Искусственная нога

Бионические протезы: от зарождения технологии до наших дней

Искусственная нога

Бионические протезы сегодня являются авангардом медицинской инженерии. Человеческий организм несовершенен, потеря конечности и органа, к сожалению, не является редкостью и составляет огромную социальную проблему.

Печальная статистика демонстрирует, что около 15% населения Земли имеют те или иные функциональные нарушения, мешающие нормальной жизнедеятельности, примерно 50 миллионов человек ежегодно становятся инвалидами. Вызванные этим финансовые потери составляют свыше 4 триллионов долларов – это огромная нагрузка на мировую экономику.

Поэтому создание протезов, хотя бы частично возвращающих человеку утраченную функцию, является Святым Граалем современной медицины.

История развития бионических протезов

Чтобы понять, как работают бионические протезы и проследить их эволюцию, необходимо определиться со значением этого термина.

Бионика (или биомиметика) – прикладная дисциплина, изучающая возможности применения принципов организации и функционирования живой материи при создании технических систем и устройств.

Говоря проще, это создание искусственных аналогов решений, «изобретенных» природой. Ярким примером такого подхода является застежка «велкро» (липуска), принцип действия которой был скопирован с репейника.

Итак, бионический протез (биопротез) – это искусственный аналог, структурно и функционально имитирующий работу утраченного органа. Хотя подобные устройства широко стали разрабатываться только сейчас, история их развития насчитывает уже несколько столетий.

 Одним из ранних примеров является «железная рука» немецкого рыцаря Готфрида Берлихенгена (16 век), имевшая подвижные пальцы, сгибание которых осуществлялось нажатием кнопки на тыльной стороне ладони.

Протез позволял осуществлять захват крупных предметов (например, рукояти оружия) и, по некоторым сведениям, даже держать перо.

Модели, получившие распространение в Викторианской Британии 18-19 столетия, также являлись сугубо механическими устройствами и приводились в действие с помощью жестких тяг или гибких тросиков.

Однако степеней свободы у них становится больше за счет увеличения количества суставов. В ладонях некоторых моделей того времени имеется отверстие, в которое вставляются различные функциональные насадки, например небольшой крюк для ношения сумок.

Протезы становятся не только функциональными, но и эстетичными – их форма приближена к очертаниям настоящих конечностей, а сами изделия в некоторых случаях украшались чеканкой, резьбой и гравировкой.

Особых успехов в 19 веке достиг Джеймс Джиллингем, изготавливавший искусственные аналоги ног и рук не только для взрослых, но и для детей с врожденными или приобретенными дисфункциями.

Протезы 20 века также представляют собой тяговые устройства. Отличием стало использование современных материалов – прежде всего пластика и облегченных сплавов, которые пришли на смену более тяжелым и труднообрабатываемым стали и древесине.

Благодаря уменьшению массы был устранен один из главных недостатков протезов прошлого – повышенная нагрузка на одну из сторон тела и, как следствие, дисбаланс опорно-двигательного аппарата.

Пластиковые модели позволяли также более реалистично имитировать облик здоровой человеческой руки или ноги, что положительно сказывалось на социализации их владельцев.

Несмотря на очевидный прогресс в протезировании, который человечество совершило за несколько веков, долгое время протезы представляли собой неудобные, малофункциональные аналоги утраченных конечностей. Их движения были очень ограниченными и неточными, что существенно снижало возможности использования таких устройств в бытовой жизни.

Бионическое протезирование сегодня

Лишь в конце 20 и начале 21 веков развитие микроэлектроники, материаловедения, медицины, нейрофизиологии создало условия для появления устройств, максимально приближенных по своим функциям к человеческим конечностям.

Более того, нынешние технологии позволяют разрабатывать аналоги таких сложных органов, как ухо и глаз, что было недостижимо в предыдущие эпохи.

Современный бионический протез конечностей представляет собой электронно-механическое устройство, приводимое в движение нервными импульсами. Его конструкция состоит из следующих компонентов:

  • Каркас. Изготавливается из пластика и легких металлических сплавов, обеспечивает жесткость протезу и защищает электронную начинку от повреждения. Каркас имеет гильзу, с помощью которой устройство надевается на остаток конечности. Для повышения эстетических качеств протезов они покрываются силиконовой или резиновой оболочкой, имитирующей кожу.
  • Механика. Бионический протез имеет встроенные сервоприводы, шарниры и тяги, которые обеспечивают устройству подвижность. В искусственных ногах также применяются гидравлические, пружинные или пневматические амортизаторы, смягчающие и распределяющие ударную нагрузку при передвижении.
  • Система управления. Для контроля над протезом в нем предусмотрены датчики нервных сигналов и обрабатывающий процессор, управляющий приводами. В серийных миоэлектрических моделях датчики подсоединяются к остаткам мышц культи и фиксируют изменения их биопотенциала при сокращениях. В опытных энцефалографических устройствах сенсоры закрепляются на коже головы или вживляются под нее, снимая электрические потенциалы мозга. В некоторых моделях также предусмотрены датчики обратной связи, обеспечивающие пациентам возможность испытывать проприоцептарные и тактильные ощущения.

