Bionické protézy horních i dolních končetin nejsou žádnou velkou novinkou, technologie jsou dostupné již desítky let. Až donedávna však pojišťovny v České republice hradily tyto pomůcky velmi sporadicky, takže pacientů, kteří ji mohli získat, nebylo mnoho. „Situace se naštěstí v posledních několika letech mění, takže máme možnost vybavit takovou protézou daleko větší množství lidí. Ti se tak mohou vrátit zpět do práce i ke svým koníčkům a žít do velké míry stejně kvalitně jako zdravý člověk,“ vysvětluje v rozhovoru pro Technický týdeník protetik Jan Maleš ze společnosti Ottobock.
V průběhu přípravy na náš rozhovor jsem narazila na pojmy bionická protéza a myoprotéza. V čem se tyto dva druhy liší?
Bionická protéza se snaží co nejvíce přiblížit fyziologickému pohybu lidského těla za pomoci techniky. Obecně vzato je tak bionickou protézou náhrada horní i dolní končetiny. Myoprotéza je však zažitý název pro náhradu horní končetiny, protože její ovládání závisí na snímání myosignálu ze svalu, kdežto klouby protéz dolních končetin ovládají pouze mikroprocesory, které snímají různé parametry pohybu a podle toho reagují. Proto se o náhradách dolních končetin častěji hovoří jako o bionických.
Pojďme se nejprve podrobněji podívat na princip fungování myoprotéz, u nichž je základem snímání elektrického napětí ve svalu.
U běžně používaných protéz, které nahrazují pouze dlaň, se v protézovém lůžku na předloktí nacházejí dvě elektrody, z nichž každá je umístěna tak, aby snímala intenzitu myosignálu z flexorových a extenzorových svalových skupin. Ty jsou v končetině odpovědné za otevírání a zavírání dlaně i přitahování a odtahování předloktí.
Úplně základní myoprotézy mají čtyři pohybové vzory – otevření a zavření dlaně ve špetkovém úchopu a rotaci v zápěstí buď směrem k tělu, či od těla. Jsou ale i „inteligentní“ protézy, jež mají i šestnáct úchopových vzorů, například úchop na myš, silový úchop, režim na otevírání dveří, na jízdu na kole a podobně. Oba typy se ovládají tak, že pacient vysílá určitou rychlostí a intenzitou signály, protéza je rozpozná a podle toho se zachová.
U vysokých amputací se signál snímá až z prsních či zádových svalů, a protože tyto svaly dávají více signálů, než potřebujeme, nejsou výjimkou ani přípravné operace. Pro správné ovládání dlaně, předloktí a loketního kloubu totiž musí být v protéze minimálně pět elektrod a bez chirurgického zákroku by docházelo k nechtěným souběhům pohybů. Při operaci proto lékaři sval, který byl ovládaný jedním nervem, rozdělí a nerv, jenž byl zvyklý ovládat třeba dlaň, připojí na svalové vlákno, původně ovládané jiným nervem. Přímo na sále se dokonce elektrickou stimulací testuje, zda je nerv správně zapojený a sval dobře funguje. V České republice však zatím na tento typ operací nemáme kapacity, takže pacienty odesíláme ke zkušenému specialistovi do Vídně.
U kloubů dolních končetin je to ale jinak. Co všechno jeho mikroprocesor zvládne obstarat?
Kloub například sám pozná, když pacient zrychlí chůzi a automaticky zrychluje s ním. Vzhledem k tomu, že má v sobě zabudovaný gyroskop, dokáže rozeznat i změnu terénu a zpomalit tak, aby byla chůze bezpečnější. Zároveň jsou v něm programy, které vyhodnocují nebezpečné situace.
Pokud tedy třeba hrozí pád, kloub se zamkne. Udělá prakticky to samé, co udělá zdravý kolenní kloub. Oproti kloubům s mechanickými brzdami je to velký posun, protože tento typ brzd fungoval na principu zátěže. V momentě, kdy pacient přenesl zátěž na protézu, třecí brzda se zamkla a kloub zůstal stabilní. Pokud ale šel po schodech a váhu přenesl na zdravou nohu, nedokázal kloub vyhodnotit nebezpečí a docházelo k pádům. S bionickou protézou k takovým nehodám nedochází.
Ottobock má centrálu s vývojem i výrobou dlaní ve Vídni, ale protézová lůžka se dělají v Česku. Je jejich výroba náročná?
Neřekl bych, že je extrémně náročná, ale je zdlouhavá, protože protézová lůžka děláme na míru. Nejprve musíme pacientovi sejmout myosignál speciálním přístrojem a vyznačit si na pahýlu končetiny místa, kde bychom chtěli mít umístěné elektrody.
