1. Виды современных протезов рук
  2. Протезирование в России


До недавнего времени протезы прикреплялись к человеческому телу механически и не были связаны с нервной системой.

Они могли сгибаться в железных шарнирах, однако выполнение каждого движения владелец должен был регулировать вручную.

Целью ученых стала возможность управлять механическими конечностями с помощью силы мысли – так, как это происходит у обычных людей. Сделать это удалось, однако в первое время набор команд был ограниченным, поэтому мелкая моторика оставляла желать лучшего.

Сегодня специалисты в области робототехники обеспечили полную связь протезов с нервной системой их носителей.

В тот момент, когда человек без руки хочет пошевелить пальцем, мозг генерирует соответствующий сигнал, идущий по нервам к мышцам конечности. Импульс перехватывают специальные датчики, встроенные в протез, и не дают ему уйти «в пустоту». После анализа и обработки данных формируется команда управления роботизированной рукой.

Именно по этому пути шли и продолжают идти многочисленные научные группы, занимающиеся разработкой новейших функциональных протезов.



О том, какие виды протезов рук выпускаются сегодня и какими способами производители повышают надежность этих дорогостоящих устройств, читайте далее.


Виды современных протезов рук

Итак, протезы рук представляют собой искусственные заменители поврежденных или отсутствующих верхних конечностей. Сам термин «протез» произошло от греческого слова prosthesis, которое переводится как «присоединение, прикрепление».

Прототипы современных многофункциональных устройств появились еще до нашей эры. Древние полководцы, потерявшие руки в боях, имитировали их присутствие деревянными или металлическими конструкциями.


Прототип современного протеза руки

С развитием механики стали появляться более совершенные заменители конечностей, которые могли двигаться.

В 19 веке существовали рабочие и косметические протезы. Первые позволяли людям с ограниченными возможностями выполнять определенные профессиональные действия. Они представляли собой кожаные бандажи с арматурой для крепления нужного инструмента.


Косметические протезы того времени не только имели внешний вид руки, но и позволяли производить достаточно сложные действия (например, писать).


В настоящее время сфера протезирование развивается огромными темпами. Разработчики современных реабилитационных устройств используют последние достижения робототехники, лучшие конструкционные и сервисные материалы.


Для людей, утративших конечности вследствие несчастных случаев или болезней, установка протезов является важнейшим этапом социально-трудовой реабилитации.

Современный протез – не просто механическая замена утерянному органу, это уникальная часть тела, которая обеспечивает ему новые, невиданные ранее возможности.

В настоящее время наиболее распространены функциональные (активные) протезы. В отличие от косметических, выполняющих исключительно декоративную функцию, активные устройства позволяют их обладателям производить какие-либо действия.


По принципу работы функциональные протезы подразделяются на механические и бионические. Устройства могут иметь косметическую оболочку, имитирующую внешний вид руки, либо современный высокотехнологичный дизайн.



Активные механические протезы


Такие устройства не содержат какой-либо электроники и управляются усилиями различных отделов руки с помощью тяг. Благодаря простому принципу действия механические протезы могут устанавливаться с самого раннего возраста.

Сильная сторона тяговых устройств – возможность контролировать прилагаемую силу. Например, при выполнении хвата человек сам определяет степень сжатия предмета и скорость реакции. Когда искусственная конечность упирается в предмет и не может продолжать действия, ее обладатель чувствует сопротивление.


Тяговый протез руки


Активные тяговые протезы позволяют писать, зажигать спички, перемещать посильные грузы, плавать, играть в теннис и выполнять множество других операций.

Слабая сторона устройств этого типа – ограниченность силы хвата возможностями самого человека. Например, при недостаточном развитии лучезапястного или локтевого суставов управление тяговым протезом может быть затруднено.


Бионические протезы


Такие устройства являются самыми современными и многофункциональными заменителями верхних конечностей. Их также называют биоэлектрическими, или миотоническими.


Управление бионическим протезом осуществляется за счет сигналов, возникающих при сокращении мышц. Миодатчики, встроенные в культеприемную гильзу, улавливают их, а затем передают на микропроцессор кисти. Компьютерные алгоритмы преобразовывают информацию в двигательные команды – в результате протез выполняет определенный жест или хват.

В простые бионические аппараты встроены 2 мышечных датчика, которые регистрируют активность двух наиболее крупных мышц. С этим связаны некоторые неудобства при использовании таких протезов: иногда, чтобы выполнить одно движение, нужно отправить целый ряд повторяющихся команд. Только после этого происходит своеобразное переключение режимов.