Нейрофизиологический принцип работы бионического протеза позволяет существенно упростить управление им, а также хотя бы частично вернуть пациенту ощущение обладания полноценной конечностью.

Большинство имеющихся на рынке моделей обеспечивают выполнение достаточно широкого набора действий – держать посуду и столовые приборы, писать, печатать на клавиатуре, завязывать шнурки, подниматься по лестнице и даже заниматься спортом (бегом, ездой на лыжах).

Сложно сказать, когда и кем был изготовлен первый бионический протез, однако серийно такие устройства впервые стала выпускать британская компания TouchBionics в 2007 году.

Сегодня на рынке представлено несколько производителей функциональных искусственных конечностей, среди которых также стоит отметить RSL Steeper (Великобритания), Ottobock (Германия), Osseur (Исландия).

Продукция этих компаний достаточно широко используется в медицине для помощи инвалидам, однако из-за небольшого спроса и малой конкуренции даже простой бионический протез стоит порядка 25 000 долларов (без учета установки и последующей реабилитации).

Для решения этой проблемы в некоторых странах существуют программы поддержки, финансируемые за государственный счет. В России бионические протезы практически не производятся – среди немногих примеров отечественных серийных разработок можно указать модель «Страдивари», выпускаемую компанией Motorica.

Отдельно стоит рассказать о бионических протезах глаз, первые модели которых появляются уже сегодня и используются для помощи людям с дистрофией сетчатки.

Имеющиеся на данный момент устройства (например, Argus II от компании Second Sight) представляют собой массив электродов, вживляемый в сетчатку и подключаемый к внешней камере, установленной на очках.

Изображение с нее поступает на встроенный видеопроцессор, который обрабатывает сигнал и подает его на имплантат, стимулирующий оставшиеся здоровые клетки сетчатки. Этот протез позволяет частично вернуть зрение, обеспечивая восприятие очертаний крупных предметов и даже большого шрифта.

Хотя использование внешней камеры и недостаточная четкость изображения существенно ограничивают возможности и удобство Argus II, он уже используется в медицинской практике, в том числе в России. Схожий принцип работы и конструкции имеют протезы Alpha IMS и PRIMA.

Будущее бионического протезирования

При очевидном прогрессе в бионическом протезировании, наблюдаемом в последние 20 лет, создание искусственных органов и конечностей сталкивается с рядом проблем:

  • Несовершенство конструкции. Имеющиеся серийные и опытные модели рук и ног все еще работают все еще недостаточно свободно и точно из-за ограниченных возможностей сервоприводов. Решить эту проблему разработчики стремятся за счет технологии искусственных мышц – синтетических волокон, сокращаемых при подаче сигнала. Например, исследователи Массачусетского технологического института используют в качестве материала дешевый и доступный нейлон. По результатам исследований 2016 года, его волокна сопоставимы по прочности и эластичности биологическим мышцам, а по силе сокращений даже превосходят их.
  • Ограничения в передаче сигнала. В существующих миоэлектрических и энцефалографических протезах из-за опосредованности и «зашумленности» передаваемого сигнала наблюдается небольшая, но ощутимая задержка в их работе. Это ограничивает использование протезов в тех случаях, когда важна скорость реакции – например, при управлении транспортом. Для решения проблемы предлагается имплантировать датчики непосредственно в двигательные центры коры головного мозга.
  • Высокая цена. Большинство серийно выпускаемых моделей из-за сложности конструкции и производства стоят очень дорого, что ограничивает их массовое внедрение. В качестве дешевой альтернативы британский робототехник Джоэл Гибберт разработал бионическую руку, детали которой напечатаны на 3D-принтере, а в качестве контроллера использует открытую электронную платформу Arduino. Это позволило сократить стоимость устройства до 1000 долларов (при средней рыночной цене в 50-60 тысяч).

Несмотря на эти проблемы, тенденции в современном протезировании позволяют многим исследователям и футурологам прогнозировать широкое внедрение искусственных органов, конечностей и даже тел уже в ближайшие десятилетия.

В частности, получившая сегодня распространение философия трансгуманизма (ярким последователем которой является знаменитый Рэй Курцвейл) декларирует появление к 50-60-м годам этого столетия протезов, по своим возможностям намного превосходящих биологические аналоги.

Согласно этому течению, использование таких устройств – благо, позволяющее вывести человека на следующую ступень эволюции (постчеловечество) и преодолеть естественные ограничения природного тела. Однако здесь возникают новые вопросы не только технического, но и философского характера:

  • Как общество будет реагировать на технологию аугментации? Будут ли люди с бионическими протезами восприниматься остальными как инвалиды, полноценные члены социума или социальная угроза?
  • Кем будет ощущать себя сам аугментированный человек? Примет ли он свои искусственные, но более совершенные органы и конечности как благо или в нем разовьется комплекс неполноценности, отношение к себе как к суррогату человека, бездушной машине?
  • Как отразится использование более совершенных и многофункциональных протезов на нашем сознании? Оно миллионы лет эволюционировало с ощущением целостности и неделимости своей телесной оболочки. Как изменятся границы личности в условиях, когда любую конечность и даже все тело можно легко заменить?

