Modern research in prosthetic devices and other assistive technologies are constantly pushing boundaries. While the technology is impressive, it is still inaccessible for the greater part of the people in need of it. Advanced devices are often extremely expensive and require regularly maintenance from professionals. Enabling the Future is a global network of volunteers and was founded to face these problems. They design and 3D-print mechanical prosthetics for people in need all over the world. Most of the designs used by Enabling the Future are purely mechanical and do not implement motors. The purpose of this thesis was to take a new approach to the design and construction of low-cost motorized prosthetic hands. By distancing all the electronic components from the hand, including the motor, the project aimed to create a device compatible with all current designs of the Enabling the Future community. To conceptualize this approach a demonstrator was constructed and tested. It utilized a muscle sensor which allowed users to control the hand by tightening their muscles. The distance between the electronic components and the prosthetic hand measured approximately one and a half meters and still transfered enough force, from the motor to the hand, to deliver an adequate grip strength. / Modern forskning inom protestillverkning och andra handikapphjälpmedel gör kontinuerligt stora framsteg. Trots att tekniken är imponerade är den fortfarande otillgänglig för den största del människor som behöver den. Avancerade hjälpmedel är ofta extremt dyra och kräver kontinuerligt underhåll från yrkesverksamma. Enabling the Future, ett globalt nätverk av volontärer, grundades för att utmana dessa problem. De konstruerar och tillverkar 3D-skrivna mekaniska proteser för människor med behov över hela världen. De flesta konstruktioner som används av Enabling the Future är helt mekaniska och använder inga motorer. Syftet med detta kandidatexamensarbete var att med nya tillvägagångssätt konstruera en billig motoriserad handprotes. Genom att placera all elektronik på en distans från handen, inklusive motorn själv, var tanken att skapa ett system som är kompatibelt med de konstruktioner som Enabling the Future använder. För att förverkliga detta konstruerades en prototyp som testats. Prototypen använde sig av en muskelsensor som lät användaren kontrollera proteshanden genom att spänna sin arm. Distansen mellan de elektriska komponenterna och protesen var ungefär en och en halv meter, samtidigt som tillräckligt stor kraft kunde transporteras för att stänga handen med ett tillräckligt grepp.

The use of non-invasive signal acquisition methods is today the standard for testing pattern recognition algorithms in prosthetic control. Such research had shown consecutively high performance on both prerecorded and real time data, yet when tested in real life they deteriorate. To investigate why, the author who is a congenital amputee, wore a prosthetic system utilizing pattern recognition control on a daily basis for a five-day period. The system generated one new classification every 50 ms and movement execution was made continuously; for classifying open/close; and by winning a majority vote; for classifying side grip, fine grip and pointer. System data was continuously collected and errors were registered through both a manual and an automatic log system. Calculations on extracted data show that grip classifications had an individual accuracy of 47%- 70% while open/close got 95%/98%, but if classified according to a majority vote, grips increased their accuracy to above 90% while open/close dropped to 80%. The conclusion was that majority vote might help complex classifications, like fine grips, while simpler proportional movements is exacerbated by majority voting. Major error sources were identified as signal similarities, electrode displacements and socket design. After the daily monitoring ended the systems functionality was tested using the "Assessment of Capacity for Myoelectric Control". The ACMC results showed that the system has similar functionality to commercial threshold control and thus is a possible viable option for both acquired and congenital amputees. / Användningen av icke-invasiva signalavläsningsmetoder är för nuvarande standarden inom utvärderingar av mönsterigenkännings-algoritmer för proteskontroll. Forskning inom området har konsekvent visat på hög prestanda för både ansamlat och realtids data, men när algoritmerna testas i verkliga livet fungerar de ej väl. För att undersöka varför har författaren, som har en kongenital amputation, burit en protes vilken använder mönsterigenkänningskontroll i sitt vardagliga liv under en femdagars period. Systemet genererade en ny klassificering var 50 ms och rörelse-utförande skedde antingen kontinuerligt; för öppna/stäng; eller genom att vinna en majoritetsröstning, för att klassificera greppen sidogrepp, fingrepp samt peka. Data insamlades kontinuerligt och felklassificeringar registrerades genom både ett manuellt och ett automatiskt markeringssystem. Beräkningar på insamlade data visade att för grepp låg den individuella träffsäkerheten på 47%- 70% medan öppna/stäng var 95%/98%, men om data grupperades ökade träffsäkerheten för greppen till 90% medan för öppna/stäng minskade den till 80%. Slutsatsen blev då att majoritetsröstning hjälper mer komplexa rörelser som grepp, men är hindrande för mer väldefinierade proportionella öppna/stäng rörelser. De största felkällorna identifierades som likheter i signaler, elektrodavbrytningar och design av proteshylsan. Efter slutförd daglig övervakning undersöktes funktionaliteten hos systemet med hjälp av funktionalitetstestet "Assessment of Capacity for Myoelectric Control". ACMC testen visade att systemet hade liknande funktionalitet som kommersiell tröskelkontrol och därmed kan ses som ett möjligt alternativ för kontroll, både hos dem med förvärvade och kongenitala amputationer.

