Intelligente Handprothesen
Mit Künstlicher Intelligenz Handgriffe erkennen und automatisch ausführen
Mit Künstlicher Intelligenz Handgriffe erkennen und automatisch ausführen
Woher weiß eine Handprothese, wann sie einen Finger ausstrecken und auf der Tastatur tippen soll? Früher mussten Menschen mit Amputation aufwendig lernen, ihrer Prothese Befehle mit gezieltem Anspannen der Muskeln zu geben. Heute lernen Prothesen: Mit Hilfe Künstlicher Intelligenz erkennt die Prothese gewünschte Handgriffe und führt sie automatisch aus.
Die Prothese, die vom Menschen lernt
Myoelektrische Impulse sorgen im Muskel für Bewegungen, z. B. in der Hand. Intelligente Handprothesen machen sich das zunutze: Elektroden im Prothesenschaft nehmen die Muskelimpulse auf und eine Künstliche Intelligenz (KI) lernt, welche Bewegungen ProthesenträgerInnen ausführen möchten, wie etwa das Greifen nach einem Löffel.
Handbewegungen ohne nachzudenken - wie bei einer echten Hand
Wolfgang verlor seinen rechten Arm bei einem Arbeitsunfall. Mit der Myo Plus Prothesensteuerung kann er jetzt wieder Bewegungen wie mit seiner gesunden Hand machen. Er sagt selbst: „Ich denke die Bewegung einfach mit meiner Phantomhand und die Prothese führt sie aus. Es fühlt sich wie mit meiner gesunden Hand an.”
Bewegungsmuster erkennen, speichern und wieder abrufen
Myo Plus ist die europaweit erste Prothesensteuerung mit Mustererkennung. Mit acht Elektroden misst die Prothesensteuerung Bewegungsmuster der Muskeln im Unterarmstumpf und ordnet diese bestimmten Handbewegungen bzw. -griffen zu. Zum Beispiel: Greift der bzw. die AnwenderIn also nach einer Flasche Wasser, erkennt die Myo Plus Prothesensteuerung das zugehörige Bewegungsmuster und gibt der Prothese den automatischen Befehl, den jeweiligen Griff oder die Rotation auszuführen.
AnwenderIn steuert den Lernvorgang der Prothese selbst
Nach einer ersten Anpassung durch die OrthopädietechnikerIn können die PatientInnen selbständig mit einer App die Prothesensteuerung kontrollieren. Die App visualisiert die gemessenen Bewegungsmuster. Dadurch können PatientInnen trainieren, diese Muster unterbewusst noch gezielter abzurufen. Das erste Training zur Handhabung der neuen Steuerung dauert je nach Patient wenige Tage. Die größte Herausforderung hier: Die Ähnlichkeit einzelner Muster. Da sich viele Handbewegungen nur um Nuancen unterscheiden, muss Myo Plus eine Vielzahl an verschiedenen Mustern erkennen und korrekt zuordnen. Sobald die Kommunikation zwischen AnwenderIn und Prothesensteuerung funktioniert, können sie den Fortschritt mit der App speichern und so selbst nachjustieren.
Die Myo Plus Mustererkennung ist mit allen myoelektrischen Handprothesen von Ottobock kompatibel.
Die natürlichste Prothesenhand
Auch die bebionic Hand revolutioniert das Leben und die Fähigkeiten von Menschen mit einer Fehlbildung oder Amputation der oberen Extremitäten weltweit. Ihre Stärke liegt in der Vielfalt der Griffmuster. Unter anderem können Prothesenträger den Zeigefinger strecken, um damit die Tastatur eines PCs oder Laptops sowie das Tastenfeld eines Telefons zu bedienen. Die Handprothese ist in drei verschiedenen Größen erhältlich.
Auf einen Blick
Mit 14 wählbaren Griffarten und Handpositionen passt die multiartikulierte Hand besonders zu den alltäglichen Herausforderungen der digitalen Arbeitswelt.
Die bebionic Hand erkennt automatisch, wenn ein Gegenstand beginnt, aus der Hand zu rutschen. Die Funktion Auto-Grip passt dann den Griff entsprechend an, damit der Gegenstand nicht herunterfällt.
Individuelle Motoren in den Fingern ermöglichen ein natürliches und koordiniertes Bewegen und Greifen. Die Motoren wurden so positioniert, dass die Gewichtsverteilung optimal ausbalanciert ist. Das macht die Hand leichter und komfortabler zu tragen.
Dank der proportionalen Geschwindigkeitssteuerung können der ProthesenträgerInnen auch filigrane Aufgaben kontrollieren, etwa ein Ei oder einen Styroporbecher festhalten.
