Evaluation and improvement of the embodiment of an upper limb prosthesis : the Hannes system

Despite the hi-tech solutions achieved in the prosthetic field of the upper-limb, the prosthesis abandonment rate is still very high. The cause can be find in the low level of embodiment related to the prosthesis, seen more as an external tool than part of the body. The two studies of this research aimed at evaluating and improving this aspect. The first study regarded a pre-validation of a post-market clinical trial. The objectives were to evaluate and improve embodiment, user experience (UX), and functionality of a novel poly-articulated prosthesis: the Hannes system. Three pro-users of myoelectric commercial prosthetic hands (Bebionic, Variplus and Michelangelo) were involved for three months, with regular follow-ups at the end of each month. Both subjective and objective measurements, as well as validated and innovative tools, were used. The prolonged use demonstrated to improve embodiment, UX and functionality. The methodology proved to supply a valid strategy of evaluation. The second study aimed at developing an at-home usable tool for the stimulation and improvement of the embodiment of a virtual hand (a 3D virtual copy of Hannes) within a spatially augmented reality. A forced slow breathing (SB) rate was supposed to facilitate this process with respect to a normal one. Twelve healthy subjects and two amputees were involved in the feasibility study to verify the assumptions and test the tool. A subjective questionnaire and an objective measure were used to evaluate the level of embodiment. The set up proved to be robust in term of breathing detection. Overall, the task under the SB condition led to a greater embodiment.

Nonostante le soluzioni altamente tecnologiche raggiunte nel campo protesico dell’arto superiore, il tasso di abbandono della protesi è ancora molto alto. La causa può essere trovata nel basso livello di embodiment relativo alla protesi, vista più come uno strumento esterno che come parte del corpo. I due studi di questa ricerca miravano a valutare e migliorare questo aspetto. Il primo studio riguardava una pre-validazione di una sperimentazione clinica post-market. Gli obiettivi erano la valutazione e il miglioramento di embodiment, esperienza utente (UX), e funzionalità di una nuova protesi poliarticolata: il sistema Hannes. Tre utilizzatori di mani protesiche mioelettriche commerciali (Bebionic, Variplus e Michelangelo) sono stati coinvolti per tre mesi, con regolari follow-up alla fine di ogni mese. Sia misure soggettive che oggettive, così come strumenti validati e innovativi, sono state usate. L’uso prolungato ha dimostrato di migliorare embodiment, UX, e funzionalità. La metodologia ha dimostrato di fornire una valida strategia per la valutazione. Il secondo studio mirava a sviluppare uno strumento casalingo per la stimolazione e il miglioramento dell’embodiment di una mano virtuale (una copia virtuale 3D di Hannes) all’interno di una realtà spazialmente aumentata. Si è supposto che una frequenza respiratoria lenta (RL) fosse in grado di facilitare questo processo rispetto ad una normale. Dodici soggetti sani e due amputati sono stati coinvolti in questo studio di fattibilità per verificare le ipotesi e testare lo strumento. Per valutare il livello di embodiment sono stati usati un questionario soggettivo e una misura oggettiva. Il set up si è dimostrato robusto in termini di rilevazioni di respiri. In generale, il compito sotto la condizione con RL ha portato ad un maggior embodiment.