Этого недостатка лишены высокотехнологичные бионические устройства. Встроенные банковские мини-таги, гибкие дисплеи, GSM-модули, различные режимы управления делают такие протезы больше похожими на мини-компьютеры.


Бионический протез руки


Последние модели бионических аппаратов дают человеку возможность чувствовать тепло и давление посредством датчиков, сигнал от которых поступает в кожу культи.

Устройства функционально-косметического типа практически не отличаются от естественных конечностей по цвету и фактуре. На косметическую оболочку наносят родинки, вены и линии ладоней, ногти для большей правдоподобности выполняют из акрила.



Косметические протезы

Косметические протезы предназначены для воссоздания внешнего (физического) вид руки. Такие устройства (особенно заменители кисти) часто изготавливают из силикона как наиболее мягкого, упругого и естественно выглядящего материала.

Косметические протезы устанавливаются, как правило, временно – на период изготовления уникальной функциональной модели, которая подбирается индивидуально в каждом случае протезирования.


Протезирование в России

На российском рынке практически не производятся бионические протезы рук, вернее, они слабо введены в коммерческое использование из-за дороговизны.

Разработки и испытания ведут несколько отечественных компаний, которые в скором будущем надеются запустить свою продукцию на мировой рынок.

Свои стартапы ведет компания «Моторика», известная внедрением в федеральную программу обеспечения инвалидов техническими средствами реабилитации тяговых протезов для детей.

«Моторика» работает над миоэлектрическим протезом кисти Stradivary, установка которого не требует хирургического вмешательства. Поверхностные миодатчики встраиваются в приемную гильзу и касаются определенных мест в зоне мышц. Улавливая потенциал при их сокращении, они передают сигнал на раскрытие или закрытие кисти.



Бионический протез кисти Stradivari


Основная проблема, с которой столкнулись специалисты «Моторики» при установке миоэлектрического протеза – слабо развитые мышцы предплечья. Тренировать их как раз помогают тяговые механические устройства, которые выпускает компания.

По мнению основателя «Моторики», существует два основных направления развития бионических протезов. Первое – это придание им чувствительности, то есть организация обратной связи, которая позволит владельцу устройства получать информацию о качествах объекта, к которому он прикасается.

Второе – вживление всех элементов, включая каркас и датчик. Даже самые современные протезы необходимо снимать на время сна или принятия ванны. После того, как разработчики добились соответствия протезов оригинальным конечностям по внешнему виду и функциям, осталось сделать их постоянной частью человеческого организма, не требующей дополнительного ухода.

Возврат к списку

Источник: vils.ru

Разновидности изделия

Современный рынок протезов полон различных механизмов, которые отличаются друг от друга по различным критериям. Чтобы восстановить простые и элементарные функциональные способности руки, нужно применить рабочую модель верхней конечности. Для преодоления сложных движений чаще всего используют активный функциональный протез. Подобные механизмы являются довольно сложными, а стоят дороже.

Эндопротезирование не занимает много времени. В ближайшее время после приобретения аппарата больной может почувствовать себя комфортно.


Эндопротезирование кисти руки

Для полной работоспособности протеза принято использовать структуры функционально-косметического вида. Эндопротезы являются наиболее современными и универсальным. Они схожи с настоящими конечностями и выполняют широкий спектр движений. Чаще всего подобный протез кисти руки используют, если человеку ампутировали конечность в области кисти.

Изделия могут отличаться по сроку службы. Так, изначально принято устанавливать временный или же госпитальный протез на период адаптации, пока готовится уникальная модель. Как только индивидуальный аппарат, который подготовили на смену, будет готов, больному поменяют его на постоянный. Однако стоит помнить, что даже постоянные протезы рук иногда ломаются и требуют ремонта.

Постоянными моделями принято пользоваться без перерывов, на ежедневной основе. Также современные протезы отличаются по своей функциональности, что зависит от части верхней конечности, на которую будет закреплено приспособление. Так, модель кисти руки и вариант предплечья будут различаться между собой, поэтому в их выборе должен помочь врач.


Виды протезов для рук

Существуют модели, которые крепят на такие части верхней конечности:

  • кисть;
  • предплечье;
  • плечо.

Все аппараты различаются между собой по цене. Она зависит от производителя, функций и материала.