K tvorbě proporcí samotného lůžka se používá buď sken pahýlu, sádrování, případně kombinace obojího. Já mám raději sádru, protože skenování bere zbylý kus končetiny jako jeden celek. Nezobrazuje kosti a ani nezohledňuje kvalitu svaloviny, což je pro mě velmi důležitý parametr.
Udělám tedy sádrový odlitek pahýlu a následně na něj modeluji lůžko. Důležité je lůžko vytvořit tak, aby netlačilo na koncové části pahýlu, které bývají zejména po získaných amputacích velmi citlivé.
Když je model hotový, vytvořím podle něj zkušební lůžko z transparentního plastu, osadím elektrodami na vytyčená místa, vsunu si do něj pacienta a sleduji, jaký je kde tlak na pokožku a zda jsou svalové skupiny uloženy správně. K tomu měřím úroveň myosignálu a hledám tu nejlepší pozici pro elektrody, přičemž rozhodují i milimetry. Těchto lůžek uděláme s pacientem pět, někdy i šest, než se nám podaří vše vyladit.
Pak přichází na řadu testování se zátěží v podobě připojené funkční dlaně, kdy ještě dochází k dílčím úpravám lůžka. A v momentě, kdy se nám podaří najít ideální konstelaci, dám tuto zkušební myoprotézu pacientovi domů, aby ji na určitý čas testoval ve svém běžném denním provozu. Když je s tvarem lůžka spokojený, můžeme se pustit do výroby finální myoprotézy.
Předpokládám, že hlavní roli budou hrát uhlík a nějaký lehký plast.
Ano, je to tak. Vnitřní lůžko vytváříme ze silikonového plastu. Tento materiál je flexibilní, takže nebrání loketnímu kloubu v pohybu, protože se ohýbá spolu s ním. Vnější lůžko, nebo jinak řečeno skelet, který zajišťuje nosnost, je z uhlíku, díky němuž je odolný a zároveň velmi lehký.
Mezi těmito dvěma vrstvami se nachází veškerá řídicí technika, tedy mikroprocesor, motorky, vedení kabelů k elektrodám a také baterie. Její kapacita hodně závisí na tom, zda se jedná o dlaň pro dítě, či dospělého a zda pro muže, či ženu. Například dětská ruka nesmí být příliš těžká, aby nedocházelo k nadměrnému zatěžování páteře ve vývinu, takže je menší, ale musí se nabíjet častěji.
K hotovému lůžku následně připojíme dlaň, kterou nám dle zadaných požadavků dodá centrála Ottobock ve Vídni, a je hotovo.
Spolupracujete při tvorbě myoprotéz i s rakouskou centrálou, nebo od nich jen objednáváte dlaně bez možnosti do jejich podoby zasáhnout?
Vývoj dlaní sice probíhá oficiálně ve Vídni, my jim ale dáváme intenzivní zpětnou vazbu a také sami přicházíme se zlepšeními.
Například před třemi roky došlo díky naší invenci ke změně v oblasti prstů u jednoho modelu. Když pacienti drželi skleničku, po 30 sekundách jim začala z ruky klouzat, protože koncová bříška prstů byla příliš tvrdá a sklo má malou adhezi. Tak nás napadlo, že by bříška mohla být měkčí, a k tomu jsme ještě navrhli přidat speciální senzor pohybu, který rozpozná, pokud předmět z ruky klouže a automaticky zvýší stisk. Vývojové centrum naše poznatky ochotně zapracovalo a dlaň podle nich upravilo.
Jak složité je myoprotézu nasazovat?
Tyto protézy jsou dělané jenom na vtlačení. Lůžko je tvarované tak, že když se do něj pahýl končetiny vsune, sedí vždy přesně na stejných pozicích a nikdy jinak, dokonce ani o milimetry. To je důvod, proč je jeho tvorba časově náročná.
Jednotlivé části musíme vymodelovat tak, aby do něj svalové skupiny dokonale zapadly, zároveň ale lůžko nesmí tlačit ani klouzat. Proto máme velkou spotřebu zkušebních lůžek. Před samotným nasazením je třeba pokožku promastit. Na pahýl se nanese speciální samovstřebávací gel a pak se jen vsune do lůžka. Během minuty se gel vstřebá a protéza zůstane uchycena jak adhezí pokožky, tak i svalovým rozporem. A pokud pacient nebude chtít, protézu mu nesundáte. Když ji pak sundat chce, stačí svaly uvolnit. Neznamená to ale, že by je musel mít po dobu nošení zatnuté, jako když se chlubí kulturisté. Svaly se musí uvolnit úplně až do „hadrové ruky“, což je sám o sobě úkon, protože během dne má svalstvo určitý svalový rozpor prakticky pořád a do úplného uvolnění musí jít vědomě.
