Бионический протез ноги

Бионический протез: устройство, установка, принцип работы. Бионические протезы конечностей

бионический протез ноги

Когда человек теряет конечность, то самая главная его мечта – снова ощутить руку или ногу. И не просто ощутить, а выполнять конечностью все движения, доступные до травмы или болезни: взять чашку, зашнуровать ботинки, идти с опорой на обе ноги. Вернуть утраченные возможности позволяет бионический протез, или сложное устройство, улавливающее нервные импульсы.

Как появились «умные» протезы?

Прототип «живых» протезов придумали и описали фантасты. Это в их произведениях на смену утраченным в сражениях рукам, ногам, глазам и сердцам приходили механические помощники, работающие лучше живых органов. Самый известный пример – Терминатор Камерона, взявший от человека только внешний облик.

Мало кто знает, что прообраз современных протезов относится еще к 19-му веку, когда в деревянную ногу вставляли металлический шар, чтобы сделать нижнюю часть подвижной. Но в 20-м веке эти примитивные устройства заменил бионический протез, созданный на стыке нескольких наук: медицины, инженерии, бионики и электроники.

Ученые разных стран оспаривают первенство в этом вопросе, но факты таковы, что первый действующий бионический протез руки был представлен на ортопедической выставке в немецком городе Лейпциге в 2010 году. За несколько лет, прошедших с этого события, в мире было разработано огромное количество протезов кистей, рук, стоп, ног и даже собачьих лап.

Что такое бионика?

Это целая наука, изучающая живую природу и возможность перенесения принципов работы живых существ в промышленные аналоги. Инженеры подсматривают идеи у природы и воплощают их в своих устройствах и сооружениях. В этом смысле бионические протезы – только капля в море. Так, известные всем застежки-липучки всего лишь копируют способ передвижения семян репейника.

Присоски заимствованы у пиявок. При конструировании подводных лодок взяли за образец дождевого червя – у него все «отсеки» автономные. Невероятно выносливый металлический ажур Останкинской и Эйфелевой башен – это многократно увеличенная копия трубчатой кости человека.

Переплетения металла, которые всех так восхищают – копия строения костной ткани, сочетающей прочность и гибкость.

Даже многоэтажный дом, в котором одновременно живут такие разные семьи, списан с пчелиных сот. Идея жизни разных людей в «ячейках» под одной крышей с общими коммуникациями копирует уклад жизни пчелиной семьи.

Бионические воплощения есть во многих предметах, окружающих нас: автомобильных шинах, самолетах, камерах наблюдения, водных судах и самых обычных шарнирных соединениях.

Как работает простейший бионический протез?

После травмы или в ходе болезни конечность ампутируют. Оставшаяся культя состоит из множества тканей: кожи, мышц, костей, сосудов и нервов. Хирург во время операции выводит сохранившийся двигательный нерв на остающуюся крупную мышцу. После заживления операционной раны нерв может передавать двигательный сигнал. Этот сигнал воспринимает датчик, установленный на протезе. В процессе восприятия нервного импульса участвует сложная компьютерная программа.

Поэтому бионический протез может выполнять только те действия, которые в этой программе прописаны: взять ложку, вилку или шарик, нажать клавишу и тому подобное. По сравнению с отсутствием конечности возможность даже ограниченного числа движения – огромный прогресс. Однако даже самые лучшие и совершенные бионические протезы пока не могут выполнить всех тех мелких и точных движений, на которые способна живая конечность.

Как проходит нервный импульс от мозга к протезу?

Чтобы понять, как работают бионические протезы, нужно вспомнить нормальную физиологию человека.

Движения, которые мы совершаем многократно в течение дня, называются автоматическими. Подъем, поход в туалет, умывание, чистка зубов, одевание – все это никаких мыслей у нас не вызывает. Тело делает все что нужно как бы само собой. Но на самом деле начало любого движения – мысль. То есть вначале мы думаем: нужно почистить зубы, сварить кофе, одеться. Мозг посылает сигналы тем мышцам, которые в данном движении задействованы.

Мышца может сокращаться или расслабляться только по сигналу мозга. Но процесс проходит настолько быстро и слаженно, что мы не успеваем осознать происходящее. В случае с протезом все сложнее: вначале сигнал о движении считывается электродом, расположенным рядом с выведенным на мышцу нервом, а затем отправляется на процессор внутри протеза.

Этот процесс тоже достаточно быстрый, но скорость совершения действий все равно уступает живой конечности.