Критерии выбора

Осуществить выбор протеза невозможно без участия специалиста. Больной должен вместе со своим ортопедом определиться с моделью. Врач обязательно участвует в выборе приспособления, так как он отлично знает о том, как работает и сколько стоит устройство. Цена у разных поставщиков различается. Протезы нового поколения значительно дороже примитивных вариантов.

Выбор изделия зависит от выраженности и объема удаленной верхней конечности, состояния культи или послеоперационного шва, вида и техники операции, сопутствующих патологий. Однако не всегда правильно выбранный протез будет удобным. Поэтому клиент может самостоятельно выбрать протез лишь по ценовой политике.

Стоит помнить, что чем приспособление сложнее, тем дороже его стоимость. При выборе рекомендуется отдать предпочтение брендовым, проверенным товарам. Их подлинность подтверждена рядом документов.


Виды механизмов

Тяговым (механическим) протезом управляют при помощи тяг, поэтому подобные приспособления полностью контролируются силой человека. Управление осуществляется с различных отделов руки. Тяговый протез будет работать как от плечевой, так и от локтевой или лучезапястной части верхней конечности. Механизм может работать от усилий фаланги пальца.

У этого приспособления есть свои плюсы и минусы. Аппарат полностью контролируется усилиями человека. Это сильная сторона такого механизма. Выполняя хват, больной самостоятельно может определить силу сжатия и скорость реакции. Также он отлично чувствует сопротивление, когда искусственная конечность упирается в какой-то предмет и не может продолжать действие. Подобные механизмы являются наиболее простыми в обслуживании, с ними разрешено плавать, а построены они по очень легкой, незамысловатой схеме.

Тяговый протез руки

К слабым сторонам можно отнести ограниченность силы захвата из-за силовых возможностей человека. Но все же было замечено, что при длительном пользовании больные совершали множество сложных движений. Они могли пользоваться протезом при:

  • написании текстов;
  • игре в теннис;
  • зажигании спичек;
  • перемещении груза.

Бионические модели

К бионическим или же биоэлектрическим вариантам принято относить приспособления, работающие от внешнего источника энергии. Функционирует протез руки от сигнала, который возникает при сократительной функции мышцы. Работают подобные модели по определенной схеме.

Действие бионического протеза

В конструкции есть культеприемная гильза, в которую вкручены специальные миодатчики. Они нужны для улавливания изменений электрических потенциалов. Информация из миодатчика поступает на деталь, которая расположена в области кисти. В результате биопротез выполняет нужный жест или движение.

В современных протезных аппаратах используются всего 2 мышечных датчика, которые регистрируют активность двух наиболее крупных мышц. Именно из-за этого подобный железный аппарат считается неудобным, однако его работа не осуществляется биохимическим путем. Чтобы выполнить движение нужно несколько раз задействовать биомеханический прибор.

Для выполнения даже простого жеста нужно отправить на бионический протез руки целый ряд однотипных, повторяющихся команд, после чего происходит своеобразное переключение режимов с помощью постоянного перебора. Такие бионические приборы отличаются коротким сроком службы и частыми поломками, поскольку у этих протезов сложное строение, а также малая гибкость. У человека в подчинении будет всего 2 сигнала протеза.

Управление протезом с помощью биотоков

Бионические протезы выпускают в виде простых изделий или же высокофункциональных, поэтому у больного всегда есть право выбора. К последним относят приспособления, которые позволяют делать такие движения, как захват, в то время как обычные могут захватывать лишь в щепоть. Стоимость бионического протеза — 1,5 млн рублей и больше.

Одним из представителей этой категории устройств является модель BeBionic компании RSLSteeper, которая находится на рынке более 90 лет. Его особенность заключается в возможности совершить 4 функциональных хвата, причем большой палец протеза является одновременно и рычагом переключения режимов.

Другим представителем бионических устройств является немецкая линейка Ottobock. Но такие протезы подойдут только при ампутации руки ниже локтя, а набор функций у них очень скромный.

Источник: OrtoCure.ru

Мария Медведева

Протезирование — замена утраченных или необратимо повреждённых частей тела искусственными заменителями — протезами. В русский язык слово пришло из французского prothese, в свою очередь произошедшее от греч. prosthesis — присоединение, прикрепление.

