Tungen kan hjælpe svært handicappede tilbage til livet
Rygmarvsskadede har ofte store problemer med at kommunikere med omverdenen. Et nyt forskningsprojekt om tungen kan hjælpe svært handicappede til større selvstændighed og livskvalitet.
Figur 1: Illustration af mund-enheden placeret i overmunden på en bruger. Enheden har slående ligheder med en almindelig tandbøjle. (Illustration: Aalborg Universitet)

 

Hvordan kan vi hjælpe svært handicappede, som eksempelvis rygmarvsskadede, til i større grad at klare hverdagens aktiviteter selv?

Dette spørgsmål har været udgangspunktet for vores forskning, der til sommer forventes at munde ud i et produkt kaldet: ’iTongue’.

I denne artikel forklarer vi, hvordan systemet virker, mens du kan se en video og læse nyheden om iTongue her: Nu kan lammede styre kørestolen med tungen

Der findes flere systemer til lammede

Personer med rygmarvsskader på halsniveau vil ofte have lammelser i kroppen, benene, armene og hænderne.

Disse lammelser har en enorm indflydelse på den hverdag, den rygmarvsskadede oplever, idet mange daglige rutiner ofte ikke kan klares uden hjælp fra pårørende eller hjælpere.

For at genskabe noget af den funktionalitet og selvstændighed, som den rygmarvsskadede har mistet grundet lammelser, er der udviklet flere typer af systemer til at styre computere som eksempelvis øjenstyring, hagejoysticks, puste/suge-styring (Sipp ´n puff) - og nu også tungen.

Fakta

En kokontraktion er, når to muskler på hver sin side af et led spændes på samme tid. Et eksempel på en kokontraktion er, når man knytter hånden hårdt. Her spændes musklerne, der både åbner og lukker hånden, hvorved håndleddet fikseres.

Disse systemer har alle til formål at give den lammede mulighed for at få større selvstændighed og livskvalitet ved at tillade kontrol af elektronisk og automatisk udstyr samt at tilgå f.eks. internettet, hvor den enkeltes mulighed for aktiv deltagelse ikke er begrænset af den fysiske tilstedeværelse, men hvor selv en fuldstændigt lammet har mulighed for at kommunikere, besidde jobs og have socialt samvær.

Tungen upåvirket af rygmarvsskader

Tungen er særligt interessant i denne sammenhæng, da tungen er styret af en kranienerve.

Det vil sige, at den er upåvirket af en rygmarvsskade, og at selv om en person er blevet lam fra halsen og nedefter, så vil denne person stadig bevæge tungen.

Samtidig er tungen en muskel, der kan styres meget præcist samt være aktiv over længere tid uden at blive træt.

Når rygmarvsskadede skal vælge et system til at støtte dem i deres hverdag, så har diskretion og intuitivitet stor betydning for dem.

Og med tungen som input til et system, der placeres i overmunden, er det muligt at lave et trådløst system, der ikke er synligt under brug, og som samtidigt er nemt at lære at bruge.

Tungekontrolsystemets tre enheder

Figur 2: Prototype af SmartHand protesen, der tillader brug af 5 forskellige greb. (Foto: Dalila Lepirica og Shellie Boudreau)

Selve systemet består af en mund-enhed, en aktiveringsenhed og en ekstern enhed:

 

  • Mund-enheden ligner en slags ganebøjle og består af 18 sensorer, et genopladeligt batteri samt elektronik til behandling af sensor-signaler og videresendelse af data. For at beskytte disse ting fra mundvand og slid, er de indkapslet i en godkendt plast og derefter indlejret i en ganebøjle. Ganebøjlen laves af en tandlæge, der ved hjælp af et aftryk taget af den enkelte brugers overmund, sørger for, at mund-enheden passer perfekt. En illustration af mund-enheden er vist på figur 1.

    Mund-enheden minder derfor om de tandbøjler, der bruges i forbindelse med justering af tænder i overmunden, og på samme måde vil den under brug også skulle placeres i overmunden, hvor bøjlen så sidder fast på tænderne.

