Протез

Чтобы узнать о других значениях, см. Протез (значения) .

Не путать с ортопедическими .

Мужчина с протезом нижней конечности

В медицине протез « ( мн.: протезы ; от древнегреческого : πρόσθεσις , латинизированное : протез , букв.   дополнение, применение, прикрепление»), или протезный имплантат , Это искусственное устройство, которое заменяет отсутствующую часть тела, которая может быть потеряна в результате физической травмы , болезни или состояния, присутствующего при рождении ( врожденное заболевание ). Протезы предназначены для восстановления нормальных функций недостающей части тела. Реабилитацию людей с ампутированными конечностями в первую очередь координирует физиотерапевт в составе междисциплинарной команды, состоящей из физиотерапевтов, протезистов, медсестер, физиотерапевтов и эрготерапевтов. Протезы можно создавать вручную или с помощью системы автоматизированного проектирования (САПР) — программного интерфейса, который помогает создателям проектировать и анализировать творение с помощью компьютерной 2-D и 3-D графики, а также инструментов анализа и оптимизации.

Типы

Протез человека должен быть спроектирован и собран в соответствии с внешним видом и функциональными потребностями человека. Например, человеку может понадобиться трансрадиальный протез, но ему необходимо выбирать между эстетическим функциональным устройством, миоэлектрическим устройством, устройством с питанием от тела или устройством, специфичным для конкретной деятельности. Будущие цели и экономические возможности человека могут помочь ему сделать выбор между одним или несколькими устройствами.

Черепно-лицевые протезы включают внутриротовые и внеротовые протезы. Внеротовые протезы подразделяются на гемифациальные, ушные (ушные), носовые, глазничные и глазные . Внутриротовые протезы включают зубные протезы , такие как зубные протезы , обтураторы и зубные имплантаты .

К протезам шеи относятся гортани заменители , трахеи и верхних отделов пищевода .

Соматические протезы туловища включают протезы груди , которые могут быть одиночными или двусторонними, полные грудные устройства или протезы сосков .

Протезы полового члена используются для лечения эректильной дисфункции , коррекции деформации полового члена , выполнения процедур фаллопластики у цисгендерных мужчин и для создания нового полового члена при операциях по смене пола с женского на мужской .

Протезы конечностей

Протезы конечностей включают протезы как верхних, так и нижних конечностей.

Протезы верхних конечностей используются на различных уровнях ампутации: передняя четверть, экзартикуляция плеча, чресплечевой протез, экзартикуляция локтевого сустава, трансрадиальный протез, экзартикуляция запястья, полная кисть, частичная кисть, палец, частичный палец. Трансрадиальный протез — это протез, заменяющий отсутствующую руку ниже локтя.

Пример двух протезов верхних конечностей: один с приводом от тела (правая рука), а другой миоэлектрический (левая рука).

Протезы верхних конечностей можно разделить на три основные категории: пассивные устройства, устройства с питанием от тела и устройства с внешним питанием (миоэлектрические). Пассивными устройствами могут быть либо пассивные руки, в основном используемые в косметических целях, либо пассивные инструменты, в основном используемые для конкретной деятельности (например, для отдыха или профессиональной деятельности). Подробный обзор и классификацию пассивных устройств можно найти в обзоре литературы Маата и др. Пассивное устройство может быть статичным, то есть в устройстве нет подвижных частей, или регулируемым, то есть его конфигурацию можно регулировать (например, регулируемое ручное открытие). Несмотря на отсутствие активного хватания, пассивные устройства очень полезны при бимануальных задачах, требующих фиксации или поддержки объекта, а также для жестикуляции при социальном взаимодействии. По научным данным, треть людей с ампутированными верхними конечностями во всем мире пользуются пассивным протезом руки. Конечности с приводом от тела или тросом работают, прикрепляя ремень безопасности и кабель к противоположному плечу поврежденной руки. В недавнем подходе, основанном на использовании энергии тела, было исследовано использование дыхания пользователя для питания и управления протезной рукой, что позволяет отказаться от приводного кабеля и ремня безопасности. Третью категорию доступных протезов составляют миоэлектрические руки. Этот конкретный класс устройств отличается от предыдущих наличием аккумуляторной системы. Эта батарея служит двойной цели: обеспечивает энергией как исполнительные, так и чувствительные компоненты. Хотя приведение в действие преимущественно зависит от моторных или пневматических систем, Для регистрации мышечной активности были исследованы различные решения, включая такие методы, как электромиография , сономиография, миокинетика и другие. Эти методы действуют путем обнаружения мельчайших электрических токов, генерируемых сокращенными мышцами во время движения плеча , обычно с использованием электродов или других подходящих инструментов. Впоследствии эти полученные сигналы преобразуются в схемы захвата или позы, которые затем выполняет искусственная рука.

В индустрии протезирования трансрадиальный протез руки часто называют протезом «BE» или протезом ниже локтя.

Протезы нижних конечностей обеспечивают замену на разных уровнях ампутации. К ним относятся вычленение бедра, трансфеморальный протез, вычленение коленного сустава, транстибиальный протез, ампутация Сайма, ампутация стопы, частичная ампутация стопы и пальца ноги. Двумя основными подкатегориями протезов нижних конечностей являются транстибиальные (любая ампутация, пересекающая большеберцовую кость, или врожденная аномалия, приводящая к дефекту большеберцовой кости) и трансфеморальные (любая ампутация, пересекающая бедренную кость, или врожденная аномалия, приводящая к дефекту бедренной кости). ).

Трансфеморальный протез – это искусственная конечность, заменяющая ногу, отсутствующую выше колена. Людям с трансфеморальной ампутацией может быть очень трудно восстановить нормальное движение. В целом, человеку с трансфеморальной ампутированной конечностью для ходьбы требуется примерно на 80% больше энергии, чем человеку с двумя целыми ногами. Это связано со сложностями в движении, связанными с коленом. В более новых и улучшенных конструкциях используются гидравлика, углеродное волокно, механические связи, двигатели, компьютерные микропроцессоры и инновационные комбинации этих технологий, чтобы дать пользователю больше контроля. В индустрии протезирования трансбедренный протез ноги часто называют «АК» или протезом выше колена.

Транстибиальный протез — это искусственная конечность, заменяющая ногу, отсутствующую ниже колена. Человек с транстибиальной ампутацией обычно может быстрее восстановить нормальное движение, чем человек с трансфеморальной ампутацией, во многом благодаря сохранению колена, что позволяет легче передвигаться. Протезирование нижних конечностей – это искусственно замененные конечности, расположенные на уровне бедра или ниже. В индустрии протезирования транстибиальный протез ноги часто называют «BK» или протезом ниже колена.

Протезы изготавливаются и подгоняются клиническими протезистами. Протезисты — это медицинские работники, ответственные за изготовление, установку и регулировку протезов, а также за протезы нижних конечностей, которые будут оценивать как походку, так и выравнивание протеза. После того, как протез будет установлен и отрегулирован протезистом, реабилитационный физиотерапевт (в Америке его называют физиотерапевтом) поможет научить нового пользователя протеза ходить с протезом ноги. Для этого физиотерапевт может давать устные инструкции, а также помогать направлять человека, используя прикосновения или тактильные сигналы. Это можно сделать в клинике или дома. Некоторые исследования показывают, что такие тренировки дома могут быть более успешными, если лечение включает использование беговой дорожки. Использование беговой дорожки вместе с физиотерапией помогает человеку справиться со многими трудностями при ходьбе с протезом.

В Соединенном Королевстве 75% ампутаций нижних конечностей выполняются из-за недостаточного кровообращения (дисваскулярности). Это состояние часто связано со многими другими заболеваниями ( сопутствующими заболеваниями ), включая диабет и болезни сердца , которые могут затруднить выздоровление и использование протеза конечности для восстановления подвижности и независимости. Для людей с недостаточным кровообращением и потерей нижней конечности из-за отсутствия исследований недостаточно данных, чтобы информировать их о выборе подходов к протезной реабилитации.

Виды протезов, используемых для замены суставов в организме человека

Протезы нижних конечностей часто классифицируют по уровню ампутации или по имени хирурга:

• Трансфеморальный (выше колена)
• Транстибиальный (ниже колена)
• Вычленение лодыжки (более известное как ампутация Сайма)
• Вычленение колена
• Вычленение бедра
• Гемипельвиктомия
• Частичные ампутации стопы (по Пирогову, таранно-ладьевидная и пяточно-кубовидная (Шопар), предплюсне-плюсневая (Лисфранк), трансплюсневая, плюсне-фаланговая, лучевая ампутации, ампутации пальцев ног).
• Ротационная пластика Ван Неса

Протезное сырье

Протезы сделаны легкими для большего удобства человека с ампутированной конечностью. Некоторые из этих материалов включают в себя:

• Пластики:
  • полиэтилен
  • Полипропилен
  • Акрил
  • Полиуретан
• Вуд (раннее протезирование)
• Резина (раннее протезирование)
• Легкие металлы:
  • Титан
  • Алюминий
• Композиты:
  • Полимеры, армированные углеродным волокном

Колесные протезы также широко используются при реабилитации травмированных домашних животных, включая собак, кошек, свиней, кроликов и черепах.

История

Протез пальца ноги из Древнего Египта.

