen, und Ölbäume, Palmen, Rebstöcke und von allen Früchten. Darin ist wahrlich ein Zeichen für Leute, die nachdenken.”(16:10-11)
„Wir werden sie Unsere Zeichen überall auf Erden und an ihnen selbst sehen lassen, damit ihnen deutlich wird, daß es die Wahrheit ist…“.(49:53)
“Und die Sonne eilt dem ihr gesetzten Ziel zu. Das ist die Anordnung des Erhabenen, des Allwissenden.”36|38|
Er sagte: “Unser Herr ist Der, Der jedem Ding seine Schöpfungsart gab, alsdann es zu seiner Bestimmung führte.” 20|50|
“
Handprothesen: Nach dem Vorbild der Natur
von Hoffmann, Klaus-Peter; Dietl, Hans
Im Forschungsprojekt „Myoplant“ geht es um die Entwicklung eines durch Muskelsignale gesteuerten intelligenten Implantats für den Aufbau einer bionischen* Handprothese. Das System soll Arm- oder Handamputierten eine größere Bewegungsfreiheit ermöglichen.
Der Verlust einer Extremität ist für den Betroffenen ein sehr einschneidendes Ereignis, das seine bisherige Lebensqualität nachhaltig beeinflusst. Von einem Tag auf den anderen verändern sich sowohl die Fähigkeiten des Greifens, Haltens und Fühlens als auch das äußere Erscheinungsbild. Die Reaktionen der Umwelt vergrößern dabei neben dem körperlichen auch das psychische Leid. Deshalb kommt einer schnellen und von den Betroffenen akzeptierbaren Unterstützung große Bedeutung zu.
Die natürliche Hand mit einem Gewicht von 400 g und 22 Freiheitsgraden kann mit einer Kraft bis zu 500 N verschiedenste Kraft- und Präzisionsgriffe ausführen. Hierzu zählen Zylindergriff, Spitzgriff, Koffergriff, Pinzettengriff, Kugelgriff und der als Schlüsselgriff bezeichnete Lateralgriff. Mit etwa 17 000 Sensoren können über die Hand Informationen aufgenommen werden. Propriozeptive (= die Wahrnehmung aus dem eigenen Körper vermittelnde) Sensoren erfassen die Position, Bewegung und Kraft der einzelnen Finger sowie ihre Stellung zueinander und im Raum. Exterozeptive Sensoren nehmen Informationen von außen auf, wie Druck, Kraft, Beschleunigung, Temperatur und Schmerz (4).
In der Vergangenheit haben sich verschiedene Lösungen für Handprothesen durchgesetzt, die in recht unterschiedlicher Weise ästhetischen und funktionalen Anforderungen gerecht werden. Dabei reicht die Palette von der rein kosmetischen Hand, über die mit einem einfachen Werkzeug, wie etwa einem Enterhaken, ausgestatteten „Hook-Hand“, Eigenkraft und Fremdkraft gesteuerte Prothesen bis hin zur myoelektrischen Handprothese.
Die myoelektrische, das heißt mit einer Batterie betriebene und durch die Kontraktion eines Muskels in Bewegung gesetzte Handprothese wird über das mit Oberflächenelektrode abgeleitete Elektromyogramm (EMG) gesteuert. Die erfassten Signale werden gleichgerichtet und in Steuersignale für die Motoren der Prothese gewandelt. Dabei wird die Proportionalität zwischen Muskelkraft und erfassbarem Myogramm ausgenutzt. Die Muskelkraft steigt weitestgehend proportional mit der Anzahl der aktivierten Muskelfasern. Die Effektivität der myoelektrischen Prothese wird jedoch durch die sequentielle Ansteuerung, die Anzahl der verfügbaren Steuersignale und die nach der Amputation verbliebenen Fähigkeiten, unterschiedliche Muskelgruppen gezielt und unabhängig voneinander anzuspannen, beeinflusst. So ist ein Öffnen und Schließen der Handprothese möglich. Durch Kokontraktion, dem kurzzeitigen gleichzeitigen Anspannen von zwei Muskelgruppen, wird in die nächste Bewegungsebene umgeschaltet, beispielsweise zu einer Drehung der Hand (5). In der Grafik 1 (d) wird die Ansteuerung einer myoelektrischen Handprothese mittels am verbliebenen Armstumpf applizierter Oberflächenelektroden gezeigt (4).
