Il nuovo ginocchio bionico si collega direttamente ai muscoli ed alle ossa per dare una sensazione più simile al corpo dell'utente / New bionic knee connects directly with muscles and bone to feel more like the user's body
Il nuovo ginocchio bionico si collega direttamente ai muscoli ed alle ossa per dare una sensazione più simile al corpo dell'utente / New bionic knee connects directly with muscles and bone to feel more like the user's body
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Un nuovo studio ha scoperto che un ginocchio bionico che si collega direttamente al femore ed utilizza elettrodi impiantati può far sì che la gamba protesica sembri più parte del corpo.
Un ginocchio bionico di nuova concezione potrebbe aiutare le persone con amputazioni sopra il ginocchio a camminare ed arrampicarsi con maggiore facilità rispetto a una protesi tradizionale.
La nuova protesi, descritta il 10 luglio sulla rivista Science, si collega alla gamba dell'utente tramite un'asta in titanio fissata al femore ed elettrodi impiantati in modo permanente nei muscoli della gamba. Oltre a migliorare le capacità motorie, la protesi ha aiutato gli utenti a provare un maggiore senso di proprietà e di controllo sull'arto protesico, hanno affermato i ricercatori.
"Una protesi integrata nei tessuti, ancorata all'osso e controllata direttamente dal sistema nervoso, non è semplicemente un dispositivo separato ed inanimato, ma piuttosto un sistema attentamente integrato nella fisiologia umana, che offre un livello superiore di incarnazione protesica", ha affermato in una dichiarazione il coautore dello studio Hugh Herr, professore di arti e scienze dei media al MIT, che sviluppa protesi che emulano gli arti naturali ed è lui stesso un doppio amputato. "Non è semplicemente uno strumento che l'essere umano utilizza, ma piuttosto una parte integrante di sé".
Mentre le protesi convenzionali si agganciano all'arto residuo dell'utente tramite un'invasatura, la nuova protesi bionica si interfaccia direttamente con muscoli e ossa. Ciò consente di sfruttare un approccio chirurgico alle amputazioni recentemente sviluppato da Herr e colleghi. In questo nuovo approccio, i chirurghi ricollegano coppie di muscoli che si allungano e si contraggono in opposizione tra loro, come i muscoli posteriori della coscia ed i quadricipiti residui, in modo che possano continuare a comunicare tra loro. Nelle amputazioni convenzionali sopra il ginocchio, questi muscoli non vengono ricollegati, il che può rendere più difficile il controllo della protesi.
Il nuovo studio ha inoltre introdotto una tecnica per integrare il sistema nel femore residuo nel sito di amputazione. Questa tecnica consente una migliore stabilità e capacità di carico rispetto ad una protesi tradizionale.
"Tutte le parti lavorano insieme per migliorare il trasferimento delle informazioni dentro e fuori dal corpo e per una migliore interazione meccanica con il dispositivo", ha affermato nella dichiarazione il coautore dello studio Tony Shu, ricercatore biomeccatronico che ha condotto la ricerca durante il suo periodo di dottorato al MIT. "Stiamo caricando direttamente lo scheletro, che è la parte del corpo che dovrebbe essere caricata, invece di utilizzare delle cavità, che sono scomode e possono causare frequenti infezioni cutanee".
Nel nuovo studio, due persone precedentemente sottoposte ad amputazioni tradizionali sopra il ginocchio sono state sottoposte af intervento chirurgico per ricevere sia la procedura di collegamento muscolare che l'impianto osseo integrato. Lo studio ha confrontato queste persone con altre sette che avevano subito l'intervento muscolare ma non l'impianto osseo e con otto persone che non avevano ricevuto nessuno dei due. Tutti i partecipanti allo studio hanno utilizzato la stessa protesi di ginocchio motorizzata, sebbene collegata in modi diversi, per attività come salire le scale, superare ostacoli e piegare e raddrizzare il ginocchio bionico.
Il gruppo ha scoperto che i soggetti sottoposti al sistema combinato hanno ottenuto risultati migliori in quasi tutti i compiti rispetto a quelli sottoposti solo all'intervento di collegamento muscolare. Hanno ottenuto risultati anche molto migliori rispetto a chi ha utilizzato protesi tradizionali.
I due partecipanti sottoposti sia all'intervento chirurgico muscolare sia all'impianto hanno mostrato anche un maggiore aumento del senso di appartenenza, ovvero la sensazione che l'arto protesico fosse parte del loro corpo, e dell'agenzia, ovvero la capacità di controllare intenzionalmente il dispositivo, dopo aver completato i compiti dello studio.