Протезирование зародилось на древнем Ближнем Востоке около 3000 г. до н.э., причем самые ранние свидетельства протезирования появились в Древнем Египте и Иране . Самое раннее зарегистрированное упоминание о протезировании глаз содержится в египетской истории об Оке Гора , датируемой примерно 3000 годом до нашей эры, в которой рассказывается о том, что левый глаз Гора был вырван, а затем восстановлен Тотом . Около 3000-2800 гг. до н. э. самые ранние археологические свидетельства протезирования были обнаружены в древнем Иране, где глазной протез был найден похороненным вместе с женщиной в Шахри-Шохте . Вероятно, он был сделан из битумной пасты, покрытой тонким слоем золота. Египтяне также были пионерами протезирования стоп, о чем свидетельствует деревянный палец ноги, найденный на теле из Нового царства около 1000 г. до н.э. Другое раннее текстовое упоминание встречается в Южной Азии около 1200 г. до н.э., где упоминается царица-воительница Вишпала в Ригведе . римские бронзовые коронки , но их применение могло быть скорее эстетическим, чем медицинским. Были найдены и

Раннее упоминание о протезе принадлежит греческому историку Геродоту , который рассказывает историю Гегесистрата , греческого прорицателя , который отрезал себе ногу, чтобы спастись от спартанских захватчиков, и заменил ее деревянной.

Протезирование из дерева и металла

Нога Капуи (копия)

Деревянный протез ноги с кладбища Шэнцзиньдянь , около 300 г. до н.э., Турфанский музей . Это «самый старый из известных на сегодняшний день функциональных протезов ног».

Железный протез руки, предположительно, принадлежал Гетцу фон Берлихингену (1480–1562).

«Иллюстрация механической руки», гр. 1564 г.

Считается, что искусственная железная рука датируется 1560–1600 годами.

Плиний Старший также записал историю о римском полководце Марке Сергии , которому во время кампании была отрезана правая рука, и ему сделали железную руку , чтобы держать щит, чтобы он мог вернуться в битву. Знаменитый и довольно изысканный историческим протезом руки был протез Гетца фон Берлихингена , изготовленный в начале 16 века. Однако первое подтвержденное использование протеза датируется периодом с 950 по 710 год до нашей эры. В 2000 году патологоанатомы обнаружили мумию этого периода, захороненную в египетском некрополе недалеко от древних Фив, у которой был искусственный большой палец ноги. Этот палец ноги, состоящий из дерева и кожи, имел следы использования. Воспроизведенный инженерами-биомеханиками в 2011 году, исследователи обнаружили, что этот древний протез позволяет его владельцу ходить как босиком, так и в сандалиях в египетском стиле. Ранее самым ранним обнаруженным протезом был протез ноги из Капуи .

Сообщается , что примерно в то же время у Франсуа де ла Нуэ была железная рука, как и у Рене-Робера Кавалье де ла Саль в 17 веке . У Анри де Тонти вместо руки был крючок-протез. В средние века протезирование оставалось довольно простым по форме. Ослабленным рыцарям снабжали протезами, чтобы они могли держать щит, схватить копье или меч или стабилизировать конного воина. Только богатые могли позволить себе что-то, что помогало бы в повседневной жизни.

Одним из примечательных протезов был протез, принадлежавший итальянцу, который, по оценкам ученых, заменил свою ампутированную правую руку ножом. Ученые, исследующие скелет, который был найден на лонгобардском кладбище в Повельяно-Веронезе , подсчитали, что мужчина жил где-то между VI и VIII веками нашей эры. Материалы, найденные рядом с телом мужчины, позволяют предположить, что ножевой протез был прикреплен кожаным ремешком, который он неоднократно затягивал зубами.

В эпоху Возрождения протезирование развивалось с использованием железа, стали, меди и дерева. Функциональное протезирование начало появляться в 1500-х годах.

Технологический прогресс до 20 века

Итальянский хирург зафиксировал существование человека с ампутированной конечностью, рука которого позволяла ему снять шляпу, открыть сумочку и поставить свою подпись. Улучшение в хирургии ампутации и дизайне протезов произошло благодаря Амбруазу Паре . Среди его изобретений было устройство выше колена, которое представляло собой коленный протез ноги и стопы с фиксированным положением, регулируемым ремнем безопасности и контролем блокировки колена. Функциональность его достижений показала, как может развиваться протезирование в будущем.

Другие важные улучшения до современной эпохи:

• Питер Верден – Первый нефиксирующийся протез ниже колена (BK).
• Джеймс Поттс – Протез, состоящий из деревянного стержня и гнезда, стального коленного сустава и шарнирной стопы, управляемой кетгутовыми сухожилиями от колена до лодыжки. Стал известен как «Нога Англси» или «Нога Сельфо».
• Сэр Джеймс Сайм – новый метод ампутации лодыжки, не требующий ампутации бедра.
• Бенджамин Палмер – улучшенная нога Сельфо. Добавлена ​​передняя пружина и скрытые сухожилия для имитации естественных движений.
• Дюбуа Пармле – Создал протез с присоской, полицентрическим коленом и многосуставной стопой.
• Марсель Дезуттер и Чарльз Дезуттер – Первый алюминиевый протез
• Генри Хизер Бигг и его сын Генри Роберт Хизер Бигг добились от королевы приказа предоставлять «хирургические инструменты» раненым солдатам после Крымской войны. Они разработали руки, которые позволяли вязать крючком людям с двумя ампутированными конечностями, и руки, которые казались другим естественными, на основе слоновой кости, войлока и кожи.

В конце Второй мировой войны НАН (Национальная академия наук) начала выступать за улучшение исследований и разработок в области протезирования. Благодаря государственному финансированию в армии, военно-морском флоте, военно-воздушных силах и Управлении по делам ветеранов была разработана программа исследований и разработок.

Новейшая история нижних конечностей

Завод протезов конечностей, 1941 год.

После Второй мировой войны команда Калифорнийского университета в Беркли, в которую входили Джеймс Фоорт и К.В. Рэдклифф, помогла разработать четырехстороннюю гильзу, разработав систему приспособления для ампутаций выше колена. Технология гнезд для нижних конечностей совершила дальнейшую революцию в 1980-х годах, когда Джон Саболич, CPO, изобрел метод контурного приводного вертельного выравнивания (CATCAM), который позже превратился в гнездо Саболича. Он следовал указаниям Ивана Лонга и Оссура Кристенсена, когда они разработали альтернативу четырехугольной розетке, которая, в свою очередь, последовала за розеткой с открытым концом, созданной из дерева. Это улучшение произошло благодаря разнице между разъемом и моделью контакта с пациентом. До этого розетки изготавливались в форме квадрата без специального удержания мышечной ткани. Таким образом, новые конструкции помогают зафиксировать костную анатомию, фиксируя ее на месте и равномерно распределяя вес на существующую конечность, а также на мускулатуру пациента. Седалищная фиксация хорошо известна и сегодня используется многими протезистами для помощи в уходе за пациентами. Таким образом, существуют варианты седалищной защитной лунки, и каждая лунка адаптирована к конкретным потребностям пациента. Среди других, кто внес свой вклад в развитие сокетов и изменения на протяжении многих лет, были Тим Стаатс, Крис Хойт и Фрэнк Готшалк. Готшальк оспаривал эффективность гнезда CAT-CAM, настаивая на том, что хирургическая процедура, проводимая хирургом по ампутации, была наиболее важной для подготовки человека с ампутированной конечностью к правильному использованию протеза с любым типом гнезда.

Первые протезы коленного сустава, управляемые микропроцессором, стали доступны в начале 1990-х годов. Интеллектуальный протез был первым коммерчески доступным протезом коленного сустава, управляемым микропроцессором. Его выпустил Час. A. Blatchford & Sons, Ltd. из Великобритании в 1993 году и сделали ходьбу с протезом более естественной. Улучшенная версия была выпущена в 1995 году под названием Intelligent Prosthesis Plus. В 1998 году Блатчфорд выпустил еще один протез, Адаптивный протез. В адаптивном протезе использовались гидравлическое управление, пневматическое управление и микропроцессор, чтобы обеспечить человеку с ампутированной конечностью походку, более чувствительную к изменениям скорости ходьбы. Анализ затрат показывает, что стоимость сложного протеза выше колена будет составлять около 1 миллиона долларов через 45 лет, с учетом лишь ежегодной корректировки стоимости жизни.

В 2019 году стартовал проект AT2030, в рамках которого розетки на заказ изготавливаются из термопластика, а не из гипса. Это быстрее сделать и значительно дешевле. Розетки назывались розетками Amparo Confidence.

