Вести Науки: последние открытия, тенденции и мифы в области науки и техники.

Модульное протезирование - полное восстановление утраченных конечностей

  • Автор  Татьяна Тиора
  • 27.04.2013 00:47
Модульное протезирование - полное восстановление утраченных конечностей

 

Благодаря модульному протезированию конечностей, исследователи из лаборатории прикладной физики при Университете Джонса Хопкинса успешно продемонстрировали возможности управления протезами силой мысли.

После взрывов на Бостонском марафоне многие пострадавшие были доставлены в больницу. Люди, утратившие конечности в результате трагедии, в том числе Джефф Бауман младший, подверглись процедуре ампутации.

Но технологические достижения в области протезирования за последние тридцать лет значительно превзошли примитивные деревянные модели, которые доставляли немало неудобства своим обладателям. Современные автоматизированные и бионические устройства позволяют инвалидам почти полностью восстановить утраченные конечности.

Хью Герр (Hugh Herr), руководитель исследовательской группы по биомехатронике в MIT Media Lab говорит о растущей популярности бионики.

«Это победа для пациента. Это победа для поставщика медицинского оборудования и это пойдет на пользу потребителю», - сказал Герр Discovery News. «Сейчас бытует мнение, что высокотехнологично значит дорого и этого следует избегатьЯ пытаюсь изменить эту парадигму».

Пока бионические протезы самые дорогостоящие. Но Герр утверждает, что они могут помочь уменьшить вторичную инвалидность, например, предотвратить развитие коленного и тазобедренного артрита, боли в пояснице. Эти заболевания чаще всего развиваются у инвалидов, как следствие использования протезов.

«Вторичная инвалидность - это накладные расходы на здравоохранение», - сказал он. «Если вы способны подражать природеесли вы действительно можете заменить конечности после ампутациито вторичная инвалидность никогд не наступитЧеловек сможет оставаться здоровым на протяжении всей своей жизнии не будет нести этих астрономических затрат на здравоохранение».

 

1-artificial-limbs-sach-foot-660Протезирование стоп и голеностопных суставов прошло долгий путь становления. Протез стопы SACH, разработанный в середине 1950-х годов. Willow Wood

 

Герр говорит, что технологию протезирования конечностей можно поделить на этапы. Первой была эпоха ноги SACH, которая включала в себя голень-стойку и ступню. Конечность, разработанная в середине 1950-х годов, обычно создавалась из деревянной сердцевины, пены и резиновой внешней оболочки. Искусственная стопа давала пациентам большую устойчивость и предлагала небольшое боковое движение.

«Протез ноги-лодыжки вы могли бы охарактеризовать как перенос возвратной энергии во время отталкивания», - сказал Герр. «Нога SACH в основном практически не возвращает энергию».

Новые модели ног SACH с титановыми сердечниками используются до сих пор, но они рекомендуются для пациентов с низким уровнем активности.

 

2-artificial-limbs-flex-foot-carbon-660Технология углерода и графита для гибкости протезированной ноги. Она служит рессорой или пружиной для владельцев. Джулиан Финни / Getty Images

 

На протяжении многих лет широко использовались протезы ног, которые были принципиально схожи с ногой SACH. В 1980-х, по словам Герра, началась новая эпоха гибкого дизайна ноги из углерода.

Разработанная Ван Филлипсом в 1984 году технология углерода графита для гибкой ноги положила начало пружинистой походки пользователей. Сохраняя кинетическую энергию каждого шага, эта искусственная стопа позволила инвалидам с ампутированными конечностями прыгать, ходить и бегать со скоростью до 28 метров в секунду.
Протез Cheetah Flex-Foot («Гепардовые гибкие ноги») наиболее высокопроизводительная модель и используется в основном для людей, перенесших ампутацию ниже колена. Хотя Cheetah Flex-Foot позволяет владельцам бегать со скоростью ветра, Герр говорит, что углеродное протезирование все же не обеспечивает нормальный уровень возврата энергии.

 

3-artificial-limbs-biom-ankle-660Протез лодыжки BiOm - первое бионическое голеностопное устройство доступное для нижних конечностей. iWalk Inc

 

Третья эра бионики характеризуется появлением протеза, который способен производить больше энергии, чем предыдущий амортизирующий протез. «Среди протезов ног той эпохи система лодыжки BiOm стала лидером в этой области», - сказал Герр.

Как первое бионическое голеностопное устройство для людей с ампутированными нижними конечностями, система лодыжки BiOm восстанавливает биомеханические функции голеностопной части ноги на всех скоростях ходьбы. Комплексно спроектированная система эмулирует икроножные мышцы и сухожилия голеностопного сустава человека. Она возвращает затраченную энергию и позволяет инвалидам ходить с более естественной походкой при любой скорости передвижения. При этом энергозатраты такие же, как у человека со здоровыми ногами.

С помощью трех компьютеров и шести датчиков BiOm дает возможность регулировать жесткость лодыжки, пружинистость, равновесие. При необходимости устройство прибавляет крутящего момента, чтобы модулировать мощность отталкивания ноги даже при передвижении на различных скоростях на разных наклонных поверхностях.