Искусственные человеческие «запчасти»

С тех пор как был представлен первый бионический протез, наука ушла далеко вперед. Если первые модели были громоздкими, требовали переключателей и могли выполнять только самые простые движения, то современные образцы трудно назвать протезами. Это элегантные инженерные изделия, словно сошедшие с экрана футуристических фильмов.

Протез абсолютно похож на здоровую руку, им можно писать, держать столовые приборы, руль автомобиля или куриное яйцо. Для совершенства движений иногда используются собственные ткани человека с других участков тела – с ног, например.

Идеи из будущего

Инженеры и ученые в своих фантазиях неудержимы. Так, ученые даже смогли «обойти» поврежденную сетчатку глаза, транслируя изображение окружающего прямиком на зрительный нерв. Человек, ослепший вследствие травмы, при сохранности зрительного нерва может рассчитывать на то, что снова увидит родные лица или прекрасный рассвет.

Уже появились устройства, улучшающие работу мозга. Так, с дрожательным параличом или болезнью Паркинсона можно справиться при помощи вживленного электрода.

Людям, ставшими неподвижными вследствие паралича, вживляют электроды прямо в мозг, чтобы они могли управлять искусственными руками и ногами. Для человека, полностью зависящего от окружающих, возможность самообслуживания – несказанная радость.

Обсуждается вопрос о вживляемых под кожу чипах, способных заменить ключи, банковскую карточку и удостоверение личности одновременно.

А что у нас?

Наиболее известное предприятие, выпускающее бионические протезы в России, – это Московский протезно-реабилитационный центр. Здесь собирают протезы из модулей, используется продукция Германии, Исландии и России.

Протез каждого человека имеет индивидуальные особенности. Это и уровень ампутации, и вес, и рост, и род занятий, особенности походки и мелких движений, возраст. Используется много самообучающихся модулей. Приспосабливается не только человек к протезу, но и протез к человеку.

Самообучающийся модуль, оснащенный встроенным искусственным интеллектом, запоминает особенности походки и маршрута движения. Модуль «учит» не только ширину шага и нагрузку на конечность, но и запоминает количество и высоту ступеней, выбоин и ямок на пути.

Модули копируют действия мозга, подготавливающего шаг или другое движение.

Сколько стоит «живой» протез?

Стоимость бионического протезирования пока высока и может достигать в сложных случаях миллионов рублей. Однако возврат к полноценной жизни трудно оценить в материальном исчислении. По сути, установка бионических протезов – единственная возможность для инвалида вернуться к нормальной жизни: строить и осуществлять планы, содержать семью, добиваться карьерных вершин.

Самое главное – это вернуться в сообщество здоровых, надеющихся на себя людей. Люди с «живыми» протезами продолжают вести привычный образ жизни, танцуют и даже получают спортивные награды. То есть протез становится частью человека настолько, что трудно отличить действия живых мышц от их бионических аналогов.

Протезирование: этапы развития

По сравнению с обычным бионический протез кисти – настоящий прорыв. Совсем недавно человек, потерявший кисть, мог рассчитывать только на две возможности: между локтевой и лучевой костью формировался кожный лоскут, чтобы человек мог захватывать крупные предметы, или к культе присоединялся крюк. И то, и другое было неудобно и малоэстетично. Сегодня даже формирование культи под будущий протез начинается еще в операционной.

С первых дней послеоперационного периода с пострадавшим работает протезист, помогая подобрать наилучшее сочетание деталей. Культю формируют и тренируют, а части будущего протеза максимально приспосабливают к оставшимся возможностям. С кожей соприкасается нежная манжета из силикона со встроенными чипами. Потертостей от современных протезов не бывает. Программа для каждого изделия разрабатывается индивидуально, в зависимости от того, чем человек занимается.

Задача – максимальное восстановление функции.

Помощь инвалидам

Человек, утративший конечность, в обязательном порядке проходит медико-социальную экспертизу. Одновременно с установлением группы инвалидности для каждого разрабатывается программа социальной реабилитации. Реабилитация предполагает использование в первую очередь технических средств, способствующих возвращению человека к труду.

Все бионические протезы конечностей входят в обязательный перечень таких технических средств. У человека есть выбор: в рамках программы реабилитации получить готовое изделие или приобрести его самостоятельно с последующим получением денежной компенсации. Размер компенсации рассчитывается по средней стоимости аналогичных протезных изделий.

Над чем трудятся разработчики?