"Non importa quanto sofisticati si rendano i sistemi di intelligenza artificiale di una protesi robotica, questa continuerà a essere percepita dall'utente come uno strumento, come un dispositivo esterno", ha affermato Herr. "Ma con questo approccio basato sull'integrazione dei tessuti, quando si chiede all'utente umano qual è il suo corpo, più è integrato, più dirà che la protesi è in realtà parte di sé."
La protesi non è ancora disponibile in commercio. Gli studi clinici per l'approvazione da parte della Food and Drug Administration potrebbero richiedere circa cinque anni, ha affermato Herr nella dichiarazione.
ENGLISH
A bionic knee that directly attaches to the thigh bone and uses implanted electrodes can make a prosthetic leg feel more like a part of the body, a new study finds.
A newly developed bionic knee could help people with above-the-knee amputations walk and climb with greater ease than they could with a traditional prosthesis.
The new prosthesis, described July 10 in the journal Science, connects to a user's leg via a titanium rod attached to their femur and permanently implanted electrodes in their leg muscles. In addition to improving movement capabilities, the prosthesis helped users feel a greater sense of ownership and agency over the prosthetic limb, the researchers said.
"A prosthesis that's tissue-integrated — anchored to the bone and directly controlled by the nervous system — is not merely a lifeless, separate device, but rather a system that is carefully integrated into human physiology, offering a greater level of prosthetic embodiment," study co-author Hugh Herr, a professor of media arts and sciences at MIT who develops prostheses that emulate natural limbs and is himself a double amputee, said in a statement. "It's not simply a tool that the human employs, but rather an integral part of self."
Whereas conventional prosthetic legs attach to the user's residual limb with a socket, the new bionic prosthesis interfaces directly with muscle and bones. Doing so allows it to take advantage of a surgical approach to amputations recently developed by Herr and colleagues. In this new approach, surgeons reconnect pairs of muscles that stretch and contract in opposition to each other, such as the residual hamstring and quadriceps muscles, so that they can still communicate with each other. In conventional above-the-knee amputations, these muscles are not reconnected, which can make it more difficult to control a prosthesis.
The new study also introduced a technique to integrate the system into the residual femur at the amputation site. This technique allows for better stability and load bearing than a traditional prosthesis.
"All parts work together to better get information into and out of the body and better interface mechanically with the device," study co-author Tony Shu, a biomechatronics researcher who performed the research while a graduate student at MIT, said in the statement. "We're directly loading the skeleton, which is the part of the body that's supposed to be loaded, as opposed to using sockets, which is uncomfortable and can lead to frequent skin infections."
In the new study, two people who had previously received traditional above-the-knee amputations underwent surgery to receive both the muscle-connecting procedure and the bone-integrated implant. The study compared these people with seven others who'd had the muscle surgery but not the bone implant and with eight people who'd had neither. All of the study participants used the same powered knee prosthesis, albeit connected in different ways, for tasks including climbing stairs, stepping over obstacles, and bending and straightening the bionic knee.
The people who received the combined system performed better in almost all of the tasks than those who received only the muscle-connecting surgery, the team found. They also performed much better than the people who used traditional prostheses.
The two participants who received both the muscle surgery and the implant also showed greater increases in their sense of ownership, or the feeling that the prosthetic limb was part of their body, and agency, or the ability to intentionally control the device, after completing the tasks in the study.
"No matter how sophisticated you make the AI systems of a robotic prosthesis, it's still going to feel like a tool to the user, like an external device," Herr said. "But with this tissue-integrated approach, when you ask the human user what is their body, the more it's integrated, the more they're going to say the prosthesis is actually part of self."
The prosthesis is not yet commercially available. Clinical trials for Food and Drug Administration approval could take about five years, Herr said in the statement.
Da:
https://www.livescience.com/health/new-bionic-knee-connects-directly-with-muscles-and-bone-to-feel-more-like-the-users-body?utm_term=0D44E3E5-72C8-4F2E-A2B4-93C82DC78FB4&lrh=e4e2966485d78112a6060535462dd7377ffa0f1e6368288dc8552dcea7aac778&utm_campaign=368B3745-DDE0-4A69-A2E8-62503D85375D&utm_medium=email&utm_content=1D5197A0-A275-47B0-BA06-493E91057B8F&utm_source=SmartBrief
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