De traditionella armproteser som tillverkas i utvecklingsländer står inför stora problem i att leverera patienter med lämpliga hjälpmedel. Processen är inte bara tidskrävande eftersom varje enhet måste anpassas för varje enskild användare men vissa komponenter kan inte produceras lokalt vilket driver upp priset ytterligare. Syftet med detta examensarbete var att utveckla en armprotes för utvecklingsländerna med hjälp av additiv tillverkning (3D Printing) för klienten 3D Life Prints som baseras i Nairobi, Kenya. En protes är ett hjälpmedel som används för att underlätta en amputerad människa i dagliga aktiviteter och med hjälp av additiv tillverkning kan även en lokal tillverkningsprocess utvecklas och förbättras vilket skulle kunna minska tiden för tillverkning och distribution av proteser. Den initiala protesen, som låg till grund för designarbetet, var en underarmsprotes som fortfarande var i utvecklingsstadiet hos klienten. Protesen tillverkades med hjälp av tillverkningsmetoden Fused Deposit Modelling (FDM), som har den fördelen att den använder sig av relativt billiga 3D skrivare. För att sammanfatta syftet med projektet utvecklades följande frågeställningar 1. Hur tillverkas, distribueras och används konventionella proteser i jämförelse med additivt tillverkade proteser i Nairobi, Kenya? 2. Vem är den primära användaren av proteser i utvecklingsländer, vilka problem upplevs hos dagens lösningar och vilka faktorer anses vara den viktigaste hos användaren? Och varför?  3. Hur ska additivt tillverkade proteser utformas för optimal användning i utvecklingsländer?  Förutom att besvara frågeställningarna var målet att utvecklingen av systemet skulle leda till förbättrad funktionalitet för användaren och underlätta tillverkningen för organisationen.  För att få en allmän översikt över det vetenskapliga området av additivt tillverkade proteser studerades kontexten för utvecklingsländer, användarcentrerad design (eftersom syftet var att förbättra en produkt för en specifik användare), armproteser och additiv tillverkning. Resultatet, från de olika stadier av designprocessen, var den slutgiltiga designen av "3D Life Arm". Det slutliga systemet bestod av fyra huvudkomponenter, Kroppsselen, Inlägget, Proteshanden och Hylsan. Komponenterna använde sig utav additiv tillverkning i både styvt material (Kroppsselen, Hylsan och Inlägget) och flexibelt material (Proteshanden). Lokalt tillgängliga komponenter användes där additiv tillverkning inte var möjligt till exempel fisketråd och skruvar. En slutsats drogs att de två faktorer som ansågs viktigast för användaren var att produkten skulle vara estetiskt tilltalande och billig. Även sociala stigman spelar en stor roll och enligt användare och experter i Nairobi, måste protesen efterlikna den saknade armen så mycket som möjligt för att kunna smälta in. Författarna konstaterade att kostnaden var den viktigaste faktorn när man utformar proteser för utvecklingsländerna, eftersom användaren i dagsläget inte har råd med de proteser som tillverkas i Nairobi. Sammanfattningsvis utfördes en kostnads- och tidsanalys för att kontrollera tillverkningskostnaderna för hela systemet. Med tre skrivare kunde alla delar tillverkas för 282 kronor och skulle ta cirka 15 timmar och 15 minuter att skriva ut som är betydligt lägre än de funktionella proteser som tillverkades i Nairobi. Ytterligare utvärderingar krävs för att fastställa att protesen kommer att klara av påfrestningarna från dagliga aktiviteter hos användaren och en fungerande strategi för passning måste utvärderas ytterligare. Författarna tror dock att med hjälp av en fullt utbildad protestillverkare finns det en framtid för additiv tillverkning av armproteser. / The traditional prosthetic