Современная история верхних конечностей

DARPA революционизирует протезирование — рука LUKE

В 2005 году DARPA запустило программу «Революция в протезировании». По данным DARPA, целью программы стоимостью 100 миллионов долларов была «разработка усовершенствованного электромеханического протеза верхней конечности с почти естественным контролем, который значительно повысит независимость и качество жизни людей с ампутированными конечностями». По данным FDA , в 2014 году рука LUKE, разработанная Дином Кейменом и его командой из DEKA Research and Development Corp., стала первым протезом руки, одобренным FDA , который «переводит сигналы от мышц человека для выполнения сложных задач». Университет Джонса Хопкинса и Департамент по делам ветеранов США . В программе также приняли участие

Тенденции в дизайне идут вперед

В эволюции тенденций дизайна протезов есть много шагов, которые со временем движутся вперед. Многие тенденции дизайна указывают на более легкие, прочные и гибкие материалы, такие как углеродное волокно, силикон и современные полимеры. Они не только делают протез конечности легче и долговечнее, но и позволяют ему имитировать внешний вид натуральной кожи, обеспечивая пользователям более комфортные и естественные ощущения. Эта новая технология помогает пользователям протезов сливаться с людьми с нормальными связками, уменьшая стигматизм среди людей, носящих протезы. Другая тенденция указывает на использование бионики и миоэлектрических компонентов в конструкции протезов. Эти конечности используют датчики для обнаружения электрических сигналов от остаточных мышц пользователя. Затем сигналы преобразуются в движения, что позволяет пользователям управлять протезами конечностей с помощью собственных мышечных сокращений. Это значительно улучшило диапазон и плавность движений, доступных людям с ампутированными конечностями, что сделало такие задачи, как захват предметов или естественная ходьба, гораздо более выполнимыми. Интеграция с искусственным интеллектом также находится на переднем плане при проектировании протезов. Протезы конечностей с поддержкой искусственного интеллекта могут со временем обучаться и адаптироваться к привычкам и предпочтениям пользователя, обеспечивая оптимальную функциональность. Анализируя походку, захват и другие движения пользователя, эти умные конечности могут вносить коррективы в режиме реального времени, обеспечивая более плавные и естественные движения.

Процедура пациента

Протез – это функциональная замена ампутированной, врожденно деформированной или отсутствующей конечности. Протезы несут ответственность за назначение, проектирование и эксплуатацию протезного устройства.

В большинстве случаев протезист начинает с снятия гипсовой повязки с пораженной конечности пациента. Легкие, высокопрочные термопласты изготавливаются индивидуально для этой модели пациента. Передовые материалы, такие как углеродное волокно, титан и кевлар, обеспечивают прочность и долговечность, делая новый протез легче. Более сложные протезы оснащены продвинутой электроникой, обеспечивающей дополнительную стабильность и контроль.

Современные технологии и производство

Протез коленного сустава изготовлен с использованием WorkNC Computer Aided Manufacturing . программного обеспечения

За прошедшие годы произошел прогресс в области протезов конечностей. Новые пластмассы и другие материалы, такие как углеродное волокно , позволили сделать протезы прочнее и легче, ограничив количество дополнительной энергии, необходимой для работы конечности. Это особенно важно для людей с трансбедренной ампутацией. Дополнительные материалы позволили протезам выглядеть гораздо более реалистично, что важно для людей с транслучевой и трансплечевой ампутацией, поскольку у них с большей вероятностью обнажится протез.

Изготовление протеза пальца

Помимо новых материалов, в протезах стало очень распространено использование электроники. Миоэлектрические конечности, которые управляют конечностями путем преобразования мышечных движений в электрические сигналы, стали гораздо более распространенными, чем конечности с тросовым приводом. Миоэлектрические сигналы улавливаются электродами, сигнал интегрируется, и как только он превышает определенный порог, срабатывает сигнал управления протезом конечности, поэтому по своей сути все миоэлектрические элементы управления запаздывают. И наоборот, тросовое управление является немедленным и физическим, и благодаря этому обеспечивает определенную степень прямой обратной связи по силе, чего нет у миоэлектрического контроля. Компьютеры также широко используются при производстве конечностей. Компьютерное проектирование и компьютерное производство часто используются для помощи в проектировании и производстве протезов.

Большинство современных протезов прикрепляются к остаточной конечности (кне) человека с ампутированной конечностью с помощью ремней и манжет или при помощи присосок . Остаточная конечность либо непосредственно вставляется в гнездо протеза, либо, что чаще встречается сегодня, используется вкладыш, который затем фиксируется к гнезду либо с помощью вакуума (отсасывающие гнезда), либо с помощью штифтового замка. Вкладыши мягкие, поэтому они обеспечивают гораздо лучшую присасывающуюся посадку, чем жесткие насадки. Силиконовые вкладыши можно приобрести стандартных размеров, преимущественно круглого (круглого) сечения, но для любой другой формы культи можно изготовить вкладыши по индивидуальному заказу. Гильза изготавливается по индивидуальному заказу, чтобы соответствовать культе конечности и распределять силы протеза по площади культи (а не только по одному небольшому пятну), что помогает уменьшить износ культи.

Изготовление гильзы протеза

Изготовление гильзы протеза начинается с захвата геометрии культи, этот процесс называется захватом формы. Целью этого процесса является создание точного изображения культи конечности, что имеет решающее значение для достижения хорошей посадки лунки. Индивидуальная лунка создается путем взятия гипсового слепка культи конечности или, что чаще сегодня, вкладыша, надетого на культю, а затем изготовления слепка из гипсовой повязки. Обычно используемый состав называется Парижским гипсом. В последние годы были разработаны различные системы цифрового захвата формы, которые можно вводить непосредственно в компьютер, что позволяет создавать более сложные конструкции. В общем, процесс захвата формы начинается с цифрового получения трехмерных (3D) геометрических данных из культи человека с ампутированной конечностью. Данные собираются с помощью зонда, лазерного сканера, сканера структурированного света или системы трехмерного сканирования на основе фотографий.

После фиксации формы второй этап изготовления лунки называется ректификацией, который представляет собой процесс модификации модели культи конечности путем добавления объема костным выступам и потенциальным точкам давления, а также удаления объема из зоны нагрузки. Это можно сделать вручную, добавляя или удаляя гипс с позитивной модели, или виртуально манипулируя компьютеризированной моделью в программном обеспечении. Наконец, изготовление лунки протеза начинается после исправления и окончательной доработки модели. Для изготовления гнезда протеза протезисты обертывали положительную модель полурасплавленным пластиковым листом или углеродным волокном, покрытым эпоксидной смолой. Компьютеризированную модель можно напечатать на 3D-принтере с использованием различных материалов с разной гибкостью и механической прочностью.

Оптимальное прилегание гильзы между остаточной конечностью и гильзой имеет решающее значение для функционирования и использования всего протеза. Если прилегание культи конечности к гильзе слишком свободное, это приведет к уменьшению площади контакта между культей и гильзой или вкладышем, а также к увеличению карманов между кожей культи и гильзой или вкладышем. Тогда давление становится выше, что может быть болезненным. Воздушные карманы могут способствовать скоплению пота, что может смягчить кожу. В конечном счете, это частая причина зудящих высыпаний на коже. Со временем это может привести к повреждению кожи. С другой стороны, очень плотная посадка может привести к чрезмерному увеличению давления на границе раздела, что также может привести к повреждению кожи после длительного использования.

Искусственные конечности обычно изготавливаются с использованием следующих этапов:

1. Измерение культи конечности
2. Измерение тела для определения размера, необходимого для протеза
3. Установка силиконового вкладыша
4. Создание модели вкладыша, надеваемого на культю
5. Формирование термопластического листа вокруг модели. Затем он используется для проверки прилегания протеза.
6. Формирование постоянной лунки
7. Формирование пластиковых частей протеза – Используются различные методы, в том числе вакуумная формовка и литье под давлением.
8. Создание металлических частей протеза методом литья под давлением.
9. Сборка всей конечности

Руки с приводом от тела

Современные технологии позволяют рукам с питанием от тела весить от половины до одной трети того, что весит миоэлектрическая рука.

Розетки

Современные рычаги с приводом от тела содержат гнезда, изготовленные из твердой эпоксидной смолы или углеродного волокна. Эти гнезда или «интерфейсы» можно сделать более удобными, обложив их более мягким сжимаемым пенопластом, который обеспечивает прокладку для выступов костей. Самоподвешивающаяся или надмыщелковая конструкция гнезда полезна для тех, у кого отсутствует локтевой сустав от короткого до среднего диапазона. Для более длинных конечностей может потребоваться использование фиксирующего внутреннего вкладыша роликового типа или более сложной подвески для усиления подвески.

Запястья

Наручные блоки представляют собой либо навинчивающиеся разъемы с резьбой UNF 1/2-20 (США), либо быстроразъемные разъемы, существуют разные модели.

Добровольное открытие и добровольное закрытие

Существует два типа систем с приводом от тела: произвольное открытие «потяни, чтобы открыть» и добровольное закрытие «потяни, чтобы закрыть». Практически все протезы с разъемным крючком работают по системе произвольного открывания.

Более современные «преэнсоры», называемые GRIPS, используют системы добровольного закрытия. Различия значительны. Пользователи систем произвольного открывания полагаются на упругие ленты или пружины для создания силы захвата, в то время как пользователи систем произвольного закрывания полагаются на силу и энергию своего тела для создания силы захвата.

Пользователи, добровольно закрывающие застежку, могут создавать силу захвата, эквивалентную обычной руке, до ста фунтов или более. Произвольное закрытие GRIPS требует постоянного напряжения для захвата, как человеческая рука, и по этому свойству они приближаются к характеристикам человеческой руки. Пользователи, добровольно открывающие разрезные крючки, ограничены силой, которую может создавать их резина или пружина, которая обычно не превышает 20 фунтов.

Обратная связь

Дополнительное отличие существует в создаваемой биологической обратной связи, которая позволяет пользователю «чувствовать» то, что он удерживает. Системы произвольного открывания после включения обеспечивают удерживающую силу и действуют как пассивные тиски на конце рычага. После того, как крючок замкнулся вокруг удерживаемого объекта, обратная связь при захвате не обеспечивается. Системы произвольного закрытия обеспечивают прямо пропорциональное управление и биологическую обратную связь, чтобы пользователь мог почувствовать, какую силу они прикладывают.