Die bebionic Hand besitzt passiv bewegliche Finger. So geben sie bei Berührung mit Menschen oder unabsichtlichem Anstoßen von Objekten nach und winkeln sich angenehm ab, um die Mechanik zu schützen.
Dank digitaler Schnittstelle auf die Myo Plus Mustererkennung können AnwenderInnen die Potenziale der bebionic völlig ausschöpfen.
Leben mit einer Armprothese
Mehr als 270.000 Menschen weltweit tragen eine Armprothese. Sie meistern Herausforderungen, erzielen Erfolge und leben ihr Leben. Unter dem Hashtag #NeverStopReaching teilen ArmprothesenträgerInnen auf Social Media ihre persönlichen Erfahrungen und nehmen ihre Community mit auf die Reise. Parallel bietet Ottobock über die Website „bionic life – Leben mit Armprothese“ Betroffenen eine zentrale Anlaufstelle, um sich zu informieren, auszutauschen und zu vernetzen.
Die Menschen hinter der Bewegung
Hinter #NeverStopReaching stehen internationale InfluencerInnen, unter ihnen Gina, Bebe und Cameron.
Gina Rühl
Nach einem Motorradunfall 2019 musste Gina Rühls linker Oberarm amputiert werden. Nur drei Jahre später trat die Wuppertalerin als erste Prothesenträgerin bei einer Misswahl an. Heute ist sie Vize Miss Germany 2022 und zählt in den sozialen Medien über 1,7 Millionen Follower. Die „einarmige Prinzessin“ zeigt dort, dass eine Amputation nicht das Ende ist. Für sie bedeutet #NeverStopReaching: „Hör nie auf, dich weiterzuentwickeln. Und überlege dir, wie du Herausforderungen meistern kannst!“
Natürliches Erscheinungsbild
Eine Prothese als Teil seiner selbst anzuerkennen, fällt sehr viel leichter, wenn natürliche Bewegungsmuster möglich sind und das Design stimmt. Auf beides hat Ottobock bei der Entwicklung der Michelangelo Handprothese großen Wert gelegt.
Was dahinter steckt
Muskelsignale aus dem Armstumpf steuern zwei Antriebe: den Hauptantrieb für die Greifbewegung und Griffkraft und einen gesonderten Daumenantrieb – so sind sieben unterschiedliche Handpositionen möglich.
Der Daumen sowie Zeige- und Mittelfinger werden dabei aktiv gesteuert, Ringfinger und kleiner Finger bewegen sich passiv mit. Michelangelo ermöglicht damit Greifbewegungen, die jeder Mensch ständig im Beruf und in der Freizeit ausführt, zum Beispiel das seitliche Greifen eines Glases, das Fassen von flachen Dingen wie Papier, das Halten eines Tellers auf der geöffneten Hand oder das Umgreifen eines Stiftes.
Unterstützt werden die Bewegungen durch ein mechanisches Handgelenk. Das Gelenk kann gebeugt und gestreckt sowie nach außen und innen gedreht werden, und es kopiert auch das natürliche Verhalten eines entspannten Handgelenks.
Die Finger sind aus weichen und harten Materialien gefertigt und der natürlichen Hand damit detailliert nachempfunden. Die passenden, alltagsbeständigen Prothesenhandschuhe in sechs unterschiedlichen Farbnuancen sind mehrschichtig aufgebaut. Farbige Fasern im Inneren bilden die natürliche Äderchenstruktur der menschlichen Hand nach. Für alle, die ihre moderne Armprothese gerne ins Blickfeld rücken möchten, gibt es außerdem einen durchscheinenden und einen schwarzen Prothesenhandschuh.
Intuitive Steuerung von Armprothesen im Oberarm
Die „Targeted muscle reinnervation“ hat sich zu einer bewährten Behandlungsmethode nach Amputation des Oberarms oder einer Schulterexartikulation entwickelt. Bei einem chirurgischen Eingriff erhalten die Nerven im restlichen Stumpf, die zuvor Arm und Hand kontrolliert haben, eine neue Funktion. Sie werden aus dem umgebenden Gewebe entfernt und mit Muskeln in intakten Körperbereichen exakt verbunden. Sie können dann z. B. in den Brustmuskel hineinwachsen. Dies ermöglicht es den PatientInnen, ihre nachfolgende Armprothese über „Gedankensignale“ zu steuern.
Signale aus der Muskulatur steuern die Hand
Stellen AnwenderInnen sich vor, ihren Phantomarm zu bewegen, geben die Nerven die Signale an die neue Zielmuskulatur weiter, sodass diese angespannt wird. Dabei entstehen elektrische Signale im Millivoltbereich, die von Elektroden im Prothesenschaft gemessen werden. Ein Minicomputer analysiert die Signale und setzt diese in die beabsichtigte Bewegung um. Denkt der bzw. die AnwenderIn beispielsweise daran, eine Faust zu bilden oder die Hand zu schließen, wird der entsprechende Muskel aktiviert und das zugehörige Signal schließt die Prothesenhand.