arms that are being fitted in developing countries are facing major issues in suppling patients with proper assistive aids. Not only is the process time consuming with every single unit having to be customized for the user but some parts can’t be locally produced which drives up price even further. The objective of this master thesis was to develop a prosthetic arm for developing countries with the help of additive manufacturing (3D printing) for the client 3D Life Prints which are based in Nairobi, Kenya. A prosthesis is used to aid an amputee in daily living activities. With additive manufacturing the intention is that a local manufacturing process could be developed and improved which would reduce the time of fitting and distributing a prosthesis. The initial prosthesis, that was the origin of the design, was a below elbow prosthetic arm that was being developed by the client. The prosthesis was fabricated with the additive manufacturing process fused deposition modelling (FDM) which has the advantage of providing the cheapest printers. To summarize the aim of the project the research questions that was established was as followed 1. How are conventional prosthetic arms generally being manufactured, distributed and used compared to additive manufactured prostheses in Nairobi, Kenya?  2. Who is the primary user of prosthetic arms in developing countries, what problems are they facing with current solutions and what factors are considered as the most important? And why? 3. How should additive manufactured prostheses be designed for optimal usage in developing countries? In addition to answer the research questions the aim was that the development of the system would lead to enhanced functionality for the user and to facilitate manufacturing for the organization. To get a general overview of additive manufacturing prostheses the fields theories that was studied included context of developing countries, user centred design (since the aim was to approve on a product which needed to suit a specific user), upper limb prostheses and additive manufacturing. As a result, from different stages of the design process a final design was reached called the “3D Life Arm”.  The final system was comprised of four main components, the Harness system, the Insert, the Cover and the Socket. These components used additive manufacturing in both rigid material (Harness parts, Socket and Insert) and flexible material (the Cover). Locally available components were used for parts not feasible to additive manufacture e.g. fishing wire and screws. The two factors that were concluded to be the most important for the user were the aesthetic appeal and cost. With social stigmas playing a major part according to users and experts in Nairobi, the prosthesis needs to resemble the missing limb as much as possible. It was concluded that cost was the major factor when designing prostheses for developing countries since user just wasn’t able to afford the prostheses that was being manufactured in Nairobi. In the end a cost and time analysis was conducted to verify what price the complete system would need to be manufactured. With three printers all parts could be printed for the price of 282 SEK and would take approximately 15 hours and 15 minutes to print which is considerably lower than that of the functional prosthesis being distributed in Nairobi. Further evaluations need to be done to establish that the prosthesis will manage the strains and stresses of daily living activities of the user and a complete fitting strategy needs to be evaluated further. It’s the authors belief however, that with the help of fully educated prosthetist there is a future for additive manufacturing of upper limb amputees.