Современные бионические протезы рук отлично выполняют тонкие движения, но человек не получает от них тех ощущений, к которым привык. Так, протезом можно погладить человека по волосам, но нельзя ощутить тепло кожи головы и мягкость волос. Устранением именно этого недостатка занимаются сейчас ученые.

Специалисты уже научились сращивать кости с титаном, а датчики движений и чувств соединять непосредственно с живым нервом. Так, бионическая рука полностью заменяет живую, и человек получает тактильные ощущения, которых был лишен много лет.

Непосредственное соединение нервов и мышц с техническим приспособлением намного увеличивает скорость движений, приближая ее к природной.

Из каких частей состоит бионическая нога?

Современный бионический протез ноги включает несколько обязательных элементов, таких как:

  • силиконовая манжета со встроенными датчиками;
  • опора – титановый стержень, формой напоминающий голень;
  • шарнирный модуль с микродвижками и процессором;
  • блок искусственного интеллекта, обрабатывающий все поступающие сигналы.

Последние модели протезов ведущих немецких компаний имеют особое покрытие, очень похожее на кожу. Синтетическая кожа имеет двойное назначение: защищает детали протеза от влаги и выполняет косметическую функцию. Протез с покрытием можно не снимать, принимать с ним душ и ходить по лужам.

Немного фантазии

Сегодня живут на одной с нами планете несколько человек, имеющих 2 и даже 3 бионических протеза одновременно. Изобретена синтетическая кожа, меняющая жесткость. Придуманы экзоскелеты, помогающие ходить парализованным людям. Разрабатываются изделия, управляемые силой мысли.

Проводятся эксперименты по выращиванию нервов в микроканалах. Теоретически недалек тот день, когда можно будет вырастить нерв нужной длины. Ученые пытаются стереть грань между живой природой и техническим устройством.

Количество движений, совершаемых бионическими протезами, постоянно увеличивается, возрастает и их сложность.

Все это дает большие надежды на то, что человек станет сильнее болезни.

Протезирование конечностей становится рутинной процедурой, возвращающей человека в привычное русло. Возможно, наступит тот день, когда любую часть человеческого тела можно будет заменить искусственной. По крайней мере, очень хочется в это верить.

Источник: https://FB.ru/article/196231/bionicheskiy-protez-ustroystvo-ustanovka-printsip-rabotyi-bionicheskie-protezyi-konechnostey

Бионический протез ноги

бионический протез ноги

«Звёздные войны» незабываемая эпопея галактического путешествия, большинство сцен первых трех фильмов сразу вошли в историю мирового кинематографа. Одна из таких — момент, когда Люка Скайуокера оснащают высокотехнологическим протезом руки, потерянной в ходе поединка с Дартом Вейдером.

Искусственная рука работает и выглядит, как настоящая к тому же, вероятно, передаёт тактильные ощущения. Практически является совершенным «бионическим», как принято называть сегодня такие вещи, протезом.

Однако земным ученым до тех технологий, которые использовались когда-то давно, в далёкой галактике, ещё работать и работать.

Название «бионический» произошло от слова «бионика», т.е. прикладное направление науки, изучающая использование в технических устройствах, а также в системах принципов организации, функций, структур и свойств живой природы. Бионика неразрывна и параллельна множествам наук, например, биология, химия, кибернетика, физика, электроника, связь, навигация, морское дело и др.

Одним из самых важных направлений исследования, связанной с бионикой, являются бионические протезы и импланты. особенность таких протезов заключается в их возможности воспроизводить функции утраченных конечностей и недостающих органов. Ниже приведены примеры относительных успехов из данной области.

Бионические протезы рук

В отличие от искусственных ног создание рук, выполняющих те же функции, что и природные, — чрезвычайно сложная задача. Трудно воспроизвести не только деликатные движения кисти, пальцев, но и способность осязания.

На кончиках пальцев у человека расположены осязательные органы, самые чувствительные нервные окончания (недаром в средние века одной из пыток было срывание ногтей).

Поэтому нет ничего удивительного в том, что к настоящему времени на сто процентов успешного проекта бионической руки не осуществлено. Однако есть интересные попытки.

Touch Bionics – компания, занимающаяся разработкой активных протезов i-LIMB, это проект в 2007 году стал коммерческим. Производимые компанией протезы являются миоэлектрическими устройствами, что означает «считывающие» биоэлектрические потенциалы, образующиеся в результате сокращения мышц на уцелевшей области конечности. i-Limb разработан таким образом, что на каждое сокращение разных мышц, он реагирует, осуществляя отдельные движения.