Эти и другие вопросы уже сейчас активно задаются не только в философских или научных трудах, но и массовой культуре.

Тема биопротезирования и связанных с ним социальных проблем ярко выражены в серии игр Deus Ex, комиксе Transmetropolitan, романах Брюса Стерлинга, Питера Уоттса и других представителей литературы жанра «киберпанк».

Такой интерес демонстрирует, что общество активно готовится к внедрению искусственных органов и тел. И вопрос состоит уже не в том, произойдет ли это, а в том, готовы ли мы принять данную технологию и использовать ее для своей пользы.

Источник: https://zen.yandex.ru/media/id/5a20825dad0f22233a285e05/5a82c22a8c8be302bdef6c05

Протезы конечностей

Искусственная нога

Что такое протез ноги и руки от истории до процесса изготовления.

Искусственные руки и ноги, или протезы, призваны восстановить нормальную функцию для ампутантов.

Механические устройства, позволяющие людям с ампутацияями ходить снова или продолжать использовать две руки, вероятно, использовались с древних времен, наиболее заметным из которых является простая нога, как колышек.

Однако хирургическая процедура ампутации не была в значительной степени успешной до примерно 600 B.C. 

История создания протезов конечностей

Доспехи средневековья создали первые сложные протезы, используя сильное, тяжелое, негибкое железо, чтобы сделать конечности, с которыми едва справлялся ампутант. Даже с шарнирными суставами, изобретенными Амбруазом Паре в 1500-х годах, протезированная конечность не могла согнуться по своему усмотрению. 

Искусственные руки того времени были довольно красивыми и запутанными имитациями настоящих рук, но не были исключительно функциональными. Верхние конечности, разработанные Питером Балифом из Берлина в 1812 г. давали некоторую функциональность.

Данные разработки предназначались для пациентов с низкой локтевой ампутированной конечностью и Ван-Петерсеном в 1844 году для пациентов с более высоким локтевым суставом, были функциональными, но все же не идеальными.

В девятнадцатом веке произошли большие изменения, большинство из которых было инициировано самими ампутистами. J. E. Hanger, инженер-студент, потерял ногу в гражданской войне. Затем он разработал искусственную ногу для себя и в 1861 году основал компанию по производству протезных ног. Компания J. E.

Hanger все еще существует сегодня. Другой ампутант по имени A. A. Winkley разработал для себя устройство под коленом с подвижной розеткой и с помощью Лоуэлла Джепсона основал компанию Winkley в 1888 году. Они продавали ноги во время воссоединения ветеранов гражданской войны, тем самым создавая свою компанию.

Другой ампутант по имени Д. Уорренсон изобрел терминальное устройство, которое можно было использовать на месте руки в 1909 году. 

Дорранс, потерявший правую руку в результате несчастного случая, был недоволен имеющимися протезными руками. До его изобретения они состояли из кожаного гнезда и тяжелой стальной рамы, а также имели тяжелую косметическую руку в перчатке, рудиментарную механическую руку или пассивный крючок, неспособный к захвату. 

Дорранс изобрел расколотый крюк, который был привязан к противоположному плечу и мог быть открыт ремешком на спине и закрыт резиновыми лентами.

Его терминальное устройство (крючок) по-прежнему считается важным достижением для пациентов с ампутированными конечностями, поскольку оно в некоторой степени восстанавливало свои способности к схватыванию.

Модифицированные крючки по-прежнему используются сегодня, хотя они могут быть скрыты реалистично выглядящей кожей.Двадцатый век видел наибольшие успехи в протезных конечностях.

Такие материалы, как современные пластмассы, дают простетические устройства, которые являются прочными и легкими, чем предыдущие конечности из железа и дерева. Новые пластмассы, лучшие пигменты и более сложные процедуры отвечают за создание довольно реалистичной кожи.

Самым захватывающим развитием двадцатого века было развитие миоэлектрических протезных конечностей. Миоэлектричество включает в себя использование электрических сигналов от мышц рук пациента для перемещения конечности.

Исследования начались в конце 1940-х годов в Западной Германии, а к концу шестидесятых годов миоэлектрические устройства были доступны для взрослых.

В последнее десятилетие дети также были оснащены миоэлектрическими конечностями.

Изготовление протезов конечностей

В последние годы компьютеры использовались, чтобы помочь людям с ампутированными протезами. Восемьдесят пять процентов частных протезных объектов используют CAD / CAM для разработки модели руки или ноги пациента, которые могут быть использованы для приготовления формы, из которой может быть сформирована новая конечность. Также доступно лазерное измерение и подгонка.

