SE512643C2 - Anordning för artificiell känsel medelst registrering av beröringsljud - Google Patents

Description

.J L. _ 10 15 20 30 35 512 643 2 utlöst elektrisk aktivitet i muskulatur som finns kvar i amputationsstumpen. Via ytelektroder i den hylsa som omger amputationsstumpen registreras sådana impulser i sträck- eller böjmuskulatur och omvandlas via en motor till öppning resp. slutning av handprotesen.

Myoelektriska handproteser kan vara till mycket stor hjälp, men många patienter använder protesen i endast liten utsträckning eller inte alls. Den direkta orsaken är ofta att protesen saknar känsel och att patienten därmed saknar återkoppling i systemet. Många patienter är beroende av att med ögat betrakta varje rörelse i protesen så att synen därmed i någon mån ersätter den känsel som inte finns. Ett system som möjliggör verklig känsel i en sådan handprotes skulle dramatiskt kunna förbättra dess funktion. 2. Nervskador Svåra skär- eller krosskador inom arm eller hand omfattar ofta skada också på en eller flera nervstammar. Avskärning av t.ex. en av de stora nervstammar som är belägen på handledens undersida (Medianusnerven) ger totalt känselbortfall i större delen av handen. Invaliditeten efter en sådan skada är mycket stor eftersom handens funktion försämras i högst betydande grad genom känselbortfallet. Efter kirurgisk reparation av nerven växer nya nervtrådar ut i handen, men på grund av felväxt och ofullständig innervation blir känseln ofta permanent försämrad i handen. Vid en nervavskärníng i handledsnivå dröjer det ca 6 månader innan någon användbar känsel återupprättas i handen. Under dessa månader, då handen helt saknar känsel, har patienten mycket svårt att rörelseträna handen eftersom återkopplingssystem saknas. Ett system för konstord känsel under denna tid skulle i hög grad kunna underlätta träningen och därmed också påskynda rehabíliteringsförloppet. 3. Neurologiska sjukdomstillstånd Det finns ett stort antal neurologiska sjukdomstillstånd som kan ge försämrad eller bortfallen känsel i handen. Vid s.k. polyneuropatier kan föreligga en känselnedsättning i stora delar av kroppen inkl. armar och händer. En sådan neuropati kan föreliga vid t.ex. diabetes, alkoholmissbruk eller nedsatt njurfunktion. Känselnedsättning kan ses också vid t.ex. MS och stroke. Inom dagens industrisamhälle är känselnedsättning som följd av arbee med vibrerande handhållna verktyg ett mycket betydande problem. I ett globalt perspektiv är spetälska (lepra) det mest uppenbara exemplet på hur känselnedsättning inte fl 10 15 20 30 35 512 643 s bara leder till nedsatt handfunktion utan också till skador och infektioner som kan leda till spontanamputation av fingrar, tår och andra kroppsdelar.

Vid dessa sjukdomstillstånd skulle återupprättandet av känsel i handen och andra delar av kroppen kunna medföra mycket stora funktionsvinster och skulle också kunna bidra till att förhindra uppkomst av kroppsskada. 4. Känselbortfall. nervskador och amputationer inom undre extremiteten Beskrivningen ovan har fiamför allt varit inriktad på handen och övre extremiteten. Även inom undre extremiteten kan känselbortfall medföra stora problem. Vid diabetes kan känselbortfall i foten leda till sårbildning, infektion, vävnadsdöd och amputation. Vid amputationsskador kan proteser vara till stor Vhjälp, men p.g.a. frånvaro av känsel i protesen kan dess användbarhet vara begränsad.

Artificiell känsel Artificiell känsel innebär en princip där bortfallen eller försämrad känsel ersättes med ett alternativt system för återkoppling. För detta krävs 1) registrering av ett känselstimulus, tex. tryck eller vibration; 2) bearbetning och transmission av den signal som detta stimulus ger upphov till; 3) samt någon form av sinnesupplevelse på basis av den transmitterade signalen.

Registrering av ett stimulus kräver någon form av sensor. För detektion av tryck har använts piezorestiva membraner, t.ex. i industrirobotars griporgan. Även på försökspersoner har gjorts försök att som trycksensorer utnyttja piezorestiva membraner, applicerade på fingertopparna av en handprotes eller på en känsellös hand. Ett tryck applicerat mot ett sådant membran initierar en strömkrets som är proportionell mot det anlagda trycket.