В 1997 году колумбийский профессор Альваро Риос Поведа , исследователь бионики в Латинской Америке , разработал протез верхней конечности и руки с сенсорной обратной связью . Эта технология позволяет пациентам с ампутированными конечностями обращаться с системами протезов рук более естественным образом.

Недавнее исследование показало, что путем стимуляции срединного и локтевого нервов, согласно информации, предоставляемой искусственными датчиками протеза руки, человеку с ампутированной конечностью можно предоставить физиологически соответствующую (почти естественную) сенсорную информацию. Эта обратная связь позволила участнику эффективно модулировать силу захвата протеза без визуальной или слуховой обратной связи.

В феврале 2013 года исследователи из Федеральной политехнической школы Лозанны в Швейцарии и Высшей школы Св.Анны в Италии имплантировали электроды в руку человека с ампутированной конечностью, что давало пациенту сенсорную обратную связь и позволяло контролировать протез в реальном времени. Благодаря проводам, связанным с нервами в плече, датский пациент смог манипулировать предметами и мгновенно ощущать осязание с помощью специальной искусственной руки, созданной Сильвестро Мицерой и исследователями из Швейцарии и Италии.

В июле 2019 года эту технологию еще больше расширили исследователи из Университета Юты под руководством Джейкоба Джорджа. Группа исследователей имплантировала электроды в руку пациента, чтобы составить карту нескольких сенсорных предписаний. Затем они стимулировали каждый электрод, чтобы выяснить, как срабатывает каждое сенсорное предписание, а затем приступили к отображению сенсорной информации на протезе. Это позволило бы исследователям получить хорошее приближение к той же информации, которую пациент мог бы получить из своей естественной руки. К сожалению, рука слишком дорога для обычного пользователя, однако Джейкоб отметил, что страховые компании могут покрыть расходы на протез.

Терминальные устройства

Терминальные устройства содержат ряд крючков, захватов, рук или других устройств.

Крючки

Системы с раздельными крючками произвольного открывания просты, удобны, легки, надежны, универсальны и относительно доступны по цене.

Крюк не похож на нормальную человеческую руку ни по внешнему виду, ни по общей универсальности, но допуски на его материал могут превосходить нормальную человеческую руку по механическим нагрузкам (можно даже использовать крючок, чтобы разрезать открытые коробки или использовать его в качестве молотка, тогда как это не так). можно обычной рукой), для термостойкости (крючком можно захватывать предметы из кипящей воды, переворачивать мясо на гриле, держать спичку до полного сгорания) и химической опасности (так как металлический крючок выдерживает кислоты или щелочи и не реагирует на растворители, как протезная перчатка или кожа человека).

Руки

Актер Оуэн Уилсон сжимает миоэлектрический протез руки морского пехотинца США.

Протезы рук доступны как в версиях с произвольным открыванием, так и с произвольным закрыванием, и из-за их более сложной механики и косметического покрытия перчаток требуется относительно большая сила активации, которая, в зависимости от типа используемого ремня безопасности, может быть неудобной. Недавнее исследование Делфтского технологического университета (Нидерланды) показало, что в последние десятилетия разработке механических протезов рук не уделялось должного внимания. Исследование показало, что уровень силы сжатия большинства современных механических рук слишком низок для практического использования. начала исследования бионических рук Лучше всего протестированной рукой оказался протез руки, разработанный примерно в 1945 году. Однако в 2017 году Лаура Хруби из Венского медицинского университета . Также стало доступно несколько бионических рук с открытым аппаратным обеспечением, которые можно напечатать на 3D-принтере. Некоторые компании также производят роботизированные руки со встроенным предплечьем, которые можно прикрепить к плечу пациента. а в 2020 году в Итальянском технологическом институте (IIT) была разработана еще одна роботизированная рука со встроенным предплечьем (Soft Hand Pro).

Коммерческие поставщики и материалы

Hosmer и Otto Bock — крупные поставщики коммерческих крючков. Механические руки также продают Хосмер и Отто Бок; Becker Hand до сих пор производится семьей Беккер. Протезы рук могут быть оснащены стандартными или изготовленными на заказ силиконовыми перчатками косметического вида. Но можно использовать и обычные рабочие перчатки. Другие терминальные устройства включают V2P Prehensor, универсальный надежный захват, который позволяет клиентам изменять его аспекты, Texas Assist Devices (с полным набором инструментов) и TRS, предлагающий ряд терминальных устройств для спорта. Жгуты кабелей могут быть изготовлены из тросов из авиационной стали, шаровых шарниров и самосмазывающихся оболочек кабелей. Некоторые протезы были разработаны специально для использования в соленой воде.

Протезирование нижних конечностей

Протез ноги Элли Коул

Протезирование нижних конечностей подразумевает искусственно замененные конечности, расположенные на уровне бедра или ниже. Относительно всех возрастов Ефрем и др. (2003) обнаружили, что во всем мире частота ампутаций нижних конечностей по всем причинам составляет 2,0–5,9 на 10 000 жителей. Что касается показателей распространенности врожденного дефекта конечностей при рождении, они обнаружили оценку от 3,5 до 7,1 случаев на 10 000 рождений.

Двумя основными подкатегориями протезов нижних конечностей являются транстибиальные (любая ампутация, пересекающая большеберцовую кость, или врожденная аномалия, приводящая к недостаточности большеберцовой кости) и трансфеморальные (любая ампутация, пересекающая бедренную кость, или врожденная аномалия, приводящая к дефекту бедренной кости). дефицит). В протезной промышленности транстибиальный протез ноги часто называют «BK» или протезом ниже колена, тогда как трансбедренный протез ноги часто называют «AK» или протезом выше колена.

Другие, менее распространенные случаи заболеваний нижних конечностей включают следующее:

1. Вычленение бедра. Обычно это относится к случаям, когда у человека с ампутированной конечностью или у пациента с врожденными отклонениями имеется ампутация или аномалия тазобедренного сустава или в непосредственной близости от него.
2. Вычленение коленного сустава. Обычно это относится к ампутации колена, в результате которой бедренная кость отделяется от большеберцовой кости.
3. Саймс – это вычленение голеностопного сустава с сохранением пяточной подушечки.

Розетка

Гильза служит связующим звеном между остатком и протезом, в идеале обеспечивая комфортную нагрузку, контроль движений и проприоцепцию . Проблемы с суставами, такие как дискомфорт и повреждение кожи, считаются одними из наиболее важных проблем, с которыми сталкиваются люди с ампутированными конечностями.

Хвостовик и разъемы

Эта часть создает расстояние и поддержку между коленным суставом и стопой (в случае протеза верхней части голени) или между гнездом и стопой. Тип соединителей, которые используются между голенью и коленом/стопой, определяет, является ли протез модульным или нет. Модульность означает, что угол и смещение ножки относительно гнезда можно изменить после установки. В развивающихся странах протезы в основном делают немодульными, чтобы снизить стоимость. При рассмотрении детей важна модульность угла и роста, поскольку их средний рост составляет 1,9 см в год.

Ступня

Обеспечивая контакт с землей, стопа обеспечивает амортизацию и устойчивость во время стойки. Кроме того, он влияет на биомеханику походки благодаря своей форме и жесткости. Это связано с тем, что траектория центра давления (ЦД) и угол сил реакции опоры определяются формой и жесткостью стопы и должны соответствовать телосложению субъекта, чтобы обеспечить нормальную походку. Андрисек (2010) обнаружил 16 различных типов стоп с очень разными результатами в отношении долговечности и биомеханики. Основная проблема нынешних стоп – долговечность, срок службы от 16 до 32 месяцев. Эти результаты относятся к взрослым и, вероятно, будут хуже для детей из-за более высокого уровня активности и эффекта масштаба. Доказательства сравнения различных типов стоп и протезов голеностопного сустава недостаточно убедительны, чтобы определить, превосходит ли один механизм голеностопного сустава/стопы другой. При выборе устройства следует учитывать стоимость устройства, функциональные потребности человека и доступность конкретного устройства.

Коленный сустав

В случае трансбедренной ампутации (выше колена) также необходим сложный соединитель, обеспечивающий сочленение, позволяющий сгибаться во время фазы поворота, но не во время стояния. Поскольку его целью является замена колена, протез коленного сустава является наиболее важным компонентом протеза для людей с ампутированной конечностью. Функция хорошего протезного коленного сустава заключается в том, чтобы имитировать функцию нормального колена, например, обеспечивать структурную поддержку и стабильность во время фазы опоры, но при этом обеспечивать контролируемое сгибание во время фазы переноса. Следовательно, это позволяет пользователям иметь плавную и энергоэффективную походку и минимизировать последствия ампутации. Протез коленного сустава соединяется с протезной стопой посредством хвостовика, который обычно изготавливается из алюминиевой или графитовой трубки.

Одним из наиболее важных аспектов протеза коленного сустава является механизм управления фазой опоры. Функция контроля фазы опоры заключается в предотвращении прогибания ноги при нагрузке на конечность во время принятия веса. Это обеспечивает стабильность колена для поддержки задачи поддержки одной конечности в фазе опоры и обеспечивает плавный переход к фазе переноса. Управление фазой опоры может быть достигнуто несколькими способами, включая механические блокировки, относительное расположение компонентов протеза, контроль трения, активируемый весом, и полицентрические механизмы.