Сырье для протеза

Типичное протезное устройство состоит из специального гнезда, внутренней структуры (также называемой пилона), манжеты и ремни колена, которые прикрепляют его к телу, протезные носки, которые смягчают область контакта, а в некоторых случаях реалистично выглядят кожа.

Производство протезных конечностей в настоящее время претерпевает изменения на многих уровнях, некоторые из которых касаются выбора материалов. Протезное устройство должно быть более легким; следовательно, большая часть его сделана из пластика. Розетка обычно изготавливается из полипропилена.

Легкие металлы, такие как титан и алюминий, заменили большую часть стали в пилоне. Наиболее часто используются сплавы этих материалов. Новейшей разработкой в производстве протезов стало использование углеродного волокна для формирования легкого пилона.

Некоторые части конечности (например, ноги) традиционно были сделаны из дерева (например, клена, личинки личинки, ивы, тополя и липы) и резины. Даже сегодня ноги сделаны из пены уретана с деревянной внутренней конструкцией киля. Другими широко используемыми материалами являются пластмассы, такие как полиэтилен, полипропилен, акрил и полиуретан.

Протезные носки изготовлены из ряда мягких, но прочных тканей. Ранние носки были сделаны из шерсти, как и некоторые современные, которые также могут быть изготовлены из хлопка или различных синтетических материалов.

Физический облик протезной конечности важен для ампутации. Большинство эндоскелетных протезов (пилонов) покрыты мягкой пенополиуретановой крышкой, которая была разработана в соответствии с формой звуковой конечности пациента. Затем эту пенную крышку покрывают носок или искусственную кожу, окрашенную в соответствии с цветом кожи пациента.

Производство протезов конечностей

Протезные конечности не серийно продаются в магазинах. Подобно тому, как приобретаются зубные протезы или очки, протезные конечности сначала назначаются врачом, обычно после консультации с ампутированным, протезистом и физиотерапевтом.

Затем пациент посещает протезиста с помощью конечности. Хотя некоторые части, например, на заказ, изготовлены на заказ, многие части (ноги, пилоны) производятся на заводе, отправляются протезисту и собираются на объекте протезиста в соответствии с потребностями пациента.

На нескольких объектах конечности изготовлены на заказ с начала и до конца.

Физиотерапия после протезирования конечностей

Как только протезная конечность установлена, пациенту необходимо стать комфортно с устройством и научиться его использовать, чтобы справиться с проблемами повседневной жизни. В то же время они должны изучать специальные упражнения, которые усиливают мышцы, используемые для перемещения протезного устройства.

Когда пациент оснащен миоэлектрическим устройством, иногда бывает так, что мышцы слишком слабы, чтобы эффективно сигнализировать об устройстве, поэтому снова мышцы используются для их укрепления. Некоторые новые ампутации обучены мыть устройства, включая ежедневные носки, и практиковать их включение и выключение.

Пациент, оснащенный искусственным оружием, должен научиться использовать руку и ее запирающее устройство, а также руку. Если ампутация потеряла руку из-за аварии и впоследствии снабжена миоэлектрическим устройством, это относительно легко. Если потеря конечности врожденная, это сложно.

Была разработана система обучения для обучения ампутантов тому, как выполнять множество небольших задач, используя только одну руку.

Некоторые пациенты, оснащенные искусственной ногой, также проходят физическую терапию. Обычно ему требуется 18-20 недель, чтобы научиться снова ходить. Пациенты также узнают, как встать и встать с постели, как попасть в машину и выйти из нее. Они учатся ходить вверх и вниз по склону, и как упасть и встать безопасно.

Контроль качества протезов

Никаких стандартов для протезных конечностей в Соединенных Штатах не существует.

Некоторые производители выступают за создание институтов Международной организации по стандартизации в Европе, особенно потому, что в любом случае американские экспортеры протезных конечностей в Европу должны соответствовать им.

Другие считают, что эти правила являются путаными и нереальными; они предпочли бы видеть, что Соединенные Штаты производят свои собственные, более разумные стандарты.

Отсутствие стандартов не означает, что производители протезных конечностей не придумали способы тестирования своих продуктов. Некоторые тесты оценивают прочность и срок службы устройства. Например, сила испытания на статические нагрузки.

Нагрузка накладывается в течение 30 секунд, удерживается в течение 20 секунд, а затем удаляется в течение 30 секунд. Конечность не должна испытывать деформации от теста.

Чтобы проверить на предмет отказа, на конечность накладывается нагрузка до тех пор, пока она не сломается, таким образом определяя пределы прочности. Циклические нагрузки определяют время жизни устройства.

Нагрузка применяется два миллиона раз при одной нагрузке в секунду, таким образом, имитируя пять лет использования. Экспериментальные протезные конечности обычно считаются выполнимыми, если они выживают 250 000 циклов.

Будущее протезов

Многие эксперты с оптимизмом смотрят на будущее протезных конечностей; по крайней мере, большинство согласны с тем, что есть большие возможности для улучшения. Протезная конечность – это сложное устройство, но оно предпочтительно прост в дизайне.