Den elektriska signalen kan bearbetas och utnyttjas för applikation av ett proportionellt stimulus av elektriskt eller vibrotaktilt slag mot intakt, känslig hud på lämpligt ställe inom samma extremitet eller annorstädes på kroppen.

Principen har emellertid betydande nackdelar, bl.a. på grund av att huden snabbt vänjer sig vid ett sådant stimulus och därigenom blir okänsligare. En sådan princip ger också ett "onaturligt" alternativt stimulus som ej kan användas för identifiering av den yta eller struktur som vidröres. Ändamålet med uppfinningen Ändamålet med uppfinningen är att skapa möjligheter att "känna med lll. lll llll. Illlll lll I lll llll llll lll "l E "l l lll. lllll llll ll ll lll ll ll lll l l lll llll] l l lll l lll íiiill 10 15 20 30 512 643 4 hörseln", dvs. att ersätta vibrotaktila känselstimuli med akustiska stimuli.

Uppfinnin_gen ger möjlighet att med hörselns hjälp identifiera karaktären på den yta och struktur som vidröres och att härigenom åstadkomma en beskrivande, funktionell känselupplevelse. Uppfinningen bygger på en ny princip för artificiell känsel baserad på sinnessubstitution, dvs. utnyttjandet av ett alternativt sinne för att ersätta denbortfallna känseln.

Olika typer av sinnessubstitution förekommer i vardagslivet: den blinde kan läsa blindskrift med fingertopparna (synen ersättes med känse1n); den döve kan läsa på läpparna (hörseln ersättes med synen) och kan också känna och utnyttja fibrationerna i samtalspartnerns struphuvud (hörseln ersättes med känseln).

I den föreliggande uppfinningen ersättes den bortfallna känsel med hörselsinnet. Hörselsinnet är oerhört väl utvecklat och liknar därvidlag känselsinnet. Såväl känselsinnet som hörselsinnet bygger till stor del på registrering och uttolkning av vibrationsstimuli - substítution av bortfallen känsel med hörsel är därför en biologiskt sund princip.

Vår avsikt är att använda en princip som inte bara tillåter registrering och upplevelse av nivåförändringar i tryck, temperatur el. dyl., utan som verkligen medger registrering och upplevelse av karaktären av den yta och struktur som vidröres och som därmed kan ersätta den beskrivande, funktionella känsel som bl.a. kännetecknar handen.

Sammanfattning av uppfinningen Huvudprincipen med föreliggande uppfinning är att ersätta avsaknad eller bortfallen känsel i en handprotes, hand eller annan kroppsdel med ett annat sinne - hörselsinnet - och att härigenom utnyttja hörselsinnets speciella kvaliteter för att ersätta saknad känsel. När en yta eller ett föremål normalt beröres eller bestrykes med en hand alstras alltid vibrationer i form av ett svagt fiiktionsljud vilket i varje enskilt fall är karaktäristiskt för underlagets yta och struktur. Detta ljud är normalt mycket svagt. I fall av bortfallen eller avsaknad känsel kan den föreliggande uppfinningen emellertid utnyttja detta ljudstimulus, förstärka detsamma och omvandla det till ett akustiskt stimulus som till sin karaktär ej är förvanskat utan helt enkelt är en förstärkt upplevelse av det naturliga "beröringsljudet". Det rör sig alltså inte om ett förvanskat, onaturligt ljud i form av toner el. dyl.

Om signalen bearbetas i en stereoförstärkare, och om båda öronen II 10 20 25 30 35 512 643 s (alternativt benledningen på skallens båda sidor) utnyttjas kan handens fingrar "projiceras" i olika spatiala lokalísationer i rummet (som sektionerna i en symfoniorkester) vilket gör att patienten kan avgöra vilket eller vilka fingrar som beröres. Principen kan eventuellt kombineras med andra system för registrering och upplevelse också av förändringar i tryck, temperatur, etc.