Okamžikem, kdy pacienta vybavíte protézou, pro vás ale práce nekončí, že?
Rozhodně ne, protože musíme pacienta naučit protézu ovládat, a to je daleko náročnější než samotná tvorba myoprotézy. Než se pacient s protézou sžije a používá ji automaticky, trvá to několika měsíců, nebo i rok.
Učení probíhá od úplných základů, je to podobné jako s dětmi. Na začátku trénujeme jenom to, aby člověk dokázal přimět protézu k pohybu. Soustředíme se na zvedání předloktí, otočení dlaně, otevření ruky, položení předloktí, otočení dlaně ven a zavření ruky.
Potom začneme cvičit s pomůckami, například s různými balonky či kostkami. Pacienti například stavějí věže a trénují tak jemnou motoriku. A při hře vlastně postupně zapomínají na to, že ovládají protézu, což je okamžik, kdy vznikají paměťové stopy, které úkony zautomatizují.
V rámci posledních cvičení se snažíme zapojit denní činnosti jako oblékání, hygienu a podobně. Ale trénujeme i specifické činnosti, které chce dělat. Zejména ovládání počítače a další pohyby, které bude pacient potřebovat, aby mohl pracovat či třeba sportovat.
Znamená to, že s myoprotézou může člověk opravdu fungovat, jako kdyby byl zdravý?
Myoprotéza zatím nemůže plně nahradit zdravou ruku, tak daleko naše technologie ještě nesahají. I přesto je ale možné končetinu s protézou zapojit do všech denních aktivit jako ruku pomocnou. Pokud pacient přišel o dominantní končetinu, dominance se automaticky přesune na tu zdravou, což je obrovská pomoc i od mozku.
Protézy pacientům vyrábíme i s ohledem na jejich profesi a zájmy tak, aby se mohli, pokud budou chtít, vrátit jak do práce, tak třeba i ke svým koníčkům a sportu. Některé dlaně jsou vhodné přímo pro práci v kanceláři, jiné zase na hrubší manuální práci.
Máme například pacienta, který přišel při nehodě o ruku. Jemu jsme vytvářeli pracovní dlaň, aby se mohl vrátit ke své profesi. Dokonce nás prosil, zda bychom mu mohli protézu nastavit tak, aby zvládl používat malé kladívko. A dokonce máme v péči i pacienta s oboustrannou amputací, který se dvěma myoprotézami zvládá řídit traktor, studovat konzervatoř a hrát v orchestru na pozoun.
Srdcem protézového lůžka je mikroprocesor. Znamená to, že myoprotézu řídí nějaký operační systém?
Ottobock využívá pro nastavování a ovládání protéz horních i dolních končetin svůj vlastní systém, který se jmenuje Data Station. Ale protože je každý typ ruky jiný, mají jednotlivé typy dlaní vlastní systém běžící pod Data Station (myolinosoft, axonsoft, elbowsoft, tmrsoft, paula). Protézu lze k PC připojit pomocí Bluetooth a tak s ní pracovat.
V programu například sledujeme myoaktivitu a podle její intenzity zachycujeme nejvhodnější moment pro určitý úkon. Ten se pak bude vyvolávat takto nastaveným signálem. Pacient tedy ví, že když vyšle extenzorovou svalovou skupinou signál o určité intenzitě, ruka se otevře.
U moderních „chytrých“ protéz s šestnácti úchopovými vzory je možné dokonce nastavit i způsob, jakým se do nich bude pacient přepínat. Představte si to jako gesto na mobilním telefonu, kdy každý pohyb znamená určitou funkci. U protézy to funguje podobně, třeba určitou svalovou kontrakcí se ruka přepne do úchopového vzoru na myš a podobně. Kromě toho má na hřbetu ruky ještě tlačítko, které se ke změně vzorů také využívá spolu s možností přepínat režimy přehozením prstu. Každý vzor může mít svůj způsob přepnutí tak, aby to pacientovi bylo co nejpohodlnější. Nastavit se dá také automatické vracení do výchozí pozice, což je špetkový úchop.
Nyní máme nově k dispozici i systém Myo Plus, který je tvořen pro šestnáct elektrod v lůžku. Je to v podstatě aplikace pro Android, kterou si pacient i já nainstalujeme do telefonu a já mu udělím určitá práva. Může si například měnit sílu úchopu či rychlost otevření a není k tomu potřeba Bluetooth párování protézy a mého počítače.