Идеальное протезное устройство должно быть легким для пациента, чтобы он научился пользоваться, требовать небольшого ремонта или замены, быть удобным и легким надеть и снять, быть прочным, но легким, легко настраиваться, выглядеть естественным и легко очищаться , Исследования направлены на это, по общему признанию, утопическое протезное устройство, и в последние годы были сделаны успехи.Углеродное волокно представляет собой прочный, легкий материал, который в настоящее время используется в качестве основы эндоскелетных частей (пилонов). В прошлом он использовался в основном для усиления экзоскелетных протезов, но некоторые эксперты утверждают, что углеродное волокно является превосходным материалом, который в конечном итоге заменит металлы в пилонах.Один из исследователей разработал программное обеспечение, которое накладывает сетку на сканирование CAT на культуру, чтобы указать количество давления, которое мягкая ткань может обрабатывать с минимальным количеством боли. Просматривая компьютерную модель, протезист может спроектировать сокет, который минимизирует количество перемещаемых мягких тканей.В работе также находится экспериментальная чувствительная к давлению нога. Датчики давления, расположенные в ногах, посылают сигналы на электроды, установленные в пне. Затем нервы могут получать и интерпретировать сигналы соответственно. Ампутанты могут нормально ходить на новом устройстве, потому что они могут почувствовать землю и соответствующим образом настроить свою походку.

Другим революционным развитием в области протезных ног является введение протеза над коленом, который имеет встроенный компьютер, который может быть запрограммирован в соответствии с походкой пациента, тем самым делая движение более автоматическим и естественным.

Источник: http://Health-ambulance.ru/777-protez.html

Чудо протезирования: 8 самых необычных в мире протезов

Искусственная нога

Получайте на почту один раз в сутки одну самую читаемую статью. Присоединяйтесь к нам в и ВКонтакте.

Самые необычные в мире протезы
За последние десятилетия протезирование достигло небывалых высот. Современный протез – это не просто механическая замена утерянному органу, это уникальная часть тела, которая дает новые, невиданные ранее возможности. И сегодня мы расскажем про 8 самых необычных в мире искусственных рук, ног и других частей человеческого тела.

Смартфоны в наше время умеют совершать огромное количество разнообразных действий. С их помощью можно управлять вертолетами, домашним огородом и даже протезом потерянной руки.

i-Limb – протез руки под управлением смартфона

i-Limb – это протез человеческой кисти. Как и многими другими подобными устройствами, им можно управлять при помощи мышц предплечья. Но куда большую функциональность ему придает мобильный телефон.

i-Limb – протез руки под управлением смартфона

Смартфон позволяет i-Limb выполнять одно из нескольких десятков запрограммированных действий, к примеру, завязывать шнурки, брать и отпускать предметы, набирать текст на клавиатуре и даже писать при помощи ручки или карандаша.

i-Limb – протез руки под управлением смартфона

Компания Second Sight нашла собственный путь в протезировании. Она не обещает вернуть человеку утерянный глаз, но обещает возвратить ему зрение. Специалисты этой фирмы разработали инновационную технологию, позволяющую слепому человеку видеть изображение окружающей его действительности.

Замена утерянному зрению от Second Sight

На данный момент, технология эта строится на создании очков со встроенной в них камерой. Изображение с этого устройства преобразуется в электрические сигналы и импульсы, которые мозг способен интерпретировать.

Замена утерянному зрению от Second Sight

Первые опыты, проведенные на двадцать одном добровольце, показали, что каждый участник смог при помощи очков от Second Sight находить и идентифицировать предметы, а также читать короткие слова.

Трехмерная печать с каждым днем открывает для себя все новые горизонты возможностей. Используют соответствующие технологии и медики для создания протезов сложных форм, которые очень трудно, а иногда вообще невозможно произвести другими способами.

Вставная челюсть, напечатанная на принтере

В качестве примера можно привести вставную челюсть, напечатанную компанией Biomedical Research для 83-летней бельгийской женщины, потерявшей из-за возрастных болезней настоящую кость.

Вставная челюсть, напечатанная на принтере

Разработка трехмерной модели и печать заняла всего два часа, в то время как использующиеся ранее методы потребовали бы в десять раз больше времени.

Bionic Ear – это еще один удачный пример использования трехмерной печати в протезировании. Речь идет об ухе, которое не только может заменить потерянный орган, то также вернуть человеку слух.

Bionic Ear – ухо, напечатанное на 3D-принтере

Ушной протез Bionic Ear разработан командой ученых из Принстонского университета.

При создании этой искусственной части тела использовались гидрогель, наночастицы серебра, несколько проводов и живые клетки теленка.

Последние при взаимодействии с человеческим телом превратились в натуральный хрящ, соединяющий череп человека с новым органом.

Bionic Ear – ухо, напечатанное на 3D-принтере

А для того, чтобы вернуть человеку слух, в искусственное ухо был встроен слуховой аппарат.