Микропроцессорное управление

Чтобы имитировать функциональность колена во время ходьбы, были разработаны управляемые микропроцессором коленные суставы, которые контролируют сгибание колена. Некоторые примеры: Otto Bock C-leg от , представленный в 1997 году, Rheo Knee от Ossur , выпущенный в 2005 году, Power Knee от Ossur, представленный в 2006 году, Plié Knee от Freedom Innovations и самообучающееся колено DAW Industries (SLK). ).

Идея изначально была разработана Келли Джеймс, канадским инженером, в Университете Альберты .

Микропроцессор используется для интерпретации и анализа сигналов датчиков угла колена и датчиков момента. Микропроцессор получает сигналы от своих датчиков, чтобы определить тип движения, выполняемого человеком с ампутированной конечностью. Большинство коленных суставов, управляемых микропроцессором, питаются от батареи, расположенной внутри протеза.

Сенсорные сигналы, вычисляемые микропроцессором, используются для управления сопротивлением, создаваемым гидравлическими цилиндрами в коленном суставе. Маленькие клапаны контролируют количество гидравлической жидкости , которая может проходить в цилиндр и выходить из него, регулируя таким образом растяжение и сжатие поршня, соединенного с верхней частью колена.

Главным преимуществом протеза с микропроцессорным управлением является более близкое приближение к естественной походке человека с ампутированной конечностью. Некоторые позволяют людям с ампутированными конечностями ходить со скоростью, близкой к пешеходной, или бегать. Изменения скорости также возможны, они учитываются датчиками и передаются в микропроцессор, который соответствующим образом приспосабливается к этим изменениям. Это также позволяет людям с ампутированными конечностями спускаться по лестнице пошагово, а не по одному шагу, как при использовании механических коленей. Некоторые исследования показывают, что люди с протезами, управляемыми микропроцессором, сообщают о большем удовлетворении и улучшении функциональности, здоровья культи и безопасности. Люди могут выполнять повседневные дела с большей скоростью, даже при одновременной работе в режиме многозадачности, и снижают риск падений.

Однако некоторые из них имеют некоторые существенные недостатки, затрудняющие их использование. Они могут быть подвержены повреждению водой, поэтому необходимо проявлять особую осторожность, чтобы протез оставался сухим.

Миоэлектрический

Миоэлектрический протез использует в качестве информации электрическое напряжение, генерируемое каждый раз, когда мышца сокращается. Это напряжение можно улавливать от произвольно сокращающихся мышц с помощью электродов, наносимых на кожу для управления движениями протеза, такими как сгибание/разгибание локтевого сустава, супинация/пронация (вращение) запястья или размыкание/смыкание пальцев. Протез этого типа использует остаточную нервно-мышечную систему человеческого тела для управления функциями протеза руки, запястья, локтя или стопы с электроприводом. Это отличается от протеза с электрическим переключателем, для которого требуются ремни и/или кабели, приводимые в действие движениями тела, для приведения в действие переключателей, управляющих движениями протеза. Нет четких доказательств того, что миоэлектрические протезы верхних конечностей функционируют лучше, чем протезы с электроприводом. Преимущества использования миоэлектрического протеза верхних конечностей включают возможность улучшения косметической привлекательности (этот тип протеза может иметь более естественный вид), может быть лучше подходит для легкой повседневной деятельности и может быть полезен для людей, испытывающих фантомные боли в конечностях. По сравнению с протезом с приводом от тела миоэлектрический протез может быть не таким долговечным, может требовать более длительного времени обучения, может требовать большего количества регулировок, большего обслуживания и не обеспечивает обратной связи с пользователем.

Профессор Альваро Риос Поведа уже несколько лет работает над неинвазивным и доступным решением этой проблемы обратной связи. Он считает, что: «Протезы конечностей, которыми можно управлять с помощью мысли, открывают большие перспективы для людей с ампутированными конечностями, но без сенсорной обратной связи от сигналов, возвращающихся в мозг, может быть трудно достичь уровня контроля, необходимого для выполнения точных движений. чувство прикосновения механической руки непосредственно к мозгу, протезирование может восстановить функцию ампутированной конечности почти естественным путем». Он представил первый миоэлектрический протез руки с сенсорной обратной связью на XVIII Всемирном конгрессе по медицинской физике и биомедицинской инженерии в 1997 году, проходившем в Ницце, Франция .

СССР первым разработал миоэлектрическую руку в 1958 году. в то время как первая миоэлектрическая рука стала коммерческой в ​​1964 году Центральным научно-исследовательским институтом протезирования СССР и распространялась компанией Hangar Limb Factory в Великобритании . Миоэлектрические протезы дороги, требуют регулярного обслуживания, чувствительны к поту и влаге, влияющей на работу датчиков.

Роботизированные протезы

Мозговой контроль движения 3D-протеза руки (поражение целей). Этот фильм был записан, когда участник управлял трехмерным движением протезной руки для поражения физических целей в исследовательской лаборатории.

Основные статьи: Нейронное протезирование и экзоскелет с электроприводом § Текущие продукты (экзоскелеты с электроприводом)

Дополнительная информация: Робототехника § Сенсорное управление , 3D-печать и оборудование с открытым исходным кодом.

Роботы могут использоваться для получения объективных показателей нарушений состояния пациента и результатов терапии, оказания помощи в диагностике, настройки терапии на основе двигательных способностей пациента, а также обеспечения соблюдения схем лечения и ведения записей о пациентах. Во многих исследованиях показано значительное улучшение двигательной функции верхних конечностей после инсульта с использованием робототехники для реабилитации верхних конечностей. Чтобы роботизированный протез конечности работал, он должен иметь несколько компонентов, позволяющих интегрировать его в функции организма: Биосенсоры улавливают сигналы от нервной или мышечной систем пользователя. Затем он передает эту информацию микроконтроллеру, расположенному внутри устройства, и обрабатывает обратную связь от конечности и привода, например, положение или силу, и отправляет ее на контроллер. Примеры включают поверхностные электроды, которые обнаруживают электрическую активность на коже, игольчатые электроды, имплантированные в мышцы, или массивы твердотельных электродов, через которые прорастают нервы. Один тип этих биосенсоров используется в миоэлектрических протезах .

Устройство, известное как контроллер, подключено к нервным и мышечным системам пользователя, а также к самому устройству. Он отправляет команды о намерении от пользователя на приводы устройства и интерпретирует обратную связь от механических и биосенсоров для пользователя. Контроллер также отвечает за мониторинг и контроль движений устройства.

Привод . имитирует действия мышцы, создавая силу и движение Примеры включают двигатель, который помогает или заменяет исходную мышечную ткань.

Направленная реиннервация мышц (TMR) — это метод, при котором двигательные нервы , которые ранее контролировали мышцы ампутированной конечности, хирургическим путем перенаправляются таким образом, что они реиннервируют небольшой участок большой неповрежденной мышцы, например большой грудной мышцы . В результате, когда пациент думает о том, чтобы пошевелить большим пальцем отсутствующей руки, вместо этого сокращается небольшой участок мышцы на его груди. Разместив датчики над реиннервированной мышцей, можно вызвать эти сокращения и контролировать движение соответствующей части роботизированного протеза.

Вариант этой техники называется целевой сенсорной реиннервацией (TSR). Эта процедура аналогична TMR, за исключением того, что сенсорные нервы хирургическим путем перенаправляются на кожу груди, а не двигательные нервы на мышцы. Недавно роботизированные конечности улучшили свою способность принимать сигналы человеческого мозга и преобразовывать эти сигналы в движение в протезе. DARPA , исследовательское подразделение Пентагона, работает над дальнейшими достижениями в этой области. Их желание – создать искусственную конечность, которая будет напрямую связана с нервной системой .

Роботизированное оружие

Достижения в процессорах, используемых в миоэлектрических манипуляторах, позволили разработчикам добиться успехов в более точной настройке управления протезом. Boston Digital Arm — это недавняя искусственная конечность, в которой использованы преимущества этих более совершенных процессоров. Рука позволяет перемещаться по пяти осям и позволяет программировать руку для более индивидуального ощущения. Недавно рука I-LIMB , изобретенная в Эдинбурге, Шотландия, Дэвидом Гоу , стала первым коммерчески доступным протезом руки с пятью пальцами с индивидуальным приводом. Рука также оснащена вращаемым вручную большим пальцем, которым пользователь пассивно управляет и позволяет руке осуществлять захват в режимах точного, мощного и ключевого захвата.

Еще один нейронный протез - это Прото 1 Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса. Помимо Прото 1, в 2010 году университет также завершил Прото 2 . В начале 2013 года Макс Ортис Каталан и Рикард Бронемарк из Технологического университета Чалмерса и университетской больницы Сальгренска в Швеции преуспели в создании первой роботизированной руки, которая контролируется разумом и может быть постоянно прикреплена к телу (с помощью остеоинтеграции ).

Очень полезный подход называется вращением руки, которое характерно для людей с односторонней ампутацией и представляет собой ампутацию, затрагивающую только одну сторону тела; а также необходим для людей с двусторонней ампутацией, человека, у которого нет или ампутированы обе руки или ноги, для выполнения повседневной деятельности. Это включает в себя введение небольшого постоянного магнита в дистальный конец остаточной кости пациентов с ампутацией верхних конечностей. Когда субъект вращает остаточную руку, магнит будет вращаться вместе с остаточной костью, вызывая изменение распределения магнитного поля. Сигналы ЭЭГ (электроэнцефалограммы), регистрируемые с помощью небольших плоских металлических дисков, прикрепленных к коже головы, по существу декодируют активность человеческого мозга, используемую для физических движений, и используются для управления роботизированными конечностями. Это позволяет пользователю напрямую управлять деталью.