Первое упоминание о протезировании в истории — побег из плена грека Хегазистрата, жившего примерно за 500 лет до н. э. Посаженный на цепь, он был вынужден отпилить себе ногу, а затем попросить знакомого плотника сделать ему протез. Этот протез был как две капли воды похож на известные всем протезы-деревяшки довольно позднего времени. Римский писатель Плиний Старший (Plinius Major) упоминает о полководце, потерявшем руку во время Пунической войны (218—201 г. до н. э.). Ему была изготовлена железная рука, которой он мог держать щит. После развития механики, ближе к современности, стали появляться более совершенные типы протезов, хорошо имитирующие потерянную часть тела или даже способные двигаться за счёт встроенных механизмов.

Искусственные руки в XIX в. разделялись на «рабочие руки» и «руки косметические», или предметы роскоши. Для каменщика или чернорабочего ограничивались наложением на предплечье или плечо бандажа из кожаной гильзы с арматурой, к которой прикреплялся соответствующий профессии рабочего инструмент — клещи, кольцо, крючок и т. п. Косметические искусственные руки, смотря по занятиям, образу жизни, степени образования и другим условиям, бывали более или менее сложны. Искусственная рука могла иметь форму естественной, в изящной лайковой перчатке, способная производить тонкие работы; писать и даже тасовать карты (как известная рука генерала Давыдова). Если ампутация не достигла локтевого сустава, то при помощи искусственной руки возможно было возвратить функцию верхней конечности.
В настоящее время протезирование активно развивается, привлекая на помощь достижения науки и техники. 

Протезирование представляет собой важный этап процесса социально-трудовой реабилитации человека, утратившего конечности, или страдающего заболеваниями опорно-двигательного аппарата.

КЛАССИФИКАЦИЯ

По назначению все протезы можно разделить на 2 большие группы: косметические (выполняющие только пассивную декоративную функцию) и функциональные (активные протезы, которые позволяют человеку выполнять хват и управляются посредством различных механизмов). Последние могут быть заключены в косметическую оболочку, имитирующую внешний вид руки, либо иметь современный технологический дизайн.

Протезы верхних конечностей

По уровню ампутации протезы верхних конечностей делятся на следующие виды:

  • протезы пальца,
  • протезы кисти,
  • протезы предплечья,
  • протезы плеча,
  • протезы при вычленении плечевого сустава.

В зависимости от механизмов управления функциональные протезы делят на рабочие, тяговые (активные, механические) и миоэлектрические (биоэлектрические, бионические).

КОСМЕТИЧЕСКИЙ ПРОТЕЗ 

Косметические, или пассивные протезы, предназначены для воссоздания внешнего физического вида руки. Состоят из культеприёмника, каркаса кисти, косметической перчатки. 
На российском рынке средств реабилитации распространена продукция производства Реутовского экспериментального завода средств протезирования. В частности, косметические протезы кисти из силикона. Не до конца решена проблема загрязнения оболочки, что требует отдельного ухода за протезом и замены в течение полугода.
Среди мировых производителей выделяют французскую компанию SILAB. Оболочка колорируется в тон кожного покрова пациента, индивидуально и с мельчайшими подробностями: родинками, венками и т.д. — ногти в более дорогой версии изготавливают из акрила.

РАБОЧИЙ ПРОТЕЗ

Рабочий протез оснащен приемником рабочих насадок и позволяет использовать различные инструменты — молоток, ключ, ножницы, зубило, зажим для отверток и так далее. Существуют специальные насадки для бытовых работ — для столовых приборов, письма, утюга, для печати, рисования, для швейной машины. Насадки устанавливаются в гильзоприемник протеза.

ТЯГОВЫЙ ПРОТЕЗ 

Тяговые (механические, активные протезы) управляются с помощью тяг и полностью контролируются усилиями самого человека. Сильная сторона такого механизма — получение обратной связи и возможность контролировать усилие. То есть при выполнении хвата пользователь сам определяет силу сжатия, скорость и может почувствовать сопротивление, когда кисть упирается в предмет и не может продолжать сдавливание. Механизм прост в управлении, с ним можно плавать, и он легок в обслуживании. Слабая сторона — это ограниченность силы хвата возможностями самого человека. Если лучезапястный /локтевой сустав развиты слабо, то управление протезом будет затруднено. 
Существует несколько вариантов тягового управления — от движения плеча, локтя, лучезапястного сустава, проксимальной фаланги пальца.