В калифорнийской компании Bespoke Innovations твердо уверены, что в человеке все должно быть прекрасно – и душа, и тело, и даже протез.

И если существует стильная и модная одежда, то почему бы не перенести эти принципы на протезирование? Ведь инвалиды тоже хотят хорошо выглядеть.

Стильные протезы от Bespoke Innovations

В результате компания Bespoke Innovations начала выпускать стильные протезы по индивидуальным заказам. Человек, которому нужна искусственная нога или рука взамен утерянным, может подобрать для нее уникальный модный дизайн, на который приятно смотреть как окружающим, так и самому обладателю подобного протеза.

Стильные протезы от Bespoke Innovations

Модель стильного протеза создается на компьютере и распечатывается на трехмерном принтере. Цена на такой аксессуар колеблется от четырех до пяти тысяч американских долларов.

Стильные протезы от Bespoke Innovations

Проект Open Hand Dextrus также видит будущее протезирования в трехмерной печати. Ведь при помощи подобных технологий можно максимально быстро и дешево делать даже самые сложные конструкции.

Open Hand Dextrus – самый дешевый электрический протез

Open Hand Dextrus подразумевает создание напечатанных на 3D-принтере электрических протезов, которые будут стоить около 1000 долларов. При этом они могут быть вполне функциональными устройствами.

Open Hand Dextrus – самый дешевый электрический протез

Искусственная рука сможет сжимать и разжимать пальцы, а также проворачиваться вокруг своей оси. Ее можно будет делать по уникальным чертежам с оригинальным дизайнером. В качестве примера создатели проекта Open Hand Dextrus распечатали протез в виде руки Железного Человека.

Open Hand Dextrus – самый дешевый электрический протез

Все технические характеристики и чертежи Open Hand Dextrus будут выложены в Интернете, чтобы любой желающий в любой точке мира смог воспользоваться результатами этого благотворительного проекта.

Современные протезы, несмотря на свою высокую функциональность, обладают серьезным технологическим недостатком – они не дают человеку тактильных ощущений, а выполняют только простые механические действия. Но в будущем это можно измениться.

Ведь уже появился протез Bionic Hand с осязательными элементами.

Bionic Hand – протез руки с тактильными ощущениями

Bionic Hand может дать человеку информацию о размерах и форме объекта, к которому он прикасается, а также представление об его текстуре. Происходит это благодаря подключению электродов данного устройства к нервной системе носителя.

Bionic Hand – протез руки с тактильными ощущениями

Пока что данная технология находится лишь в зачаточном состоянии. Но это уже успех. И в дальнейшем он будет развиваться все сильнее.

На Западе среди обладателей iPhone относительно популярен набор MindWave Mobile, представляющий собой конструктор для создания примитивных устройств под управлением смартфона или специального шлема, считывающего активность человеческого мозга.

Вот из этого простого набора семнадцатилетний школьник Шива Натан и создал протез человеческой руки.

Протез из конструктора, управляемый силой мысли

Шива Натан дополнил набор несколькими сторонними деталями и создал вполне функциональную искусственную руку, управлять которой можно при помощи силы мысли. Правда, для этого нужно быть полностью сосредоточенным – стоит только подумать о чем-то другом, и электронная конечность безжизненно обвисает.

Протез из конструктора, управляемый силой мысли

Источник: https://novate.ru/blogs/060814/27242/

История имплантируемой техники. Протезы конечностей

Искусственная нога

Эволюция протезирования представляет собой длительную и легендарную историю: от примитивных истоков до сложных современных конструкций.

Как и в развитии любой другой области, некоторые идеи и изобретения работали и успешно развивались, в то время как другие остались на обочине истории и устарели.

Длинный и извилистый путь к компьютеризированным протезам начался около 1500 г. до н.э.

Чтобы оценить, как далеко человечество зашло в области протезирования, для начала нам стоит посмотреть на опыт древних египтян.

Египтяне были пионерами ортопедической техники. Их «рудиментарные» протезы были сделаны из ткани, и считается, что их носили больше для чувства «цельности», чем ради их протезных функций. Первый функциональный протез большого пальца ноги, принадлежащей особе дворянского рода, был найден в Египте. Согласно данным ученых, он был создан в период 950-710 гг. до н.э. Протез состоял из двух деревянных частей, которые скреплялись кожаной нитью через отверстия, просверленные в древесине. Кожаный ремешок крепил палец к ноге с помощью кожаных нитей. Сложно переоценить значение пальцев в жизни человека, но примечателен тот факт, что первый реальный пример протезирования относится именно к ним, а не к тем частям тела или конечностям, которые могут казаться более важными – например, рукам или ногам. Существует предположение, что на создание такого протеза египтян вынудила важность традиционных египетских сандалий в гардеробе знатной женщины, которые невозможно было носить, не имея большого пальца. Это внимание к эстетической привлекательности протезов является довольно распространенным явлением среди древних устройств и даже может быть более важным, чем их функциональность.