Пациент, обладающий данным протезом, может брать и удерживать любые предметы; серия i-LIMB Ultra делает возможным движение пальцев по отдельности; работа протеза основана на управляемом программном обеспечении, куда записан целый ряд стандартных движений и захватов, кроме того можно регулировать силу сжатия, что является просто незаменимым в определенных ситуациях.

Если i-LIMB находится в течение некоторого времени без действия, то протез возвращается в исходное положение. Изначально i-LIMB Pro разрабатывался для ветеранов боевых действий, которые утратили в бою свои конечности. Важно отметить, что эта разработка никак не связана с нервной системой человека.

Иными словами, можно научиться им пользоваться, но невозможно научить сам протез выполнять действия, не заложенные программой. Bebionic3 — аналогичная модель i-LIMB является проектом миоэлектрической бионической руки. В число функций входит 14 разных положений и захватов, выполнение разных действия, например, использование компьютерной мыши и нажатие на курок водного пистолета.

Не смотря на возможности i-Limb и Bebionic3 и дизайн, протез не может стать полноценной заменой настоящих рук, до этого еще далеко.

Ближе к настоящему предвещает стать проект ученых Технического университета Чалмерса.

Сотрудники университета в конце прошлого года сообщили о том, что им удалось создать протез, работающий частично методом миоэлектрики и частично с помощью нервной системы: поступающие из мозга биоэлектрические сигналы перехватываются имплантируемыми электродами, которые затем пересылают полученное во встроенный компьютер. Система декодирует их в команды управления моторами. Обладатель может управлять как всеми пальцами сразу, так и по отдельности.

Разработчики уверяют, что их творение, по уровню интуитивности управления превосходит имеющихся на рынке активных протезов. Естественно, высшим пилотажем будут, искусственные руки, управление которых будет зависеть исключительно от нервных сигналов.

Наряду с учеными из университета Чалмерса американский медицинский журнал Lancet опубликовал материал нейробиолога Эндрю Швартца. Парализованная 53-летняя женщина, в результате тяжелого нейродегенеративного заболевания не может двигать телом, начиная с шеи.

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Мазь от грыжи позвоночника

В ее мозг вживили крошечные электроды, благодаря которым теперь она может в полной мере управлять искусственной рукой. Теперь речь идёт уже о протезе, который управляется непосредственно мозгом.

Как поясняет сам Швартц, разработанная им система «воспроизводит двигательные намерения обладателя».

Финансирование ученый получил от агентства передовых оборонных исследований при DARPA.

Уже сегодня можно увидеть публикации нового прототипа бионического протеза, который передает в мозг тактильные сигналы, через специальные сенсоры, расположенные на кончиках искусственных пальцев, ладоней и запястья.

В результате человек в буквальном смысле может чувствовать расположение протеза и то, что он сжимает. Это примитивные ощущения, но все же первый шаг к реальным. Кроме того, протез имплантируется с помощью материала, который можно носить не дольше месяца.

Бионические ноги

Не смотря на то, что протез ноги не требует большого функционала, как руки, однако создать бионическое устройство, которое обладатель практически не будет чувствовать сложно. Сделать его по ощущениям как натуральный до сих пор никому не удалось. А ведь здесь также работы ведутся довольно активно.

На протяжении нескольких лет изучением разработок бионических протезов нижних конечностей занимается Университет Вандербильта. Их основной упор сосредоточен на создании коленного двигателя и двигателя около ступни. Первым носителем их устройства студент Крейг Хатто 23 лет. Несколько лет назад после нападения акулы он лишился ноги.

Исходя из видеоматериалов, он может вполне хорошо ходить и по ровным поверхностям, и по наклонным, а снаружи только небольшая хромота заметна.

Искусственная нога это автономное устройство, которое оснащено достаточно мощным компьютером и не менее мощным программным обеспечением. Протез самостоятельно реагирует на каждое малейшее изменение. Также известно, что Хатто с этой ногой прошел расстояние до 14 км.

Еще одним творением Университета Вандербилта, только на этот раз вместе с Реабилитационным институтом Чикаго, была нога инвалида Зака Воутера, который смог подняться на 103 этажную высотку Виллиса в Чикаго. Данный протез сходится с нервными волокнами ноги, поэтому, грубо говоря, управляется «силой мысли».