Syfte: Syftet med denna studie var att undersöka vad kliniker upplever påverkar förskrivningsprocessen av mikroprocesstyrd knäkomponent (MPK) i de olika regionerna i Sverige. Metod: Kvalitativ analys med semistrukturerade intervjuer genomfördes. Intervjuerna genomfördes och spelades in med Zoom eller Teams programvara och data analyserades sedan tematiskt.  Resultat: 9 legitimerade ortopedingenjörer samt en legitimerad fysioterapeut från åtta olika regioner deltog i studien. Under dataanalysen identifierades fyra huvudteman samt 10 underteman. Huvudteman var: utvärdering av patientens lämplighet för MPK, utmaningar med att beräkna patientutfall, förskrivningsbarriärer och externa påverkande faktorer. Deltagarna upplevde att beräkning av patientutfall, budgetrestriktioner och att vara beroende av subjektiva bedömningar av patienter som stora utmaningar med förskrivningsprocessen av en MPK.  Slutsats: Deltagarna upplevde att förskrivningsprocessen av MPK påverkas av flertal olika faktorer; från regionala budgetar och ansökningsprocesser, till deltagarnas erfarenhet och förmåga att bedöma lämpliga MPK-kandidater. Deltagarna uttryckte utmaningar med att förskrivningsprocessen var känslobaserad och till stor del beroende av subjektiva och generella utvärderingar av patienten. Detta gjorde att ett stort ansvar av bedömningen om vem som bör få ett MPK förskrivet, låg på deltagarna själva, vilket ansågs kan bidra till inkonsekventa patientbehandlingar. Deltagarna upplevde att ett nationellt förskrivningssystem möjligen hade kunnat bidra till att processen var mer rättvis för patienterna samt underlätta processen för de själva. / Purpose: The study investigates clinicians’ experience of what is affecting the prescription of microprocessor-controlled prosthetic knees (MPKs) in different regions in Sweden. Method: Qualitative analysis with semi-structured interviews were conducted. The interviews were conducted and recorded using Zoom or Teams software and data was thereafter thematically analysed. Results: 9 certified prosthetists and a certified physiotherapist from eight different regions participated. During data analysis four main themes were identified along with ten subthemes. The key themes were: assessing candidate for MPK, challenges in estimating outcomes, barriers to prescribing and external influencing factors. Estimating patient outcomes, budget limitations and being dependent on subjective patient evaluations were expressed as major factors affecting the prescription of MPKs. Conclusion: The prescription of MPKs was found to be affected by several factors; from regional budgets and application processes to clinicians’ experience in assessing suitable MPK-candidates. The clinicians expressed challenges in that the prescribing process was emotionally based and relied on subjective and generalised patient assessments. This made decision-making regarding who to prescribe an MPK to, highly dependent on the clinicians’ own experience and knowledge which according to them, could lead to inconsistent treatments. Clinicians felt that a national prescription system could possibly ensure fairer patient evaluations and make the process easier for themselves.

Sensory feedback possesses the possibility of adding a new dimension to many applications, including, but not limited to, prosthetics and surgical robots for improved control, virtual reality for incorporation of another sense, and phantom limb pain reduction for amputees. Electrotactile stimulation provides a compact, light-weight, energy efficient, highly responsive, and non-invasive option for sensory feedback; however, it has been found to commonly elicit unnatural or uncomfortable sensations for the user. To address this issue, this thesis was designed to test the impact of the different electrotactile stimulus parameters – current amplitude and polarity, pulse width, frequency, and waveform – on the user’s perceived sensation and afferent neural response. The relationship between sensation and neural response was also analysed. The aim of this thesis was to create guidelines to assist in the design and use of electrotactile stimulation. Neural data and matching psychophysical data from one healthy subject and purely psychophysical data from three others were gathered while applying electrotactile stimulations of different parameter combinations on the dorsal side of the hand or lower arm. Significant (p < 0.05) correlations and differences were found in all three relationships between electrotactile stimulus parameters, primary afferent response, and perceived sensation. Current (specifically negative) or pulse width control in monophasic waveforms were deemed most appropriate in applications that relay information through varying intensity. However, monophasic waveforms produced more discomfort, rendering biphasic waveforms more suitable when mild, local, and more natural sensations are of greater importance. Surprisingly, the data also suggested higher sensitivity to positive currents. While lower values of current amplitude and pulse width increased neural spike count, stimulus frequency could reliably control neural firing at all tested frequencies. Spike counts were moderately to strongly correlated with perceived intensity; however, practically