424 г. до н.э. – 1 г. до н.э.

В результате раскопок в 1858 году в итальянском городе Капуя была найдена первая искусственная нога, которую сделали приблизительно в 300 г. до н.э. Она сделана из бронзы и железа, с деревянным сердечником, которую, по-видимому, носили ниже колена. Существует точная копия этого протеза, которую можно увидеть в Музее науки в Лондоне.

Самый известный случай в древнеримской истории протезирования описан римским ученым Плинием Старшим, и связан с генералом Марком Сергием, который считается первым документально подтвержденным носителем искусственной конечности. Во второй Пунической войне Сергий потерял правую руку и получил протез, сделанный из железа, чтобы тот мог держать свой щит и продолжать битву.

В истории Древней Греции также сохранились сведения об успешном протезировании. В 424 году до н.э. древнегреческий историк Геродот писал о персидском провидце, который был приговорен к смерти, но ампутировал себе ногу и сделал деревянный протез, чтобы пройти почти 50 километров пути до следующего города и таким образом скрыться от преследования.

Темные века (476-1000 гг.)

В этот период человечество продвинулось в протезировании и создавало более сложные устройства, чем ручной крюк или деревянная нога. Большинство протезов в то время выполняли больше эстетическую функцию и были сделаны для того, чтобы скрыть уродства или травмы, полученные в бою. У рыцарей были протезы для рук, которые позволяли держать щит и для ног, чтобы можно было закрепить ее в стремени, с небольшим вниманием к функциональности. В то время носить протезы вне битвы могли себе позволить только очень богатые люди. Проектированием и созданием искусственных конечностей в темные века в основном занимались торговцы и оружейники. Но кроме них развитию протезирования способствовали и люди других профессий. Так, например, часовщики были особенно полезны для добавления сложных внутренних функций с помощью пружин и зубчатых колес.

Эпоха ренессанса (1400-1800 гг.)

Эпоха возрождения открыла новые перспективы для искусства, философии, науки и медицины. В это время произошло возрождение в истории протезирования зубов: их изготавливали преимущественно из железа, стали, меди и дерева. Ранние 1500-е История протезирования всегда переплетается с историей войн и жизнью солдат, которые ведут борьбу. Примеры из Средневековья показывают, насколько медленно развивалась эта область – железные руки, которые изготавливали для рыцарей, были не более продвинутыми, чем те, что использовал генерал Сергий тысячу лет назад. В 1508 году у немецкого наемника Гетца фон Берлихингена была пара технологически продвинутых железных рук, сделанных после того, как он потерял правую руку в битве при Ландсхуте. Ими можно было управлять с помощью пружин, подвешенных на кожаных ремешках. Около 1512 года итальянский хирург, путешествуя по Азии, обратил внимание на человека с двусторонней ампутацией рук, который мог снять шляпу, открыть свой кошелек и поставить свою подпись с помощью протеза. Еще одна история того времени связана с серебряной рукой, которая была сделана для турецкого адмирала Хайреддина Барбароссы, воевавшего с испанцами в Бужи. С середины до конца 1500-х годов Французский армейский цирюльник Амбруаз Паре, по мнению многих ученых, является отцом современной хирургии ампутации и ортопедических конструкций. В 1529 году он ввел современные процедуры ампутации в медицинском сообществе, а в 1536 году сделал навесные протезы для верхних и нижних конечностей. Он также модифицировал искусственную ногу ниже колена, добавив к ней регулируемые ремни безопасности, управление блокировкой колена и другие технические особенности, которые используются в современных устройствах. Его работа продемонстрировала первое истинное понимание того, как должен работать протез. Коллега Паре – Лоррен, французский слесарь, сделал один из самых важных вкладов в этой области, используя в изготовлении протеза кожу, бумагу и клей вместо тяжелого железа. Большая часть работы Паре отменила многие из широко распространенных медицинских верований того времени, часть из которых приносила больше вреда, чем пользы. Например, Паре установил, что если наносить масло к месту огнестрельного ранения или любой другой раны, то оно не приводит к исцелению, как считалось ранее, а на самом деле оказывает негативное воздействие. То же касается и прижигания – еще одного распространенного метода, который казался Паре неэффективным. Вместо этого Паре пользовался перевязкой артерий, и стал, возможно, первым врачом, который проводил эту операцию.

XVII-XIX вв.