Кроме перечисленных есть еще множество других достойных разработок, причём не только протезов. К примеру, «бионическая нога» Tibion, которая практически является экзоскелетом для ног. Она рассчитана на пожилых людей с парализованными конечностями, к примеру, в результате инсульта.

Искусственное сердце

Затрагивая тему бионических протезов, нельзя обойти стороной искусственное сердце. Проекты этого направления ведутся в течение уже более полувека, первые эксперименты проводились в начале 1950 года. А первая успешная имплантация сердца была проведена в 1982 году: результат работы Роберта Ярвикова – устройство Jarvik-7, было встроено двум пациентам. Первый смог прожить после имплантации 112 дней, второй — до 620 дней.

В ходе множества попыток полностью заменить настоящее сердце, разработчикам удалось создать устройства, которые предназначены на временную замену до получения донорского. К числу таких «сердцезаменителей» относятся Phoenix-7, SynCardia, AbioCor.

На сегодня управлением по контролю за лекарствами и продуктами (США) одобрено только два устройства искусственного сердца: первая в 2004 году — SynCardia temporary Total Artificial ( в результате 10 лет испытаний), вторая в 2006 году – AbioCor Replacement Heart.

К сожалению, первый опыт вживления AbioCor в 2009 году трагично закончилась. Пациент скончался через два месяца. После этого разработчик AbioCor прекратил производство искусственного сердца. Поэтому SynCardia, сейчас является лидером в данной области.

У искусственного сердца наблюдаются две неприятности.

Часто организм отказывается принимать имплантируемое устройство и начинает активно его отторгать, также у пациентов, перенесших операцию по протезированию клапанных механизмов органа, наблюдается, как психологи его назвали, кардиопротезный психопатологический синдром.

Он заключается в фиксации внимания пациента на работе имплантированного клапана, так как его работа сопровождается характерными звуковыми явлениями. Если представить, что внутри вас действует инородное тело и производит непонятный шум, то чувства этих пациентов сразу станут понятны

Слуховые аппараты

В ряд бионических протезов также можно отнести и кохлеарные имплантаты, которые представляют собой медицинские устройства, включающие микрофон, звуковой процессор, а также передатчик, устанавливаемые снаружи, как на волосах, так и на коже больного, в состав устройства входит и приёмник, который имплантируется подкожно. Посредством хирургического вмешательства цепочки электродов вводятся внутрь слуховой улитки.

Основное предназначение кохлеарного имплантата состоит в стимуляции расположенного в улитке волокон слухового нерва посредством электрических импульсов. Аппараты выписываются людей с тяжёлым случаем потери слуха сенсоневральной этиологии. Импланты данного типа — это не ноу-хау. Методики стимуляции слухового нерва берут начало в 1950 годах, к началу 1951 относится первая попытка создания слухового устройства, которое предназначалось для использования в клинических условиях.

Первое «бионическое ухо», т.е. мультиэлектродный имплантат, пытались создать в 1978 году. Проект разрабатывался в Университете Мельбурна. В результате эксперимента разработчикам удалось реализовать коммерческий продукт, который ближе к 20 столетию частично вернул слух сотне тысячам больных всех возрастов (среди пациентов были и 6-месячные дети) со всего мира. Слуховой аппарат доступен среднему покупателю, вместе со всем процессом лечения обходился в 45-125 тысяч.

Устройства, впрочем, очень недёшевы: 45-125 тысяч за весь процесс лечения.

Искусственные глаза

Принцип работы Argus II заключается в следующем: специальная антенна, устанавливается на глазное яблоко (или около) и на специальные очки, которые оснащёны камерой и соединены с переносным компьютером. Сигнал поступает с камеры в компьютер, где проходит дальнейшую обработку, после чего переводится на приёмник и преобразуется в команду вживлённым электродам приступить к стимуляции уцелевших клеток сетчатки глаза, а также зрительного нерва.

Устройство содержит 60 электродов, что довольно не много, однако пациенты начинают различать формы предметов и читать буквы больших размеров. Не говоря о способности ориентироваться в пространстве, учитывая, что она сама по себе очень ценна. Сегодня существует множество компаний и научных учреждений, занимающихся разработкой аналогов данной системы, только с большим числом электродов, с помощью которых удастся слепым людям вернуть частично зрение.

Так еще одним имплантом стал Bio-Retina – это сенсор, разрешение которого 24х24 пиксель (в общем 576 пик.), его помещают на не функционирующую сетчатку и подключают напрямую к глазному нерву. Имплант переводит все данные от каждого пикселя в электрические импульсы так, что мозг смог вычленить оттенки серого цвета на получаемых изображениях.