identical neural responses could elicit different sensations. High current pulses at low frequencies induced spikes with the shortest latency – but with greater risk of discomfort. Due to limitations in sample size, generalisability is limited, and this thesis should be considered a pilot study to guide future investigations. The results suggest that recording from single and multiple afferent nerve fibres simultaneously would improve the understanding of the neural population response to electrotactile stimuli. Moreover, the one-to-one neural response to electrotactile stimuli raised the question of whether an electrotactile stimulation based on a natural spike pattern could replicate the original sensation. A future study testing this hypothesis may find a new approach to designing painless electrotactile stimulations for sensory feedback use. / Sensorisk återkoppling har möjlighet att drastiskt förbättra många användningsområden, t.ex. genom att bidra till enklare kontroll av proteser och kirurgiska robotar, mer verklighetstrogna VR-spel, och minskade fantomsmärtor hos patienter med amputeringar. Elektrisk hudstimulering erbjuder ett kompakt, lätt, energisnålt, hög-responsivt och icke-invasivt alternativ för sensorisk återkoppling – dock framkallar denna metod ofta onaturliga och obehagliga förnimmelser för användaren. Detta examensarbete bemöter detta problem genom att undersöka effekten av stimuleringsparametrar som strömstyrka, pulsbredd, frekvens och vågform på försökspersonens upplevda förnimmelse samt den afferenta nervresponsen. Även relationen mellan förnimmelse och nervrespons analyserades. Examensarbetets ändamål var att skapa riktlinjer för att förenkla designen och användandet av elektrisk hudstimulering. Nervdata med matchande psykofysiska data samlades från en frisk försöksperson, samt enbart psykofysiska data från tre andra, under olika elektriska hudstimuleringar (med varierande parametervärden) på handens dorsala sida eller på underarmen. Signifikanta (p < 0.05) korrelationer och skillnader fanns i alla tre relationer mellan parametrarna för elektrisk hudstimulering, primärafferent respons och upplevd förnimmelse. Kontroll av ström (i synnerhet negativ) eller pulsbredd i monofasisk vågform visade sig vara mest fördelaktigt i applikationer där information kommuniceras till användaren genom att variera den upplevda intensiteten. Dock skapade denna vågform mer obehag, och bifasiska vågformer bedömdes mer passande då milda, lokala, och mer naturliga förnimmelser är av högre värde. Positiv ström upplevdes, förvånande, starkare än negativ. Vid låga värden på ström och pulsbredd var dessa faktorer viktiga gällande antalet aktionspotentialer (AP), men stimuleringsfrekvensen kunde kontrollera antalet AP vid alla frekvenser. Mängden AP var måttligt till starkt korrelaterad med upplevd intensitet – samtidigt kunde praktiskt taget identiska nervresponser vara kopplade till olika förnimmelser. Lågfrekvent stimulering med hög ström hade kortast latenstid, men högre risk för obehag. P.g.a. lågt antal försökspersoner är generaliserbarheten begränsad och detta examensarbete bör beaktas som en förstudie för att guida framtida forskning. Resultaten från denna studie antyder att en tydligare bild av populationsresponsen skulle kunna skapas genom samtidig läsning av ett flertal enskilda nervfibrer samtidigt. Det faktum att varje stimulering kunde ge upphov till en AP väckte frågan: kan ett stimuleringsmönster baserat på en naturlig nervrespons återskapa den ursprungliga förnimmelsen? En studie som testar denna hypotes har möjligheten att finna ett nytt tillvägagångssätt för att skapa smärtfri elektrisk hudstimulering för sensorisk återkoppling.

Diss. (sammanfattning) Stockholm : Karol. inst., 2004. / Härtill 5 uppsatser.

Based on what body adornment has been throughout history, this project investigates what it might be in the future. The possibilities, forms and methods of body adornment has changed and will continue to change over time, along with our societal and environmental shifts as well as with developments in science and technology. Our bodies are increasingly perceived as malleable objects that we can modify, enhance and improve. I use speculation as a method to explore how the human body may develop and be modified in the future. I envision a world where we have become increasingly intertwined with technologies, where environmental changes and our lifestyle have affected our biology, and where our bodies have continued to be altered based on social norms. Through this project I have become some kind of contemporary Frankenstein scientist, although I am not in a laboratory but in a jewellery workshop. My objects, which I call potential jewellery, or maybe-jewellery, are presented in an installation in the form of a clinical setting. It is a representation of where body adornment meets medical technology, where jewellery meets prostheses and implants. This project does not have any answers or a clear message about what is right or wrong – it is based on a curiosity without having a conclusion in mind. The installation is meant to be a reminder that our bodies are always adorned, modified and in transformation – that we are in an ongoing metamorphosis from one state to another.