В 1696 году Питер Вердайн разработал первый протез ноги ниже колена без дополнительной фиксации, который позже станет основой для современного протезирования суставов и корсетных устройств. В 1800 году лондонец Джеймс Поттс разработал протез, изготовленный из деревянного стержня со стальным коленным суставом и шарнирной ногой, которая крепилась кетгутовыми нитями от колена до лодыжки. Впоследствии такой протез будут называть «ногой Англси» в честь Генри Уильяма Пэджета – первого человека, удостоенного титула маркиза Англси, который потерял ногу в битве при Ватерлоо и воспользовался изобретением Поттса. В 1839 году Уильям Селфо завез этот протез в США, где он стал известен как «нога Селфо». В 1843 году сэр Джеймс Сайм открыл новый метод ампутации лодыжки, не приводящий к ампутации до бедра. Этот подход приветствовался в сообществе инвалидов-ампутантов, поскольку это означало, что появилась возможность ходить не с протезом, заменяющим всю ногу, а только лишь с искусственной ступней. В 1846 году Бенджамин Палмер решил улучшить положение дел для пациентов с ампутацией нижней конечностей и доработал «ногу Селфо», добавив переднюю пружину, сгладив внешний вид и прикрыв сухожилия, чтобы имитировать естественные движения. Дуглас Блай изобрел и запатентовал «анатомическую ногу доктора Блая» в 1858 году, которую он называл «наиболее полным и успешным изобретением из когда-либо созданных среди искусственных конечностей». А уже в 1863 году Дюбуа Пармли изобрел усовершенствованный протез с присоской, полицентрическим коленом и множеством шарниров. Позже Густав Герман предложил использовать алюминий вместо стали, чтобы сделать протезы легче и функциональнее. Такое легкое устройство пришлось ждать до 1912 года, когда Марсель Дезуттер, известный английский летчик, потерявший ногу в авиакатастрофе, не сделал первый алюминиевый протез при помощи своего брата-инженера Чарльза. Прогресс, которого достигли в своем развитии технологии протезирования за 300 лет, оказался незначительным. Однако достижения в хирургии и ампутации в середине XIX века позволили врачам сформировать культю таким образом, чтобы она была более восприимчива к присоединению протеза. Протезы не сильно улучшились, но жизнь становилась все более удобной для тех, кто носил их.

Переход к современности

По мере того, как продолжалась гражданская война в США, количество ампутаций росло катастрофически быстро, что заставляло американцев усиленно развиваться в области протезирования. Джеймс Хангер, один из первых ампутантов гражданской войны, разработал то, что он позже запатентовал как Hanger Limb – протез, изготовленный из бочарных клепок и металла, который имел шарнирные суставы в области колена и лодыжки. Hanger Limb оказалась на тот момент самой передовой технологией в истории протезирования, и основанная Хангером компания продолжает оставаться лидером в этой области. В отличие от гражданской войны, Первая мировая не способствовала особенному прогрессу в этой области. Несмотря на отсутствие технических достижений хирурги и военные осознавали важность обсуждения технологии и разработки протезов. В конечном итоге это привело к формированию американской ассоциации протезирования и применения ортопедических изделий (AOPA). После Второй мировой войны ветераны были недовольны отсутствием технологичных решений и требовали улучшения. Тогда правительство США заключило сделку с военными компаниями для улучшения протезов, а не оружия. Это соглашение открыло путь к разработке и производству современных протезов. Новые устройства намного легче – изготавливаются из пластика, алюминия и композитных материалов, чтобы обеспечить пациентов наиболее функциональными устройствами. В 1970-х годах изобретатель Исидро М. Мартинес оказал огромное влияние на индустрию протезирования, когда разработал протез нижней конечности, который, вместо того, чтобы попытаться повторить движения природной конечности, был ориентирован на улучшение походки и уменьшение трения. Снижая давление и делая ходьбу более комфортной, Мартинес, который сам был инвалидом, улучшил жизнь многих будущих пациентов. Наиболее резкое различие между современными искусственными конечностями и теми, что были сделаны в прошлом, находится на границе между протезом и той частью тела, к которой он будет крепиться. В прошлом система подвески для протезов конечностей была сделана из кожаных или тканных ремней, а паз был деревянным или металлическим, облицованным тканью. Большинство современных протезов сочетают в себе пластиковое гнездо и присоски. Они тщательно утепляются и предотвращают повреждение той части конечности, к которой крепится. Современные разъемы также облегчают надевание и снимание протеза. Это особенно полезно, когда человек носит несколько протезов. Например, спортсмены могут иметь несколько протезов для бега, катания на лыжах, езды на велосипеде и другой физической деятельности. Чаще всего, они не похожи визуально на человеческие конечности. Это тщательно продуманная конструкция из пластика, резины и углеродного волокна, которые пропорционально приспособлены к телу. Они тщательно контролируются и проверяются во время соревнований, чтобы гарантировать, что не используются никакие дополнительные преимущества, например, более длинная конечность.
В дополнение к более легким устройствам появление микропроцессоров, компьютерных чипов и робототехники в современных приборах предназначено для возвращения пациентов к жизни, вместо того, чтобы просто обеспечить базовую функциональность или более привлекательный вид. Современные протезы способны имитировать функцию утраченной конечности точнее, чем когда-либо прежде.

  • протезирование
  • искусственные конечности
  • история

Хабы:

  • Научно-популярное
  • Здоровье гика

Источник: https://habr.com/post/400695/

ДиагностикаСуставов
Добавить комментарий