Роботизированные транстибиальные протезы

Исследования роботизированных ног со временем достигли определенного прогресса, позволяя осуществлять точные движения и контроль.

В сентябре 2013 года исследователи из Чикагского института реабилитации объявили, что они разработали роботизированную ногу, которая преобразует нервные импульсы от мышц бедра пользователя в движение, и это первый протез ноги, способный делать это. В настоящее время он находится в стадии тестирования.

Хью Херр, руководитель группы биомехатроники в Медиа-лаборатории Массачусетского технологического института, разработал роботизированную транстибиальную ногу (PowerFoot BiOM).

Исландская компания Össur также создала роботизированную транстибиальную ногу с моторизованной лодыжкой, которая движется с помощью алгоритмов и датчиков, которые автоматически регулируют угол стопы в разные моменты шага ее владельца. Также существуют бионические ноги, управляемые мозгом, которые позволяют человеку двигать конечностями с помощью беспроводного передатчика.

Конструкция протеза

Основная цель роботизированного протеза — обеспечить активное срабатывание во время ходьбы для улучшения биомеханики походки, включая, среди прочего, стабильность, симметрию или расход энергии для людей с ампутированными конечностями. В настоящее время на рынке имеется несколько протезов ног с электроприводом, в том числе ноги с полным приводом, в которых приводы непосредственно приводят в движение суставы, и полуактивные ноги, которые используют небольшое количество энергии и небольшой привод для изменения механических свойств ноги, но не привносить чистую положительную энергию в походку. Конкретные примеры включают EmPOWER от BionX, стопу Proprio от Ossur и стопу Elan от Endolite. За последнее десятилетие различные исследовательские группы также экспериментировали с роботизированными ногами. Центральные исследуемые вопросы включают в себя проектирование поведения устройства во время фаз стояния и поворота, определение текущей задачи при передвижении и различные проблемы механической конструкции, такие как надежность, вес, срок службы батареи/эффективность и уровень шума. Однако ученые из Стэнфордского университета и Сеульского национального университета разработали систему искусственных нервов, которая поможет чувствовать протезы конечностей. Эта синтетическая нервная система позволяет протезам воспринимать шрифт Брайля , чувствовать осязание и реагировать на окружающую среду.

Использование переработанных материалов

Во всем мире протезы изготавливают из переработанных пластиковых бутылок и крышек.

Привязанность к телу

Большинство протезов можно прикрепить к внешней части тела непостоянным способом. Однако некоторые другие могут быть прикреплены навсегда. Одним из таких примеров являются экзопротезы (см. ниже).

Прямое прикрепление к кости и остеоинтеграция

Основная статья: Остеоинтеграция

Остеоинтеграция – метод прикрепления протеза к телу. Этот метод также иногда называют экзопротезированием (прикрепление протеза к кости) или эндоэкзопротезированием.

Метод культи и лунки может вызвать сильную боль у человека с ампутированной конечностью, поэтому прямое прикрепление кости широко исследуется. Метод основан на вставке титанового болта в кость на конце культи. Через несколько месяцев кость прикрепляется к титановому болту, и к титановому болту прикрепляется абатмент. Абатмент выдвигается из культи, и затем к абатменту прикрепляется (съемный) протез. Некоторые из преимуществ этого метода включают следующее:

• Улучшение мышечного контроля протеза.
• Возможность носить протез в течение длительного периода времени; с помощью метода пня и гнезда это невозможно.
• Способность людей с трансфеморальной ампутацией управлять автомобилем.

Основным недостатком этого метода является то, что люди с ампутированными конечностями с прямым прикреплением кости не могут оказывать сильное воздействие на конечность, например, во время бега трусцой, из-за возможности перелома кости.

Космезис

Косметические протезы издавна использовались для маскировки травм и уродств. Благодаря достижениям современных технологий, косметология — создание реалистичных конечностей из силикона или ПВХ — стала возможной. Такие протезы, в том числе искусственные руки, теперь могут быть разработаны так, чтобы имитировать внешний вид настоящих рук с веснушками, венами, волосами, отпечатками пальцев и даже татуировками.Косметики, изготовленные на заказ, как правило, дороже (стоят тысячи долларов США, в зависимости от уровня детализации), в то время как стандартные косметики поставляются готовыми различных размеров, хотя они часто не так реалистичны, как их аналоги, изготовленные на заказ. Другой вариант — изготовленный на заказ силиконовый чехол, который может быть изготовлен в соответствии с тоном кожи человека, но без таких деталей, как веснушки или морщины. Косметические средства прикрепляются к телу различными способами: с помощью клея, присоски, облегающей, растягивающейся кожи или кожного рукава.

Познание

Основная статья: Нейропротезирование

В отличие от нейромоторных протезов, нейрокогнитивные протезы будут воспринимать или модулировать нервные функции, чтобы физически восстановить или усилить когнитивные процессы, такие как исполнительные функции , внимание , речь и память. Нейрокогнитивных протезов в настоящее время не существует, но было предложено разработать имплантируемые нейрокогнитивные интерфейсы мозг-компьютер для лечения таких состояний, как инсульт , черепно-мозговая травма , церебральный паралич , аутизм и болезнь Альцгеймера . Недавняя область вспомогательных технологий познания касается разработки технологий, расширяющих познавательные способности человека. Устройства планирования, такие как Neuropage, напоминают пользователям с нарушениями памяти, когда следует выполнять определенные действия, например, посещать врача. Устройства микроподсказок, такие как PEAT, AbleLink и Guide, использовались, чтобы помочь пользователям с проблемами памяти и исполнительных функций выполнять повседневную деятельность .

Улучшение протезирования

Дополнительная информация: Активный экзоскелет § Исследования.

сержант Джеррод Филдс тренируется в Центре олимпийской подготовки США в Чула-Висте, Калифорния.

Помимо стандартных протезов для повседневного использования, многие люди с ампутированными конечностями или врожденные пациенты имеют специальные конечности и устройства, помогающие участвовать в спортивных и развлекательных мероприятиях.

В научной фантастике, а в последнее время и в научном сообществе рассматривалась возможность использования современных протезов для замены здоровых частей тела искусственными механизмами и системами для улучшения функций. Моральность и желательность таких технологий обсуждаются трансгуманистами , другими специалистами по этике и другими людьми в целом. Части тела, такие как ноги, руки, кисти, ступни и другие, можно заменить.

Первый эксперимент на здоровом человеке, судя по всему, провел британский учёный Кевин Уорвик . В 2002 году имплантат был имплантирован непосредственно в нервную систему Уорвика. Электродная решетка , содержащая около сотни электродов , была помещена в срединный нерв . Создаваемые сигналы были достаточно подробными, чтобы рука робота могла имитировать действия собственной руки Уорвика и снова обеспечивать форму сенсорной обратной связи через имплантат.

Компания DEKA Дина Кеймена разработала «Руку Люка», усовершенствованный протез, управляемый нервами . Клинические испытания начались в 2008 году. с одобрением FDA в 2014 году, а коммерческое производство Universal Instruments Corporation ожидается в 2017 году. Ожидается, что розничная цена, предлагаемая Mobius Bionics, составит около 100 000 долларов.

Дальнейшие исследования, проведенные в апреле 2019 года, показали улучшение протезной функции и комфорта персонализированных носимых систем, напечатанных на 3D-принтере. Вместо ручной интеграции после печати интеграция электронных датчиков на пересечении протеза и тканей пользователя может собирать информацию, например, о давлении на ткани пользователя, что может помочь улучшить дальнейшую итерацию этих типов протезов.

Оскар Писториус

В начале 2008 года Оскар Писториус , «Бегущий по лезвию» из Южной Африки, был на короткое время лишен права участвовать в летних Олимпийских играх 2008 года , поскольку его транстибиальные протезы конечностей давали ему несправедливое преимущество перед бегунами, у которых были лодыжки. Один исследователь обнаружил, что его конечности потребляли на двадцать пять процентов меньше энергии, чем конечности бегуна без инвалидности, движущегося с той же скоростью. Это решение было отменено в апелляционном порядке, при этом апелляционный суд заявил, что общий набор преимуществ и недостатков конечностей Писториуса не был учтен.

Писториус не прошел квалификацию в сборную ЮАР на Олимпийские игры, но выиграл летние Паралимпийские игры 2008 года и был признан имеющим право претендовать на любые будущие Олимпийские игры. Он прошел квалификацию на чемпионат мира 2011 года в Южной Корее и дошел до полуфинала, где и финишировал в прошлый раз. В первом раунде он был 14-м, его личный рекорд на дистанции 400 метров дал бы ему 5-е место в финале. На летних Олимпийских играх 2012 года в Лондоне Писториус стал первым бегуном с ампутированными конечностями, принявшим участие в Олимпийских играх. Он участвовал в забеге на 400 метров . полуфинальном и финал эстафеты 4х400 метров . Он также участвовал в пяти соревнованиях на летних Паралимпийских играх 2012 года в Лондоне.

Рекомендации по проектированию

При проектировании транстибиального протеза следует учитывать множество факторов. Производители должны сделать выбор относительно своих приоритетов в отношении этих факторов.

