La première prothèse au monde contrôlée par des aimants est italienne

Un groupe de chercheurs de l’Institut BioRobotics de l’École Supérieure Sant’Anna de Pise a développé la première main prothétique contrôlée par des aimants insérés dans les muscles résiduels du membre amputé. La nouvelle méthodologie, qui permet un contrôle volontaire de chaque doigt de la prothèse, a été testée avec succès sur le premier patient, un homme de 34 ans qui a subi une amputation de l’avant-bras en 2022. LE résultatsvient de paraître le Robotique scientifiquesont prometteurs, et les chercheurs, dirigés par Christian Ciprianidirecteur du BioRobotics Institute, travaillent pour potentiellement rendre l’implant magnétique permanent.

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Danielle patient qui a participé en tant que volontaire à l’étude, a été sélectionné parce que son amputation était relativement récente et que les muscles résiduels de son avant-bras étaient encore assez réactifs. « Dans la première tentative, il était important pour nous de choisir un patient chez qui le souvenir du soi-disant « membre fantôme » était vif, pour être sûrs qu’il pourrait ensuite contrôler le membre prothétique – explique Cipriani à Saluer – Ce n’est cependant pas une condition d’exclusion, et de toute façon la mémoire du membre fantôme s’efface rarement. Tous les amputés ont une certaine mémoire résiduelle, et il suffit souvent de recommencer à bouger le membre pour le réveiller. »

Daniel a subi une intervention chirurgicale à l’hôpital universitaire de Pise, au cours de laquelle six petits aimants, plus petits que la taille d’une pièce de monnaie, ont été insérés dans les muscles restants de son avant-bras. L’intervention chirurgicale a été réalisée sous anesthésie générale et les aimants et la prothèse ont ensuite été retirés six semaines après l’implantation, comme l’exige le protocole de l’étude.

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Comment fonctionne le contrôle magnétique

Mais comment les aimants contrôlent-ils les mouvements de la prothèse ? “Les aimants sont insérés par paires à l’intérieur des muscles, à une certaine distance l’un de l’autre – explique Cipriani – Lorsque le muscle se contracte, et donc se raccourcit, les deux aimants se rapprochent et se déplacent physiquement dans l’espace”. À l’intérieur de la prothèse, les chercheurs ont ensuite inséré des capteurs de champ magnétique, grâce auxquels il est possible de localiser la position absolue des aimants dans l’espace, et donc le degré de contraction du muscle. Les informations motrices sont transférées des muscles de l’avant-bras à la main prothétique grâce à un algorithme.

“Dans ce premier preuve de concept nous avons essentiellement cartographié le degré de contraction des muscles de l’avant-bras de 0 à 100 %, puis l’avons converti en un mouvement relatif des doigts d’ouvert à complètement fermé. Ainsi, si le patient contractait le muscle à 50 %, les doigts se fermaient du pourcentage correspondant, puisque l’algorithme est proportionnel », explique Cipriani.

Avec la nouvelle prothèse, Daniel peut faire des choses comme verser de l’eau, utiliser un couteau, saisir une pièce de monnaie, ouvrir une fermeture éclair. « Je me suis retrouvé soudain sans main. Un instant avant je l’avais, et l’instant d’après il avait disparu, avec une coupure très nette – dit Daniel dans une vidéo réalisée par l’École d’Etudes Avancées Sant’Anna – Ce système m’a permis de retrouver des sensations et des émotions perdues : je j’ai l’impression de bouger ma propre main. C’est un mouvement instinctif qui vient de l’intérieur de votre bras, c’est donc comme si vous bougeiez votre main. »

Les avantages de la prothèse magnétique

Les aspects positifs de cette nouvelle technologie sont nombreux, poursuit le chercheur. Tout d’abord le fait que les aimants permettent une communication sans fil entre l’intérieur (c’est-à-dire les muscles) et l’extérieur du corps (c’est-à-dire la prothèse), ce qui ne nécessite entre autres pas d’énergie. Cependant, dans les prothèses utilisant des implants d’électrodes, le problème se pose de savoir comment transférer les informations de mouvement de l’intérieur vers l’extérieur du corps. “Il y a deux manières : soit par un trou, par exemple un implant ostéo-intégré, soit par un transfert sans fil, basé sur des ondes radio – explique Cipriani – La première option nécessite cependant un type d’implant qui n’a pas encore atteint la norme clinique, du moins en Italie. Dans l’autre cas, il y a le problème de l’alimentation des électrodes depuis l’extérieur, ce qui nécessite essentiellement l’utilisation d’une très grosse batterie. »

La technologie basée sur les aimants permet d’éviter ces deux problèmes et présente également un autre avantage : celui de permettre, au moins en théorie, l’insertion d’une paire d’aimants dans chaque muscle résiduel du membre amputé, permettant le contrôle de tous les muscles relatifs. degrés de mouvement. Les autres techniques ne le permettent pas, explique le chercheur, en raison du bruit de fond par lequel elles sont intrinsèquement caractérisées, qui ne permet pas de distinguer le signal issu d’un muscle de celui du muscle immédiatement adjacent.

Enfin, même si le développement du premier prototype a nécessité un certain investissement, selon Cipriani à l’avenir les coûts de ce type de prothèse ne devraient pas être prohibitifs : « Cette technologie est assez simple et le coût de ces implants pourrait être très faible, elle ne serait probablement pas supérieure à celle des prothèses actuellement disponibles. » Naturellement, souligne-t-il, avant que le prototype ne soit finalement transformé en un produit d’usage clinique courant, de nombreuses autres étapes seront nécessaires pour optimiser son fonctionnement et sa sécurité, mais aussi pour résoudre toutes les questions bureaucratiques.

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Objectifs futurs

L’un des futurs objectifs du travail de Cipriani et de ses collègues, financé par le ministère de l’Université et de la Recherche à travers le projet Apte à la robotique médicale et de l’Inail Centro Protesi, est de rendre l’implantation des aimants potentiellement permanente : « Nous menons des études sur des animaux de laboratoire pour nous assurer, par exemple, que les aimants ne migrent pas avec le temps et qu’ils deviennent de plus en plus biocompatibles. “, poursuit Cipriani.

L’inconvénient d’un implant permanent est qu’il rendrait impossible la soumission du membre en question à une IRM. Toutefois, explique le chercheur, étant donné que les opérations d’implantation et de retrait sont relativement simples, on pourrait envisager de retirer temporairement les aimants si nécessaire.

Par ailleurs, le groupe de Cipriani travaille à adapter la technologie aux amputations des membres inférieurs ou transhumérales, c’est-à-dire supérieures au coude. “Enfin – conclut-il – nous avons des projets qui concernent l’utilisation d’aimants pour contrôler les exosquelettes qui soutiennent le mouvement des jambes chez les personnes à mobilité réduite en raison de blessures”.