  • Aktiveringsenheden skal placeres på brugerens tungespids for at kunne aktivere sensorerne, der er indlejret i mund-enheden. Aktiveringsenheden er en lille cylindrisk enhed på 1 x 2 millimeter (højde gange bredde), der består af en legering af metal, som er godkendt til brug i munden.

    Ved kortvarig brug kan denne limes på tungespidsen. Dette gøres med vævslim af samme slags, som lægerne bruger på eksempelvis skadestuen. Ved længerevarende eller permanent brug opfordres brugeren til at få lavet en klinisk tungepiercing, hvor aktiveringsenheden så placeres mere permanent på tungespidsen.

  • Centralenheden er en lille mikrocomputer. Denne mikrocomputer kommunikerer trådløst med mund-enheden, og det system der er styret ved hjælp af tungekontrolsystemet.
    Centralenheden modtager signalerne, der er registreret af mund-enheden, og beregner herefter, hvorvidt en sensor er blevet aktiveret.

    Hvis dette er tilfældet, vil centralenheden dernæst sørge for at starte afviklingen af den tilhørende funktion som eksempelvis at få en kørestol til at køre fremad.

 

Sådan bruges systemet

Brugen af systemet vil foregå ved, at den rygmarvsskadede bevæger tungen med aktiveringsenheden op imod sensorerne, der sidder i mundenheden.

Aktiveringsenheden forårsager her en ændring i det magnetfelt, som er omkring den pågældende sensor, der registreres som et kommandosignal – f.eks. en indtastning af en karakter ligesom på et keyboard.

30 gange i sekundet bliver alle 18 sensorer aflæst af elektronikken i mund-enheden, og de aflæste værdier for hver sensor bliver derefter sendt til centralenheden.

I centralenheden sammenlignes hver sensors aflæste værdi med en tærskelværdi, der angiver aktivitet eller ej. Er en sensor blevet aktiveret, vil centralenheden derefter sende den kommando, der er tildelt denne sensor, videre til det system, som er blevet parret med tungekontrolsystemet, eksempelvis en computer eller en kørestol.

 

Fungerer som et trådløst tastatur

Illustration af hvorledes en øget anvendelighed vil kunne påvirke hverdagen for en amputeret. (Foto: Dalila Lepirica og Shellie Boudreau)

Funktionaliteten, der gives brugen, kan bedst beskrives som et trådløst tastatur med 18 taster. Alle typer af systemer, der vil kunne betjenes med 18 taster, vil derfor potentielt kunne styres fra tungekontrolsystemet.

Selve systemets brugervenlighed og intuitivitet er blevet undersøgt gennem kliniske forsøg.

Konklusionerne herfra er, at efter kun tre dages træning med systemet vil brugeren kunne opnå resultater, der er på højde med lignende hjælpesystemer til svært handicappede.

 

Applikationer til tungekontrolsystemet

Der har fra starten af dette forskningsprojekt været tilknyttet et brugerpanel af potentielle slutbrugere.

Med baggrund i deres prioritering af applikationerne er der på nuværende tidspunkt primært blevet forsket i, hvorledes brugen af tastatur og mus samt kørestol ville kunne understøttes med tungekontrolsystemet.

 

  • Tastatur og mus: Når tungekontrolsystemet bruges som tastatur og mus, parres tungekontrolsystemet med en USB-stik, der skal sidde i computeren, som ønskes anvendt.
    De 18 sensorer er herefter opdelt i 2 grupper af hhv. 10 og 8. De 10 første sensorer tildeles 3-4 bogstaver og/eller andre funktioner, som eksempelvis museklik. De resterende 8 sensorer bruges til at styre musen på skærmen.

    Når brugeren skriver på computeren, vil der blive anvendt tekstforudsigelse samt ordbog. Ved hjælp af tungen vil brugeren så kunne skrive tekst, ganske som anvendte han/hun sin tommelfinger og en mobil med gammeldags taster.

    De 8 sensorer, der anvendes til at kontrollere musen, giver mulighed for at styre musen ligesom et joystick. Brugeren vil kunne styre retning såvel som farten, hvormed musen bevæger sig hen over skærmen.

    Under brug af tastatur og mus vil brugeren ligeledes kunne benytte sig af visuelle og auditive feedback fra en grafisk brugerflade, der har til formål at øge brugervenligheden af systemet.
     