Производительность

Тем не менее, существуют определенные элементы механики суставов и стопы, которые имеют неоценимое значение для спортсмена, и именно на них сосредоточены сегодняшние высокотехнологичные компании, занимающиеся протезированием:

• Подгонка – спортсменам/активным людям с ампутированными конечностями или людям с костными остатками может потребоваться тщательно продуманная подгонка лунки; менее активные пациенты могут чувствовать себя комфортно с «полным контактом» и гелевой подкладкой.
• Хранение и возврат энергии - хранение энергии, полученной при контакте с землей, и использование этой накопленной энергии для движения.
• Поглощение энергии – минимизация эффекта высокого воздействия на опорно-двигательный аппарат.
• Податливость грунту – устойчивость независимо от типа местности и угла наклона
• Вращение – легкость изменения направления.
• Вес – максимальный комфорт, баланс и скорость
• Подвеска – как муфта соединяется и прилегает к конечности

Другой

Покупателя также беспокоит множество других факторов:

• Косметика
• Расходы
• Простота использования
• Наличие размеров

Дизайн для протезирования

Ключевой особенностью протезирования и дизайна протезов является идея «проектирования для людей с ограниченными возможностями». Это может показаться хорошей идеей, согласно которой люди с ограниченными возможностями могут участвовать в справедливом проектировании, но, к сожалению, это не так. Идея проектирования для людей с ограниченными возможностями в первую очередь проблематична из-за основного значения инвалидности. Он сообщает людям с ампутированными конечностями, что существует правильный и неправильный способ передвижения и ходьбы, и что если люди с ампутированными конечностями адаптируются к окружающей среде собственными силами, то это неправильный путь. Наряду с этим основным значением инвалидности, многие люди, создающие дизайн для людей с ограниченными возможностями, на самом деле не являются инвалидами. «Дизайн для людей с ограниченными возможностями», основанный на этом опыте, рассматривает инвалидность как объект – с ощущением дизайнеров, не являющихся инвалидами, что они должным образом узнали о своей работе на основе собственного моделирования опыта. Моделирование вводит в заблуждение и оказывает плохую услугу людям с ограниченными возможностями. - поэтому разработка, вытекающая из этого, весьма проблематична. Участие в разработке дизайна для людей с ограниченными возможностями должно осуществляться... в идеале с участием членов команды, которые имеют соответствующую инвалидность и являются частью сообществ, имеющих значение для исследования. Это приводит к тому, что люди, которые не знают, каков их повседневный личный опыт, разрабатывают материалы, которые не отвечают потребностям или препятствуют потребностям людей с реальной инвалидностью.

Свобода затрат и источников

Высокая стоимость

В США типичный протез конечности стоит от 15 000 до 90 000 долларов, в зависимости от типа конечности, которую желает пациент. При медицинской страховке пациент обычно оплачивает 10–50% от общей стоимости протеза конечности, а страховая компания покрывает остальную часть стоимости. Процент, который платит пациент, варьируется в зависимости от типа плана страхования, а также от конечности, запрошенной пациентом. В Великобритании, большей части Европы, Австралии и Новой Зеландии вся стоимость протезов конечностей покрывается за счет государственного финансирования или обязательного страхования. Например, в Австралии протезы полностью финансируются государственными программами в случае ампутации из-за болезни, а также за счет компенсаций работникам или страхования от дорожно-транспортных происшествий в случае наиболее травматичных ампутаций. Национальная схема страхования по инвалидности , которая внедряется на национальном уровне в период с 2017 по 2020 год, также оплачивает протезы.

Трансрадиальные (ампутация ниже локтя) и транстибиальные протезы (ампутация ниже колена) обычно стоят от 6000 до 8000 долларов США , тогда как трансфеморальные (ампутация выше колена) и трансгумеральные протезы (ампутация выше локтевого сустава) стоят примерно в два раза дороже в зависимости от диапазона. Стоимость составляет от 10 000 до 15 000 долларов США, а иногда может достигать 35 000 долларов США. Стоимость протеза часто повторяется, в то время как конечность обычно необходимо заменять каждые 3–4 года из-за износа в результате повседневного использования. Кроме того, если гнездо имеет проблемы с посадкой, его необходимо заменить в течение нескольких месяцев с момента появления боли. Если высота является проблемой, можно изменить такие компоненты, как пилоны.

Пациенту необходимо не только платить за множественные протезы конечностей, но также за физиотерапию и трудотерапию, которые сопровождаются адаптацией к жизни с протезом. В отличие от повторяющихся затрат на протезы конечностей, пациент обычно платит от 2000 до 5000 долларов за терапию в течение первого или двух лет жизни с ампутированной конечностью. Как только пациент станет сильным и будет чувствовать себя комфортно со своей новой конечностью, ему больше не придется ходить на терапию. Предполагается, что на протяжении всей жизни типичный человек с ампутированной конечностью пройдет лечение на сумму 1,4 миллиона долларов, включая операции, протезирование, а также терапию.

Бюджетный

См. также: 3D-печать

Недорогие протезы выше колена часто обеспечивают лишь базовую структурную поддержку с ограниченной функцией. Эта функция часто достигается с помощью грубых, несуставных, нестабильных или фиксируемых вручную коленных суставов. Ограниченное число организаций, таких как Международный комитет Красного Креста (МККК), создают устройства для развивающихся стран. Их устройство, производимое компанией CR Equipments, представляет собой одноосный полимерный протез коленного сустава с ручным управлением и блокировкой.

Стол. Перечень технологий коленного сустава на основе обзора литературы.

Название технологии (страна-производитель)	Краткое описание	Самый высокий уровень доказательство
Колено 4BSF (Таиланд)	Четырехбалочный станок со сгибанием колена в фазе опоры	Техническое развитие
Колено МККК (Швейцария)	Одноосный с ручной блокировкой	Независимое поле
Колено ATLAS (Великобритания)	Трение, активируемое весом	Независимое поле
Колено POF/OTRC (США)	Одноосный с доп. помогать	Поле
DAV/Сиэтлское колено (США)	Соответствующий полицентрический	Поле
Колено LIMBS International M1 (США)	Четырехбарный	Поле
Джайпур-Ни (Индия)	Четырехбарный	Поле
ЛККни (Канада)	Одноосный с автоматической блокировкой	Поле
Не предоставлено (Непал)	Одноосный	Поле
Не предоставлено (Новая Зеландия)	Одноосный, формованный методом ротационного формования	Поле
Не предоставлено (Индия)	Шестипланка с приседанием	Техническое развитие
Фрикционное колено (США)	Трение, активируемое весом	Техническое развитие
Колено Wedgelock (Австралия)	Трение, активируемое весом	Техническое развитие
Фрикционное колено SATHI (Индия)	Трение, активируемое весом	Доступны ограниченные данные

Недорогие протезы конечностей выше колена: ICRC Knee (слева) и LC Knee (справа)

План недорогого протеза ноги, разработанный Себастьяном Дюбуа, был представлен на Международной выставке дизайна и церемонии награждения 2007 года в Копенгагене, Дания, где он получил награду Index: Award . Он сможет создать протез ноги с возвратом энергии за 8 долларов США , состоящий в основном из стекловолокна .

До 1980-х годов протезы стоп лишь восстанавливали базовые возможности ходьбы. Эти ранние устройства можно охарактеризовать как простое искусственное крепление, соединяющее культю конечности с землей.

Появление стопы Сиэтла (Seattle Limb Systems) в 1981 году произвело революцию в этой области, выдвинув на передний план концепцию энергосберегающего протеза стопы (ESPF). Вскоре этому примеру последовали и другие компании, и вскоре на рынке появилось множество моделей протезов, аккумулирующих энергию. В каждой модели использовался какой-то вариант сжимаемого каблука. Пятка сжимается во время первоначального контакта с землей, сохраняя энергию, которая затем возвращается во время последней фазы контакта с землей, чтобы помочь продвинуть тело вперед.

С тех пор в индустрии протезирования стопы доминируют устойчивые небольшие улучшения в производительности, комфорте и конкурентоспособности.

С помощью 3D-принтеров можно производить одно изделие без необходимости использования металлических форм , что позволяет значительно снизить затраты.

Джайпурская стопа , протез конечности из Джайпура , Индия , стоит около 40 долларов США.

Роботизированный протез с открытым исходным кодом

См. также: Аппаратное обеспечение с открытым исходным кодом , Модульный дизайн , 3D-печать и Thingiverse.

«Рука героя» на тему «Звездных войн» от Open Bionics

В настоящее время существует открытый форум по протезированию, известный как « Проект открытого протезирования ». Группа нанимает сотрудников и волонтеров для продвижения технологий протезирования, одновременно пытаясь снизить стоимость этих необходимых устройств. Open Bionics — компания, занимающаяся разработкой роботизированных протезов рук с открытым исходным кодом. Они используют 3D-печать для производства устройств и недорогие 3D-сканеры для установки их на культю конкретного пациента. Использование 3D-печати в Open Bionics позволяет создавать более персонализированные проекты, такие как «Hero Arm», которая включает в себя любимые пользователем цвета, текстуры и даже эстетику, чтобы выглядеть как супергерои или персонажи из «Звездных войн», с целью снижения стоимости. Обзорное исследование широкого спектра печатных протезов рук показало, что, хотя технология 3D-печати обещает создание индивидуального дизайна протезов и дешевле, чем коммерческие протезы, доступные на рынке, но все же дороже, чем процессы массового производства, такие как литье под давлением. В том же исследовании также было обнаружено, что доказательства функциональности, долговечности и приемлемости 3D-печатных протезов рук по-прежнему отсутствуют.

