Självstyrning hjälper patienter med fantomsmärtor
Fantomsmärtor i en arm som inte längre finns, plågar många som tvingats amputera. Chalmersforskare testar nu en metod där muskelsignaler från armstumpen läggs i ett system med så kallad förstärkt verklighet. När fantomarmen ersätts med en virtuell arm som patienten kan styra och se, återaktiveras områden för armrörelser i hjärnan – och smärtan lindras.
Människor som förlorar en arm eller ett ben upplever ofta fantomkänslor, alltså att den saknade kroppsdelen finns kvar. För de flesta amputerade gör kroppsdelen ibland ont. Fantomsmärtor kan vara ett allvarligt kroniskt tillstånd som försämrar den drabbades livskvalitet betydligt. Man vet inte exakt varför fantomsmärtor och andra fantomkänslor uppstår.
Idag behandlas fantomsmärtor med en mängd olika metoder. Exempel är så kallad spegelterapi, olika typer av läkemedel, akupunktur och nervstimulering. Men i många fall hjälper ingenting. Så var det för de 14 patienter med amputerade armar som chalmersforskaren Max Ortiz Catalan valde ut till den första kliniska studien av den nya behandlingsmetoden, som han har uppfunnit och utvecklat tillsammans med sin forskargrupp.
Fokuserade på de svåraste fallen
– Vi samlade ihop de svåraste fallen från flera kliniker, säger Max Ortiz Catalan. Vi ville fokusera på patienter med kroniska fantomsmärtor där ingen behandling hade fungerat bra.
Förutom fyra av dem som använde smärtlindrande läkemedel hade deltagarna ingen behandling alls när studien startade. De hade haft sina fantomsmärtor under drygt tio år i genomsnitt. Patienterna behandlades 12 gånger med den nya metoden. När studien avslutades upplevde de att smärtorna hade minskat med i genomsnitt 50 procent. Dessutom kunde två av de fyra patienter som använde smärtlindrande läkemedel dra ner på sina läkemedeldoser, med 81 respektive 33 procent.
– Det är ett väldigt uppmuntrande resultat, särskilt med tanke på att dessa patienter hade provat upp till fyra olika behandlingsmetoder utan framgång tidigare, säger Max Ortiz Catalan. Det vi såg i studien var också att smärtorna blev allt lägre fram till det sista behandlingstillfället. Att smärtreduktionen inte planade ut tyder på att man kan uppnå ännu bättre resultat med fler sessioner.
Muskelsignaler från armstumpen kom till användning
Han kallar sin metod för motorisk fantomstyrning (phantom motor execution) Den går ut på att använda muskelsignaler från patientens armstump i ett system med så kallad förstärkt verklighet (augmented reality). De elektriska signalerna i musklerna fångas upp av elektroder som sitter utanpå huden. Signalerna översätts till armrörelser i en virtuell arm med hjälp av algoritmer för artificiell intelligens. Patienten ser sig själv på en skärm med den virtuella armen inlagd, och styr den med sina egna muskelsignaler i realtid.
Den gäckande fantomarmen ersätts alltså av en virtuell arm som patienten både kan styra och se. Det leder till att patienten återaktiverar områden i hjärnan som användes för rörelser i armen innan den amputerades, vilket troligtvis är orsaken till att fantomsmärtorna minskar. Bland dagens behandlingar mot fantomsmärtor finns det ingen annan som med säkerhet skapar en sådan återaktivering i hjärnan.
Så fungerar motorisk fantomstyrning I miljön för förstärkt verklighet ser patienterna sig själva på en skärm, med en inlagd virtuell arm som styrs av muskelsignaler från deras armstump. Behandlingen bygger på en kombination av flera olika teknologier som har utvecklats av Max Ortiz Catalan och hans kollegor: 1. Omvandling av myoelektriska muskelsignaler till rörelser i en virtuell arm. Det måste finnas någon del av armen kvar för man ska kunna få fram signaler, och ju mer armmuskler som finns kvar desto fler rörelser går det att skapa. Phantom motor execution in Augmented Reality as a treatment of Phantom Limb Pain:
2. Förstärkt verklighet innebär att man blandar virtuell verklighet (virtual reality) med information från den fysiska världen. En referensmarkör på patientens armstump gör att hen kan röra sig fritt med den virtuella armen i rätt anatomisk position.
3. Dataspel som patienterna använder för att träna hjärnan i att skicka rörelseginaler till den arm som saknas, på ett roligt och självbelönande sätt.
Ingen vet exakt vad som orsakar fantomsmärtor, men man tror att de beror på förändringar i hjärnan som uppstår när en kroppsdel försvinner. Med motorisk fantomstyrning kan patienten återaktivera områden i hjärnan som användes för den saknade kroppsdelens rörelser. Man tror att detta kan återställa de hjärnförändringar som orsakar fantomsmärtan. En annan möjlig förklaring till smärtlindringen är att patienterna lär sig att använda musklerna i sin armstump, vilket kräver resurser i hjärnan. Behandling av smärtsignaler kräver också resurser i hjärnan. En effekt av behandlingen kan därför vara att smärtbearbetningen ”konkurreras ut” av den nya aktivitet som skapas i hjärnan när musklerna i armstumpen sätts i arbete.
Patienterna valdes ut från tre kliniker i Sverige och en i Slovenien. De behandlades med motorisk fantomstyrning två gånger per vecka under 6 veckor. De fick ange sina smärtnivåer före dessa tillfällen och vid uppföljningskontroller 1, 3 och 6 månader efter avslutad behandling. Flera olika sätt att beskriva smärta användes för att säkerställa pålitliga resultat, till exempel intensitet, frekvens och hur mycket smärtan påverkade dagliga aktiviteter och sömn.
Artikeln: Phantom motor execution facilitated by machine learning and augmented reality as treatment for phantom limb pain: a single group, clinical trial in patients with chronic intractable phantom limb pain publicerades i den vetenskapliga tidskriften The Lancet den 1 december.
Kontakt: Max Ortiz Catalan, Medicinska signaler och system, Chalmers, 070-846 10 65, maxo@chalmers.se
Den kliniska studien gjordes i samarbete med Sahlgrenska Universitetssjukhuset i Göteborg, Bräcke Diakoni Rehabcenter Sfären i Stockholm, Universitetssjukhuset Örebro och University Rehabilitation Institute i Ljubljana, Slovenien.
– Samarbetet var oerhört givande, och nu ska vi gå vidare med en större kontrollerad klinisk studie, säger Max Ortiz Catalan. Kontrollgruppen kommer att behandlas med en av dagens metoder mot fantomsmärtor. Den här gången kommer vi även att inkludera personer med fantomsmärtor i ett förlorat ben. Mer än 30 patienter kommer att delta från flera olika länder, och antalet behandlingstillfällen kommer att vara fler så att vi kan undersöka om det går att få bort smärtan helt och hållet.
Parallellt pågår också utvecklingen av ett system för motorisk fantomstyrning för hemmabruk, som patienter ska kunna använda på egen hand. Produkten beräknas vara klar för försäljning i början av 2017. Tanken är att behandlingen senare ska kunna användas även av andra patientgrupper som behöver rehabilitera sin rörelseförmåga. Till exempel personer som har drabbats av stroke, nervskador eller handskador.