В протезе системы Руденко кисть приводится в действие при помощи бандажа, закрепляемого на плечевом поясе, это наиболее распространенный в России вид функционального протеза.
У него существуют свои недостатки, связанные с неудобством и неестественностью в управлении. Тем не менее при длительной практике ношения, пользователи демонстрируют возможности манипуляции различными предметами — "можно писать, пользоваться ножом и вилкой, играть в теннис, зажигать спички и переносить груз тяжестью до 30 кг".

БИОНИЧЕСКИЙ ПРОТЕЗ

Биоэлектрические, или по-другому, бионические, миотонические, протезы — это протезы с внешним источником энергии (по классификации Минтруда РФ). Когда человек пытается пошевелить конечностью, нервный импульс вызывает изменение электрического биопотенциала мышцы, который улавливается специальным датчиком протеза, прикрепленного к культе конечности. Специальные датчики, встроенные в культеприемную гильзу, считывают эти сигналы с кожи. Эта информация передается на микропроцессор кисти, и в результате протез выполняет определенный жест или хват.
В настоящее время в доступных к покупке протезах используется всего 2 мио-датчика, регистрирующих активность двух крупнейших групп мышц. Этим обусловлено неудобство в использовании протеза. Для выбора жеста необходимо послать на протез несколько повторяющихся команд, происходит своеобразное переключение режимов с помощью перебора.
К слабым местам таких протезов относят их ненадежность (ремонт каждые полгода, связанный с использованием сложной электроники), малую гибкость в системе управления (по сути в распоряжении человека для манипулирования рукой оказываются всего 2 кнопки — 2 мио-датчика).
Стоимость таких протезов начинается с 1,5 млн рублей, в России их не производят.
Биоэлектрические протезы на сегодня являются самым высокотехничным средством протезирования верхних конечностей из доступных на рынке. Также не прекращаются исследования по управлению протезом с помощью нейронной активности (шапочки, улавливающие концентрацию внимания пользователя), то есть процесс управления полностью контролируется головным мозгом человека, причем пациент только управляет протезом, а за силовые функции отвечают приводные устройства за счет внешнего источника энергии. В Швейцарии ведутся эксперименты с вживлением в нервные окончания. 
Кроме того разработан браслет, снимающий данные мышечной активности по всей окружности руки, что позволяет более гибко управлять протезом, но в обычной жизни браслет пока мало применим в силу неудобства конструкции (для улавливания сигналов мышц браслет должен быть очень тугим) и сложности в унификации устройства (мышцы разных людей расположены и работают по-разному).

Последние модели таких протезов также дают возможность чувствовать тепло и давление посредством датчиков, сигнал от которых поступает в кожу культи.

ЭКЗОСКЕЛЕТ

С XX века создаются искусственные экзоскелеты для человека. Термин "экзоскелет" буквально означает "опорный каркас, находящийся вне тела" (в быту возможно увидеть у таракана, речного рака). Экзоскелеты позволяют расширить возможности человека, сделать его сильнее, быстрее, некоторые даже позволяют летать. Медицинские экзоскелеты позволят людям с ограниченными возможностями ходить, поднимать тяжести, вести практически полноценный образ жизни. Механизм экзоскелета будет не только поддерживать тело, но и брать на себя все нагрузки, выполняя необходимые действия. В настоящий момент проекты экзоскелетов разрабатываются в нескольких странах мира, в том числе и в России. Логичными сферами употребления экзоскелетов представляются военная, правоохранительная сферы, производства, медицина, протезирование, сферы, связанные с тяжелым физическим трудом.

КИБОРГ

Киборг (сокращение от англ. cybernetic organism — кибернетический организм) — в медицине — биологический организм, содержащий механические или электронные компоненты, машинно-человеческий гибрид (в научной фантастике, гипотетике и т. п.).

Концепция человека-машины присутствовала как образ в мифологии и творчестве во все времена, начиная с искусственного гиганта Талоса из греческих мифов и заканчивая Железным Гансом из одноименной сказки братьев Гримм. В англоязычной литературе основоположником научного представления человека с механическими компонентами считается Эдгар Аллан По — в своём рассказе «Человек, которого изрубили в куски» (1843) он описал пожилого офицера, получившего тяжелейшие ранения и увечья во время войны с индейцами и практически целиком (кроме тела, одной руки и головы) состоящего из протезов. Тема киборгов прослеживается в мировой литературе и кинематографе, до сих пор не теряя актуальности.

Теги: наука справка моторика протез робототехника

Источник: zen.yandex.ru



Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.