 

4-artificial-limbs-symbionic-leg-660Исландская компания Ossur представила в 2011 году свою Symbionic Leg, как первую в мире полностью бионическую ногу. Ossur

 

Исландская компания Ossur после Cheetah blades представила в 2011 году свою Symbionic Leg, как первую в мире полностью бионическую ногу. Это сочетание электронного коленного модуля Ossur's Rheo Knee и стопы Proprio Foot.

Встроенные в полиуретановое колено датчики контролируют вес, движение и силу, а бортовые микродиспетчеры обрабатывают данные, отслеживая походку человека. Привод интерпретирует полученные сведения и выполняет соответствующие установки в коленном суставе. Он учитывает, стоит ли человек на месте, заворачивает за угол или идет по прямой линии.

Дизайн ноги основан на технологии Flex-Foot и включает в себя легкое и прочное углеродное волокно в комплекте с системой Terrain Logic и бортовым искусственным интеллектом. Последний вычисляет данные и подает их в привод, который затем направляет движение инструкции.

 

5-artificial-limb-i-limb-660Бионическая рука i-limb от компании Touch Bionics использует датчики мышц, расположенные на коже человека с ампутированными конечностями. Touch Bionics

 

Разработанный компанией Touch Bionics, бионический протез iLimb использует датчики мышц, расположенные на коже людей с ампутированными конечностями. Электрические сигналы, произведенные мышцами владельца, управляют бортовым процессором, который встроен в протез руки. Эта миоэлектрическая технология дает инвалидам больший диапазон контроля над координацией движения. Они даже могут подобрать монеты.

Совсем недавно Touch Bionics объявили о своей разработке iLimb ultra Revolution, ставшей первым протезом верхних конечностей, которым можно управлять через сенсорные датчики. Бионическая рука имеет четыре индивидуально сформулированных пальца и вращающийся большой палец. Ими можно управлять через мышечные сигналы владельца или с помощью новой системы Quick Grip app, которая автоматически приводит руку в заданное положение из предустановленных шаблонов. Пользователи могут получить доступ к 24 запрограммированным движениям, которые помогают поднимать предметы, держать инструменты или обуваться.

 

6-artificial-limb-deka-arm-660Агентство DARPA участвовало в разработке двух антропоморфных модульных прототипов протезов рук. Оба варианта предлагают увеличить диапазон движений, ловкость и контроль. DEKA Research

 

До того, как DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) в 2006 году запустили свою Revolutionizing Prosthetics program, которую оценили в 150 млн. долларов, протезирование верхних конечностей отставало от нижних. Из этой программы появились два антропоморфных модульных протеза рук, оба из которых предлагают увеличить диапазон движений, ловкость и контроль над параметрами. «В этой программе есть ряд технологийкоторые еще не получили широкого распространенияно я надеюсьчто они появятся на рынке в будущем», - сказал Герр.

Эта система даже обеспечивает обратную связь с помощью датчиков на уцелевшей после ампутации части конечности.

 

7-artificial-limb-modular-arm-660В модульном протезе нервные сигналы, которые ранее отправлялись в руку пациента, перенаправляются к здоровым мышцам культи инвалида. Лаборатория прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (University Applied Physics Lab)

В модульном протезе нервные сигналы, которые ранее отправлялись в руку пациента, перенаправляются к здоровым мышцам культи инвалида. Лаборатория прикладной физики Университета Джонса Хопкинса (University Applied Physics Lab)

Благодаря модульному протезированию конечности, лаборатория прикладной физики при Университете Джонса Хопкинса успешно продемонстрировала возможности управления протезами силой мысли. Во главе с Майклом Маклафлином и Альбертом Чи, работа лаборатории это компромиссный вариант второй Revolutionizing Prosthetics DARPA по протезированию.

В тестировании протеза руки нервные импульсы, которые ранее отправлялись в руку пациента, были перенаправлены к здоровым мышцам культей ампутированных конечностей. Датчики на коже улавливают сигналы мозга от этих нервов, затем перенаправляют их в роботизированную руку.

Для людей страдающих параличем, простая перемаршрутизация нервного сигнала не подходит. По программе DARPA в Университете Питтсбурга нейрохирург Elizabeth Tyler-Kabara имплантировала в мозг пациента два датчика размером примерно с горошину. Датчики были подключены к компьютеру и с их помощью инвалид смог двигать роботизированной рукой, используя силу мысли. Практически, как «родной» конечностью.

Подготовлено по материалам discovery.com




Главной целью проекта является распространение научных знаний в современной и доступной форме. Наша команда опытных журналистов стремится к популяризации научного подхода к окружающей действительности и предлагает Вам ознакомиться с последними открытиями, тенденциями и мифами в области астрономии, биологии, медицины, физики, психологии и прикладных наук. Все права на материалы, находящиеся на сайте "Вести Науки", охраняются в соответствии с законодательством РФ, в том числе, об авторском праве и смежных правах. При любом использовании материалов сайта, гиперссылка (hyperlink) на VestiNauki.ru обязательна. ©VestiNauki.ru 2011-13

Top Desktop version