Bei einer TMR-Versorgung können erstmals auch mehrere Gelenke gleichzeitig bewegt werden. Hierfür ist eine TMR-Armprothese mit bis zu sechs Elektroden ausgestattet, im Gegensatz zu herkömmlichen myoelektrischen Prothesen, die mit nur zwei Elektroden gesteuert werden. Dadurch können AnwenderInnen bis zu sechs Bewegungen durch unabhängige Muskelsignale steuern – und die Prothese lässt sich deutlich besser kontrollieren. TMR ermöglicht intuitive, schnellere und präzisere Bewegungen mit der Armprothese.
Der TMR-Versorgungsprozess
Die Versorgung von PatientInnen mit einer TMR-Armprothese ist deutlich aufwändiger und intensiver als bei einer herkömmlichen prothetischen Versorgung. Der gesamte Prozess von der Operation bis zur Definitivanpassung erfordert eine enge Zusammenarbeit zwischen ChirurgInnen, OrthopädietechnikerInnn und PhysiotherapeutInnen. Da dieser sehr individuell auf den bzw. die PatientIn zugeschnitten ist, kann er bis zu zwei Jahre dauern.
Interdisziplinäre Zusammenarbeit
PatientInnen erhalten sowohl eine therapeutische Vorbereitung auf die Operation als auch ein individuelles Rehabilitationsprogramm danach. Die wichtigste Phase ist das sogenannte „Signaltraining“: Das komplexe motorische Training sorgt dafür, dass PatientInnen die neu innervierten Muskeln adäquat und selektiv aktivieren kann. Auf dieser Basis legt der oder die OrthopädietechnikerIn dann die optimale Position der Elektroden fest. Bis die finale Prothese angepasst werden kann, probieren die AnwenderInnen zunächst mehrere Therapie- und Trainingsprothesenschäfte. Zudem gewöhnen sie sich schrittweise an das Gewicht der Prothese. Hat der bzw. die OrthopädiemechanikerIn die optimalen Einstellungen gefunden, wird der den finale Schaft angepasst. PhysiotherapeutInnen unterstützen die PatientInnen im weiteren Verlauf, den Umgang mit der Prothese zu erlernen. Regelmäßige Kontrolltermine mit dem interdisziplinären Team sichern den langfristigen Erfolg der TMR-Versorgung.
Ottobocks neuer Lösungsansatz für den Oberarm
Bis 2022 bot Ottobock die Myo Plus Prothesen nur für den Unterarm an. Im Oberarm sind nämlich deutlich weniger myoelektrische Signale vorhanden, welche die Muskelimpulse aufnehmen können: Öffnen und Schließen, die Innen- und Außendrehung der Hand, sowie das Beugen und Strecken des Ellenbogens passieren ausschließlich im Unterarm. Bei einem fehlenden Arm oberhalb des Ellenbogens müssen diese Bewegungen daher aufwendig ersetzt und gesteuert werden.
Auf derder OTWorld 2022 in Leipzig präsentierte Ottobock erstmals hierfür seinen Lösungsansatz: Myo Plus TH – eine Prothesensteuerung für den Dynamic Arm, die mit Künstlicher Intelligenz (KI) und Mustererkennung die gewünschten Bewegungen im Oberarm erlernt und intuitiv ausführt. Im Prothesenschaft selbst kommen dafür mit Myo Plus TH Steuerung deutlich mehr Elektroden zum Einsatz zum Erkennen von Muskelimpulsen.
Die TMR-Operationnach einer Amputation ist keine Voraussetzung für die Versorgung mit Myo Plus TH – bietet aber einen deutlichen Mehrwert: ChirurgInnen verbinden Nerven, die Signale an den natürlichen Arm übertragen haben, mit noch vorhandenen Muskeln. So kann die Prothese auf mehr Steuersignale zurückgreifen. Die Kombination aus TMR und Myo Plus TH zeigt daher großes Potential, um die Versorgungsqualität zu erhöhen.
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Seit über 100 Jahren forschen wir für unsere AnwenderInnen, PatientInnen und KundInnen – und setzen mit unseren intelligenten Lösungen neue Maßstäbe in der Medizintechnik.
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Die Zukunft der Orthopädietechnik
So helfen Apps, smarte Sensoren, Mikroprozessoren, 3D-Drucker und 3D-Scanner heute Menschen mit und ohne Handicap: Entdecken Sie die Innovationen von Ottobock.
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