Nutno dodat, že princip přepínání režimů pacientem se do protetiky horních končetin přenesl z bionických protéz, kde úspěšně funguje již několik let.
Vraťme se ještě k tréninku. Jak plynulé nakonec s protézou mohou být běžné denní úkony?
Rychlost a plynulost pohybu je věc, která se opravdu musí postupně natrénovat. Když pacientovi nandáme protézu poprvé, jsou pohyby nekoordinované, protože se na to, aby vůbec rukou pohnul, musí hodně soustředit. A i když se naučí technicky protézu ovládat, trvá hodně dlouho, než pohyb zrychlí a vyladí si načasování různých pohybových vzorů. Problém je v tom, že když kooperace nejde tak, jak by si představovali, začnou k úkonu znovu používat pouze zdravou ruku. Je to pro ně rychlejší a méně složité. Já jsem však na ně přísný a nedovolím jim úlevy.
Postupně si ale protézu osvojí, přestanou nad pohyby přemýšlet a automaticky si třeba, když se blíží k předmětu, který chtějí uchopit, k tomu nastavují dlaň.
Souvisí schopnost učení se ovládat myoprotézu s pohybovým nadáním?
Určitě ano, pohybová inteligence je podle mě klíčový faktor. Jsou lidé, kteří dokážou protézu opravdu využívat naplno. Například mám v péči sportovce, jejichž pohybová inteligence je skutečně daleko rozvinutější. Vysvětlím jim princip, oni si ho týden zkoušejí a najednou to umějí. Oproti tomu lidé s nižší pohybovou inteligencí se s myoprotézou učí mnohem déle i s intenzivním tréninkem.
Úplně oddělenou skupinou jsou pak děti. Ty se dokážou učit neuvěřitelně rychle a přirozeně. Zejména děti, které mají amputace končetin vrozené, jsou na to mistři. Stačí je protézou vybavit kolem třetího roku života, kdy se začíná vyvíjet jemná motorika, a ony ji vyloženě adoptují. Používají ji zcela automaticky. Jsou schopné se velmi rychle sami obléci a podobně. Dokonale s rukama kooperují a rychlost i načasování pohybů je až dechberoucí.
Je tedy při učení rozdíl, když má (dětský) pacient amputaci vrozenou a když získanou třeba po nehodě?
Veliký, protože lidé, kteří o končetinu přišli vlivem nemoci nebo třeba nehody, mají zafixované pohyby, které s ní dělali, když ji měli v pořádku. Znají je a mají představu o tom, jak je vyvolat. Jenže my je musíme postupně přeučit na funkci protézy, kdy se používají stejné svalové skupiny, ale úplně jiným způsobem. Oproti tomu třeba dítě, které se bez končetiny narodí, se učí, co nikdy předtím nezažilo. Rovnou se tedy naučí svalové skupiny používat na míru protéze a jde pro ně o přirozený pohyb, protože jiný neznají.
U pacientů s vrozenými amputacemi používáme k učení například metodu zrcadlové terapie, kdy jim zrcadlo nastavíme tak, aby místo chybějící končetiny viděli odraz své zdravé končetiny, a učíme je pracovat jak tou zdravou, tak vlastně i tím jejím odrazem. Mozek je schopný dualizovat, proto se pacient postupně naučí vytvářet stejnou svalovou aktivitu jak na pravou, tak na levou ruku.
Existují myoprotézy, které by využívaly principy strojového učení?
Na začátku jsem hovořil o tom, že standardní protézy mají dvě elektrody, jednu na flexorových a druhou na extenzorových svalových skupinách. U těchto náhrad je funkčnost závislá na protéze přizpůsobenému zapínání svalových skupin, přičemž my jen snímáme výšku intenzity myosignálu, zaznamenáme ji a při každém dalším vyvolání této intenzity se ruka buď otevírá, zavírá, či rotuje.
Pak ale existují myoprotézy se šestnácti elektrodami v lůžku, které jsou vhodné hlavně pro lidi se získanou amputací. Pacient si představí, že chce například zavřít dlaň a udělá pohyb, který měl naučený z doby, kdy měl ruku zdravou. Já v systému vidím, jak přesně se mu určitá svalová vlákna zapojila, tuto konfiguraci uložím a přesně tímto vzorem se bude následně zavírání ruky ovládat. Čili v tomto případě se člověk neučí speciálními svalovými kontrakcemi pracovat s protézou, ale protéza se učí chápat dříve získané pohybové vzorce. Je to opravdu v podstatě něco na způsob strojového učení.