Systemet kräver ett sensorsystem på platsen för beröringen, ett bearbetnings/förstärkarsteg samt en anordning för stimulering av hörselsinnet eller det kraniella benledningssystemet.

I den föreliggande uppfinningen utgöres sensorerna av mikrofoner eller liknande anordningar av litet format som förmår registrera det "beröringsljud" (vibrotaktila stimulus) som alltid utlöses vid beröring av ett föremål, och som är karaktäristiskt för dess yta, struktur och i vissa fall form och täthet.

Beröringsljudet (som alltid svagt kan uppfattas) är sålunda helt olika vid beröring av t.ex. metall, glas, skumgummi, linneduk, apelsin, äpple. I en handprotes kan mikrofonerna byggas in direkt i protesens fingrar. Vad gäller händer med bortfallen eller försämrad känsel kan sensorn/sensorerna byggas in i en handske som appliceras utanpå den skadade handen. Sensorerna kan också appliceras direkt på naglar eller hud, och kan också opereras in i fingertopparnas mjukvävnad. För att möjliggöra identifiering av enskilda fingrar är det förstås viktigt att sensorerna appliceras på flera fingrar.

Det vibrotaktila stimulus ("hörselljud") som tillföres sensorerna när handen eller protesen berör ett föremål eller glider över en yta matas in i ett förstärkarsteg som kan vara av stereotyp. Signalerna överföres, eventuellt trådlöst, till hörtelefoner applicerade i anslutning till det ena eller båda öronen.

Hörtelefonerna kan vara av mycket litet format. Signalerna kan också överföras direkt till skallbenet via stimulatorer placerade t.ex. bakom öronmusslan.

Alternativt kan signalerna överföras direkt till skallbenet via inopererade implantat.

Claims (6)

HJC l 5 10 20 25 30 512 643 PATENTKRAV

1. Anordning för artificiell känsel där avsaknad, bortfallen eller försämrad beröringskänsel i en handprotes, fingrar eller annan kroppsdel ersätts av hörselförnimmelser av en sådan art att det berörda föremålets yta, struktur och i vissa fall också hårdhet och form kan identifierasoch upplevas, kännetecknad av att de vibrotaktila stimuli ("beröringsljud") som utlöses av den friktion som sker vid beröring av ett föremål i kombination med handens, den övriga kroppsdelens eller protesens rörelse över föremålet registreras av mikrofoner eller andra sensorer med motsvarande egenskaper, inbyggda i protesen, applicerade direkt på eller i handen eller inbyggda i en handske utanpå handen eller protesen.

2. Anordning för artificiell känsel enligt kravet 1, kännetecknad av att de vibrotaktila stimuli ("beröringsljud") som utlöses av handens, den övriga kroppsdelens eller protesens beröring av ett föremål via ett förstårkarsteg överföres till en eller flera hörtelefoner eller andra signalanordningar applicerade till ena eller båda öronen eller i anslutning till ena eller båda öronen och härigenom uppfattas som en akustisk förstärkning av det ovan berörda "beröringsljudet".

3. Anordning for artificiell känsel enligt något av de föregående kraven, p kännetecknad av att hörselsignalen är anbringad direkt mot skallens ben antingen via en yttre stimulator eller via implantat införda direkt i benet. '

4. Anordning for artificiell känsel enligt något av de föregående kraven, kännetecknad av att mikrofoner eller liknande anordningar är applicerade i olika positioner i hand-protesen, t.ex. i anslutning till olika fingrar, handen, handsken eller den övriga kroppsdelen, och att "beröringsljuden" från de olika positionerade sensorerna via en stereoförstärkare projiceras i olika från varandra spatialt separerade positioner i rymden så att de olika kroppsdelarna, t.ex. fingrar, på vilka sensorerna placerats genom de akustiska signalerna inbördes kan identifieras och åtskiljas från varandra. m 512 643 7

5. Anordning för artificiell känsel enligt något av de föregående kraven, känneteqknad av att uppfinningen kombineras med anordning för registrering också av tryck, temperatur, rörelse eller inställning av fingrar, hand eller övrig kroppsdel.

6. Anordning för artíficiell känsel enligt något av de föregående patentkraven, kännetecknad av trådlös överföring av den vibrotaktila signalen till öra, öron eller skallens ben. HI IUIH