Eine bionische Handprothese muss sich an ihrem natürlichen Vorbild messen lassen. Neben der Ästhetik und dem Wiederherstellen der motorischen Funktionalität muss sie über ein sensorisches Feedback verfügen und sich intuitiv steuern lassen. Grafik 2 zeigt ein Blockschaltbild einer bionischen Handprothese (5).
Ästhetische Aspekte: Die ästhetischen Aspekte einer bionischen Handprothese reichen von Größe, Form, Gewicht und Griffkraft bis hin zu dem Gefühl, das eine zweite Person bekommt, wenn sie von dieser Hand berührt wird oder einem Prothesenträger die Hand reicht. Die Bewegungen der Finger sollten sich in ihrer Geschwindigkeit, Präzision, Kraft und Beweglichkeit nicht von einer natürlichen Hand unterscheiden. Die in der Hand integrierten Motoren müssen sehr leise sein und nur wenig Energie verbrauchen. Sie müssen fast trägheitslos reagieren, um natürliche Reaktionszeiten erzielen zu können. Bei eventuell auftretenden Störungen, etwa aufgrund externer Felder, muss die Hand in eine natürliche Ruhestellung gehen.
Wiederherstellung der Motorik: Die motorischen Steuersignale lassen sich mittels implantierbarer Elektroden vom motorischen Kortex, den efferenten Nervenfasern eines peripheren Nervens (N. medianus, N. ulnaris) oder unmittelbar von der innervierten Muskulatur (Grafik 1) erfassen. Nach Verstärkung, Signalanalyse und Identifikation der geplanten Handbewegung werden die in der Prothese integrierten Motoren angesteuert. Dadurch wird intuitiv die gewünschte Bewegung ausgeführt.
Sensorisches Feedback: Mittels integrierter Sensoren und der Stimulation von Hautarealen oder afferenter Fasern des peripheren Nervensystems wird ein sensorisches Feedback aufgebaut. Der Anwender erhält so propriozeptive und exterozeptive Informationen, die im sensorischen Kortex die entsprechenden Empfindungen auslösen sollen (2). Damit wird er in die Lage versetzt, auch gezielte Bewegungen auszuführen ohne dass es einer visuellen Kontrolle bedarf. Er kann seine Griffkraft an das jeweilige Erfordernis anpassen, Oberflächenstrukturen und Temperaturen spüren.
Intuitive Steuerung: Die Signalverarbeitung, etwa mittels neuronaler Netze und anschließender Klassifikation, ermöglicht das Erkennen einer Bewegungsabsicht aus den erfassten Signalen. Damit muss der Anwender keine Kontraktionsmuster lernen, sondern er kann in natürlicher Weise, intuitiv, seine Handprothese steuern.
Eine Verbesserung von intuitiven Steuerungen kann durch den selektiven Nerventransfer, Targeted Muscle Reinnervation (TMR), erzielt werden. Periphere Nerven, die ursprünglich für die Handfunktionen zuständig waren, werden auf andere Ziele, wie beispielsweise Segmente der Brustmuskulatur, umgeleitet und reinnervieren die dortigen Muskelsegmente. Wenn der Prothesenträger seine amputierte Hand bewegen will, kontrahiert ein entsprechender Muskel der Brustmuskulatur. Diese Kontraktion wird nun als Steuersignal einer intuitiven Handbewegung eingesetzt. Mit dem selektiven Nerventransfer kann eine größere Anzahl von unabhängigen Steuersignalen erreicht werden. (1). Das Foto auf Seite 11 zeigt einen Patienten, der nach selektivem Nerventransfer seine Handprothese mit myoelektrischen Signalen der Brustmuskulatur steuert.