Myoprotézy jsou poměrně nákladnou záležitostí, jejich cena se pohybuje od čtvrt milionu do zhruba milionu korun. Hradí jejich pořízení pojišťovny?
Do roku 2018 pojišťovny neproplácely protézy u jednostranných amputací vůbec. Pokud měl pacient jednu ruku zdravou, řídila se pojišťovna zastaralými doporučeními, z nichž vyplývalo, že takový pacient se zvládne pohodlně obsloužit zdravou rukou a protézu nepotřebuje. Tento názor je nesmyslný, protože když bude všechny úkony dělat pouze jednou rukou, dojde k velkému přetížení nejen šlach, ale i páteře. Navíc se takový pacient může jen těžko uplatnit na pracovním trhu.
Až když jsme udělali několik sbírek s Kontem Bariéry pro dětské pacienty, zvýšil se tlak veřejnosti i odborné obce. Bylo potřeba pojišťovny přesvědčit, že když nechají člověka bez ruky v invalidním důchodu, bude už do konce života jen čerpat. Když ho naopak vybaví protézou, mohou mu pomoci s poměrně rychlým návratem do života a k (nejen) ekonomické aktivitě.
S myoprotézou pacienti zvládají poměrně bez obtíží sportovat, což zase prospívá fyzickému a konec konců i duševnímu zdraví.
Podařilo se tedy pojišťovny přesvědčit?
Díky společnému úsilí mnoha lidí se pojišťovny rozhodly, že začnou proplácet i protézy jednostranných amputací, ale musí jít o vrozené handicapy. V současnosti tedy proplácejí oboustranné amputace vrozené i získané a k tomu jednostranné amputace vrozené. Hradí však pouze základní variantu se dvěma senzory a čtyřmi úchopovými vzory, což může znít jako skok z bláta do louže, ale tak to není. I základní protéza je totiž pro mnohé pacienty plně dostačující.
Jde třeba o seniory, kteří ruku budou využívat vyloženě jako doplněk k té zdravé a nemají žádné specifické požadavky. Nejdražší myoprotézy, na které se stále musejí finance shánět různými kanály, se dávají pacientům, kteří potřebují například z titulu své profese pracovat s počítačem nebo manuálně, a základní verze by jim neumožnila návrat do aktivního (ekonomického) života.
Jak vidíte budoucnost protetiky? Budou se třeba implantovat elektrody rovnou do mozku, aby bylo možné protézy ovládat pouhou myšlenkou?
Myslím, že tohle je hodně daleká budoucnost. Lidé mají dojem, že máme technologie na úrovni, kdy stačí pacientům nasadit protézu, která bude ihned pracovat za ně. Ale tak to zatím není, i když třeba některé akademické výzkumy přinášejí dílčí úspěchy. Tyto projekty jsou však realizované v laboratorních podmínkách a mimo laboratoř jsou mnohdy neopakovatelné. Nicméně myoprotetika udělala za posledních šest let obrovský skok. Máme k dispozici multiartikulární protézové dlaně, které umožňují více aktivit. Přicházejí nové ovládací systémy, které budou více intuitivní. Nechme se tedy překvapit, co budoucnost přinese a čím nás moderní technologie překvapí. Může to nakonec být třeba klonování končetin.
Sžívání s myoprotézou Jonáš Kešnar, devatenáctiletý student obchodní akademie s vrozenou amputací v předloktí pravé ruky, před třemi roky získal díky veřejné sbírce Konta Bariéry myonickou inteligentní protézu se dvěma elektrodami a šestnácti pohybovými vzory. Seznamování se s nově nabytou končetinou pro něj však nebylo vůbec snadné. „Když jsem protézu po třech měsících zkoušení dostal, vůbec jsem netušil, jak ji mám vlastně ovládat. Moje svaly na pahýlu k tomu nebyly přizpůsobené. Ale během tří měsíců jsem se s ní sžil a naučil se svaly správně používat," vzpomíná a dodává, že ze začátku to bylo opravdu velmi těžké. „Ruka mě rychle bolela, protože jsem na tento typ aktivity vůbec nebyl zvyklý. Musel jsem nejprve pochopit, jaký typ kontrakce svalu ovládá určitý pohybový vzor. Když chce člověk ruku otevřít, je kontrakce slabá a sval jen lehce zatne, zatímco když chce ruku otáčet, musí být intenzita myosignálu velká. Sval je potřeba hodně zatnout, aby se ruka otáčela." |