  • Kørestol: Tungekontrolsystemet giver også brugeren mulighed for at styre en kørestol.

    Her vil 8 sensorer blive anvendt til at styre kørestolen i én af 8 retninger på tilsvarende måde, som når et joystick bruges. Brugeren vil på denne måde kunne køre rundt på egen hånd uden at skulle bruge eksempelvis et hagejoystick.

    Tungekontrolsystemet vil altså give brugeren et meget diskret system, der samtidig ikke fratager brugeren friheden til at bevæge af hoved og hals.

 

Kan også bruges til håndproteser

Det er ikke kun de svært handicappede, der ville kunne få gavn af tungekontrolsystemet.

Illustration af hvorledes en øget anvendelighed vil kunne påvirke hverdagen for en amputeret. (Foto: Dalila Lepirica og Shellie Boudreau)

Et erhvervs-ph.d.-projekt har undersøgt muligheden for at anvende tungekontrolsystemet til at øge brugervenligheden af nye avancerede håndproteser.

Typisk har elektriske proteser haft et enkelt greb, der kunne lukkes og åbnes. På figur 2 ses en prototype af smartHand-protesen, der tillader 5 forskellige greb.

Normalt vil en elektrisk arm/håndprotese være styret udelukkende af muskelsignaler. Disse muskelsignaler opstår, når den amputerede spænder i noget eller nogle af de armmuskler, der er tilbage på den amputerede arm.

Signalerne opsamles på huden ovenover disse muskler, og en mikrocomputer behandler så disse signaler og åbner/lukker dernæst det greb, den amputerede har valgt.

 

Greb og funktioner ligger i en kæde

Den amputerede vil typisk skulle skifte til det næste greb eller den næste funktion ved at lave en såkaldt kokontraktion (se boks).

Greb og funktioner ligger som perler i en kæde efter hinanden. Den amputerede kan med en kokontraktion bladre frem til næste greb/funktion, men har ikke mulighed for at bladre tilbage.

Illustration af hvorledes en øget anvendelighed vil kunne påvirke hverdagen for en amputeret. (Foto: Dalila Lepirica og Shellie Boudreau)

For hvert ekstra greb eller funktion, der tilføjes denne kæde, vil det tage længere tid at finde og aktivere et specifikt greb/funktion.

 

Nemmere aktivering med tungesystemet

Resultater fra erhvervs-ph.d.-projektet viser, at amputerede, der bruger en arm/håndprotese med tre eller flere greb/funktioner, med fordel ville kunne bruge et tungekontrolsystem.

Hvert greb og funktion i protesen bliver tildelt en specifik sensor på tungekontrolsystemet, og på denne måde vil det være muligt for den amputerede at vælge et greb eller en funktion direkte uden at skulle skifte forbi andre greb og funktioner.

Tungekontrolsystemet vil give brugeren mulighed for hurtigere og nemmere aktivering af det greb eller den funktion, der ønskes anvendt.

Herved skabes mulighederne for i højere grad at anvende protesen i en funktionel forstand og ikke blot som en kosmetisk tilføjelse.

 

Anvendelsesmulighederne er mange

Tungekontrolsystemet vil derudover have den fordel, at selv ved amputationer foretaget så højt på armen, at der næsten ikke er muskler tilbage at måle på, så vil tungekontrolsystemet stadig kunne anvendes i kontrollen af protesen.

Jo mere funktionalitet, der skal genskabes ved hjælp af en arm/håndprotese, des større gavnlig effekt vil der være af at inkludere et tungekontrolsystem i styringen.

Det er dog ikke kun handicappede, der vil kunne have glæde af tungekontrolsystemet. Anvendelsesmulighederne for et trådløst tastatur betjent med tungen er adskillelige.

Alle personer, der i enten arbejde eller fritid kunne tænkes at stå i en situation, hvor begge hænder og fødder er optaget eller på anden vis ikke tilgængelige til at give input til et kontrolsystem, vil kunne være potentielle brugere.

Det kunne være kirurgen, der opererer, kamppiloten der har begge hænder optaget, eller teenageren der søger den lille ekstra fordel, når han spiller computerspil med vennerne.