Mit dem Projekt Myoplant soll ein wichtiger Schritt in Richtung einer bionischen Handprothese realisiert werden (Grafik 3). Ein Implantat soll die myogenen Signale aufnehmen, vorverarbeiten und telemetrisch zu einer sich außerhalb des Körpers befindlichen Basisstation senden. Die Energieversorgung des Implantats soll induktiv erfolgen. Neben den biologisch technischen Interfaces sind hierfür die telemetrischen Schnittstellen, Schaltkreise für die Signalverstärkung, Signalkonditionierung und Signalvorverarbeitung einschließlich Software zu erstellen. Das Implantat soll während der Projektlaufzeit im Tierexperiment evaluiert werden.
Der zweite große Themenkreis betrifft die eigentliche Handprothese mit den integrierten Sensoren. Diese muss über ein Mindestmaß an Freiheitsgraden für die Motorik und über genügend Sensoren verfügen, um den beschriebenen Anforderungen gerecht zu werden.
Für das erforderliche sensorische Feedback soll erst einmal geklärt werden, wie dem Betroffenen die Informationen nähergebracht werden können. Neben einer elektrischen Stimulation bieten sich optische Systeme, Thermoelemente oder Vibration an. Hier spielen Akzeptanz, Frage der geeigneten Stimulatoren und deren Ansteuerung eine große Rolle.
Technologische Herausforderungen stellen hauptsächlich die Energieversorgung, die telemetrische Signalübertragung, die Gestaltung der Implantatoberfläche und die Aufbau- und Verbindungstechnik dar. Vor allem die biokompatible Gestaltung des Implantats und die Langzeitstabilität der Schnittstellen werden für einen klinischen Einsatz von außerordentlicher Bedeutung sein. Darüber hinaus muss das gesamte Implantat möglichst klein und leicht sein. Es muss über viele Jahre hinweg seine volle Funktionsfähigkeit aufrechterhalten können. Das bedeutet, dass es sowohl robust gegen äußere Störungen, mechanische Bewegungen aber auch gegenüber Körperflüssigkeiten sein muss. Spezielle Verfahren der Kapselung kommen hierbei zu Einsatz.
Im Myoplant-Projekt wurden im Tierversuch erste Ergebnisse erzielt. Schnittstellen, Hard- und Software wurden realisiert und erfolgreich getestet. Die Grafik 4 zeigt die Elektrodenstruktur und die mit ihr erfassten myogenen Signale vom M. deltoidius des Affen während definierter Armbewegungen. Als nächster Schritt ist der Einsatz eines funktionstüchtigen Vollimplantats im Affen und die Steuerung einer Handprothese mit den so erfassten Signalen geplant. Daran anschließen würde sich dann der erstmalige humane Einsatz eines derartigen Implantats.
Bionische Handprothesen werden die Versorgung Amputierter spürbar verbessern. Sie werden aufgrund ihrer intuitiven Steuerung, ihrer hohen Funktionalität und ihres weitgehend natürlichen Bewegungsablaufs und Aussehens eine hohe Akzeptanz erfahren. Die gegenwärtigen Ansätze in der Forschung lassen hoffen, dass bionische Handprothesen möglich werden. Erste Schritte in dieser Richtung sind bereits realisiert. Bis zu einem routinemäßigen Einsatz bionischer Handprothesen sind neben Fragen der Zulassung als Medizinprodukt auch noch weitere bisher ungeklärte technologische sowie ethische Fragen zu beantworten.
“
„Dies ist Allahs Schöpfung. Zeigt mir nun, was andere außer Ihm geschaffen haben.“ (11:31)
„…So sei denn Allah gepriesen, der beste Schöpfer.“(35:14)
Artikel stammt aus:
https://www.aerzteblatt.de/archiv/79124/Handprothesen-Nach-dem-Vorbild-der-Natur
„…So sei denn Allah gepriesen, der beste Schöpfer.“(35:14)