Недорогое протезирование для детей

См. Также: оборудование с открытым исходным кодом и 3D-печать.

Протезы для подростка, талидомид , 1961–1965 гг. пережившего

По оценкам, в США 32 500 детей (<21 года) перенесли серьезную педиатрическую ампутацию, при этом ежегодно регистрируется 5 525 новых случаев, из которых 3 315 врожденных.

Карр и др. (1998) исследовали ампутации, вызванные наземными минами, в Афганистане, Боснии и Герцеговине, Камбодже и Мозамбике среди детей (<14 лет), показав оценки соответственно 4,7, 0,19, 1,11 и 0,67 на 1000 детей. Мохан (1986) указал, что в Индии насчитывается в общей сложности 424 000 человек с ампутированными конечностями (23 500 ежегодно), из которых у 10,3% инвалидность наступает в возрасте до 14 лет, что составляет в общей сложности около 43 700 детей с недостаточностью конечностей только в Индии.

Специально для детей было создано несколько недорогих решений. Примеры недорогих протезов включают в себя:

Шест и костыль

Этот ручной шест с кожаной опорной лентой или платформой для конечности — одно из самых простых и дешевых решений. Он хорошо служит краткосрочным решением, но склонен к быстрому образованию контрактур, если конечность не растягивается ежедневно с помощью серии подходов диапазона движений (RoM).

Конечности из бамбука, ПВХ или гипса

Это также довольно простое решение включает в себя гипсовую гильзу с бамбуковой или ПВХ-трубой внизу, при необходимости прикрепленную к протезу стопы. Это решение предотвращает контрактуры, поскольку колено полностью перемещается. Коллекция Дэвида Вернера, онлайн-база данных для помощи деревенским детям-инвалидам, содержит руководства по изготовлению этих решений.

Регулируемая велосипедная конечность

В этом решении используется подседельный штырь велосипеда, перевернутый в качестве стопы, что обеспечивает гибкость и возможность регулировки (длины). Это очень дешевое решение с использованием местных материалов.

Сати Лимб

Это эндоскелетная модульная нижняя конечность из Индии, в которой используются термопластичные детали. Его главными преимуществами являются небольшой вес и технологичность.

Монолимб

Монолимбы представляют собой немодульные протезы, и поэтому для их правильной установки требуется более опытный протезист, поскольку выравнивание практически невозможно изменить после изготовления. Однако их долговечность в среднем лучше, чем у недорогих модульных решений.

Перспективы культурной и социальной теории

Ряд теоретиков исследовали значение и последствия протезирования тела. Элизабет Гросс пишет: «Существа используют инструменты, украшения и приспособления для увеличения своих телесных возможностей. Неужели в их телах чего-то не хватает, что им нужно заменить искусственными или замещающими органами?... Или, наоборот, следует понимать протезы с точки зрения эстетическая реорганизация и распространение как следствие изобретательности, которая действует за пределами прагматических потребностей и, возможно, вопреки им?» Элейн Скарри утверждает, что каждый артефакт воссоздает и расширяет тело. Стулья дополняют скелет, инструменты дополняют руки, одежда дополняет кожу. По мнению Скарри, «мебель и дома не более и не менее внутренние для человеческого тела, чем пища, которую оно поглощает, и при этом они принципиально не отличаются от таких сложных протезов, как искусственные легкие, глаза и почки. Потребление искусственных вещей переворачивает тело изнутри». наружу, открывая ее объектов культуре » . Марк Вигли , профессор архитектуры, продолжает эту линию размышлений о том, как архитектура дополняет наши естественные возможности, и утверждает, что «все протезы вызывают размытие идентичности». Часть этой работы опирается на более раннюю характеристику Фрейдом отношения человека к объектам как отношения протяженности.

Негативные социальные последствия

Протезирование играет жизненно важную роль в том, как человек воспринимает себя и как его воспринимают другие люди. Способность скрывать такое использование позволила участникам предотвратить социальную стигматизацию, что, в свою очередь, способствовало их социальной интеграции и уменьшению эмоциональных проблем, связанных с такой инвалидностью. Людям, потерявшим конечность, сначала приходится иметь дело с эмоциональными последствиями потери этой конечности. Независимо от причин ампутации, будь то по травматическим причинам или вследствие болезни, существует эмоциональное потрясение. Она может иметь меньшую или большую амплитуду в зависимости от множества факторов, таких как возраст пациента, медицинская культура, медицинская причина и т. д. В результате ампутации отчеты участников исследования были полны драматизма. Первой эмоциональной реакцией на ампутацию было отчаяние, сильное чувство саморазрушения, нечто почти невыносимое. Эмоциональные факторы — лишь малая часть рассмотрения социальных последствий. Многие люди, потерявшие конечность, могут испытывать сильное беспокойство по поводу протезирования и своих конечностей. После операции в течение длительного периода времени опрошенные пациенты Национальной медицинской библиотеки отмечали появление и усиление тревожности. В их умы проникло множество негативных мыслей. Прогнозы на будущее были мрачными, отмеченными печалью, беспомощностью и даже отчаянием. Экзистенциальная неуверенность, отсутствие контроля и дальнейшие ожидаемые потери в жизни из-за ампутации были основными причинами тревоги и, как следствие, размышлений и бессонницы. Потеря ноги и получение протеза также могут повлиять на множество факторов, включая гнев и сожаление. Ампутация конечности связана не только с физической потерей и изменением образа тела, но также с резким разрывом чувства непрерывности. Для участников, получивших ампутацию в результате физической травмы, это событие часто воспринимается как правонарушение и может привести к разочарованию и гневу.

Этические проблемы

Существует также много этических проблем по поводу того, как изготавливаются протезы. В связи с экспериментами и клиническим использованием сенсорных протезов возникает широкий спектр этических проблем: эксперименты на животных; информированное согласие, например, у пациентов с синдромом запертости, который можно облегчить с помощью сенсорного протеза; нереалистичные ожидания участников исследования, тестирующих новые устройства. Как появляются протезы, и проверка удобства использования устройства является серьезной проблемой в медицинском мире. Хотя объявление о новом дизайне протеза дает много положительных моментов, то, как устройство попало туда, где оно находится, заставляет усомниться в этичности протезирования.

Дебаты

В сообществе протезистов также ведется много споров о том, следует ли им вообще носить протезы. Это вызвано тем, помогают ли протезы в повседневной жизни или усложняют ее. Многие люди приспособились к потере конечности, заставив ее работать на себя и не нуждаясь в протезе в своей жизни. Не все люди с ампутированными конечностями будут носить протез. В ходе национального опроса австралийских людей с ампутированными конечностями, проведенного в 2011 году организацией Limbs 4 Life, выяснилось, что 7 процентов людей с ампутированными конечностями не носят протезы, а в другом исследовании австралийских больниц это число было ближе к 20 процентам. Многие люди сообщают, что чувствуют дискомфорт в протезах и не хотят их носить, даже сообщая, что носить протез более обременительно, чем не иметь его вообще. Эти дебаты естественны среди специалистов по протезированию и помогают нам пролить свет на проблемы, с которыми они сталкиваются.

Известные пользователи протезов

• Генри Уильям Пэджет, 1-й маркиз Англси (1768–1854), ногу в битве при Ватерлоо. которому ампутировали
• Мари Моэнтманн (1900–74), ребенок, переживший промышленную аварию.
• Терри Фокс (1958–81), канадский спортсмен, гуманитарный деятель и по исследованию рака. активист
• Оскар Писториус (1986 г.р.), бывший профессиональный спринтер из Южной Африки
• Гарольд Рассел (1914–2002), ветеран Второй мировой войны, актер, лауреат премии Оскар.

См. также

• Искусственное сердце
• Бионика
• Капуанская нога
• Кибернетика
• Киборг
• Роботизированная рука
• Трансгуманизм
• Полная эмуляция мозга

Ссылки

Источники

• Мердок, Джордж; Уилсон, А. Беннетт-младший (1997). Учебник по ампутациям и искусственным конечностям . Соединенные Штаты Америки: Charles C Thomas Publisher, Ltd., стр. 3–31. ISBN  978-0-398-06801-1 .
• «Биомеханика бега: из-за неправильной модели движения возникают травмы». Бюллетень спортивных травм.
• Эдельштейн, Дж. Э. Протезы стоп. Уровень развития. Физиотерапия 68 (12) декабрь 1988 г.: 1874–1881.
• Гейли, Роберт. Биомеханика бега людей с ампутированными конечностями. Октябрь 2002 года.
• Хафнер Б.Дж.; Сандерс Дж. Э.; Чернецкий Ю.М.; Фергюсон Дж. (2002). «Транстибиальные протезы для хранения и возврата энергии: обзор энергетических концепций и предлагаемая номенклатура». Журнал реабилитационных исследований и разработок . 39 (1): 1–11. ПМИД   11926321 .

Внешние ссылки

• Афганские люди с ампутированными конечностями рассказывают свои истории на собрании в Техасе , Fayetteville Observer
• Могут ли современные протезы действительно помочь вернуть осязание? , Час новостей PBS
• Помощь Рику , Fayetteville Observer
• Что такое протез, протез конечности и его различные компоненты. Архивировано 18 июля 2022 г. на Wayback Machine.
• У меня один из самых совершенных протезов рук в мире – и я его ненавижу. Бритт Х. Янг.
• Систематический обзор рандомизированных контролируемых исследований по оценке эффективности протезно-ортопедических вмешательств.