Bio-Retina получает питание через специальные очки, которые проецировать на сенсор инфракрасное излучение. Устройство работает за счет получения трех милливатта энергии, вырабатываемых маленькой солнечной батареей. Этот проект новый и пока нет ни одного человека с имплантируемым Bio-Retina, однако первые пациенты намечаются уже в этом году.

Теперь ясно, что бионическое протезирование является процветающей быстроразвивающейся областью науки, к тому же в какой-то мере коммерциализованной. Не смотря на это, все бионические устройства, и могут имитировать работу «живых» органов, но не в силах заменить настоящие. И вряд это станет возможным в ближайшие десятилетия, так как слишком сложно устроен организм человека и слишком многое остается не разгаданным и непонятным.

Источник: https://glazastik.net/kak-lechit/bionicheskij-protez-nogi.html

В первых трёх фильмах эпопеи “Звёздные войны” есть множество кадров и целых сцен, сразу же вошедших в историю мирового кинематографа. Одна из таких – момент, когда Люка Скайуокера оснащают высокотехнологическим протезом руки, потерянной в ходе поединка с Дартом Вейдером.

Кадр из фильма “Звёздные войны. Эпизод V: Империя наносит ответный удар”

Протез выглядит и функционирует неотличимо от натуральной руки и даже, похоже, передаёт тактильные ощущения. То есть является почти совершенным “бионическим”, как сегодня принято называть подобные вещи, протезом. К сожалению, земной науке до тех технологий, которые применялись давным-давно, в далёкой галактике, ещё идти и идти.

Термин “бионический” происходит от названия “бионика”: так именуется прикладное направление науки о применении в технических устройствах и системах принципов организации, свойств, функций и структур живой природы, то есть формы живого в природе и их промышленные аналоги. Бионика тесно (и даже неразрывно) связана с целым рядом других наук – биологией, физикой, химией, кибернетикой, а заодно с электроникой, навигацией, связью, морским делом и так далее.

Бионические протезы и импланты – лишь одно из направлений, в котором ведутся исследования, связанные с бионикой; и одно из самых важных. Основная особенность бионических протезов – это их способность брать на себя функции утраченных органов и конечностей.

Давайте посмотрим на примеры хотя бы относительных успехов в этой области.

Бионические руки

Создание искусственных рук, которые могли бы заменить людям их природные, – задача чрезвычайной сложности. Во-первых, из-за того, насколько деликатным является это “устройство”, сколько тончайших движений оно способно совершать. Это уж не говоря о том, что на кончиках пальцев у человека располагаются главные осязательные органы, имитировать которые – особо сложная задача.

Неудивительно, что к настоящему времени ни одного стопроцентно успешного проекта по созданию бионической руки не существует.

Но есть интересные.

i-LIMB – проект активных протезов компании Touch Bionics, ставший коммерческим в 2007 году. Эти протезы являются миоэлектрическими устройствами, “считывающими” биоэлектрические потенциалы, возникающие при сокращении мышц на уцелевшей части руки. i-Limb по-разному реагирует на сокращения разных мышц, осуществляя разные движения.

С помощью этого протеза можно брать и удерживать разные предметы; версия i-LIMB Ultra позволяет двигать пальцами по отдельности; в управляющее программное обеспечение (да-да, без него никак) вписан целый ряд стандартных жестов и захватов, а силу сжатия можно регулировать, что значительно помогает в некоторых ситуациях.

После непродолжительного периода отсутствия активности i-LIMB возвращается в исходное – “естественное” – положение.

i-LIMB Pro в основном рассчитан на ветеранов боевых действий, утративших в бою конечности. Необходимо отметить, что в данном случае о соединении протеза с нервами речи не идёт. Можно научиться ею пользоваться, но нельзя научить сам протез делать что-то, что не прописано в его программе.

Bebionic3 – аналогичный i-LIMB проект миоэлектрической бионической руки. 14 разных захватов и положений руки, возможность выполнять разные действия – в том числе использовать компьютерную мышь и нажимать на курок цветочного обрызгивателя.

И i-Limb, и Bebionic3 могут выглядеть достаточно натурально, однако опять же до полноценной замены рукам им очень далеко.

Куда ближе к успеху, например, проект Технического университета Чалмерса; его сотрудники в конце прошлого года объявили, что им удалось создать протез, который управляется частично тем же миоэлектрическим методом, а частично – нервной системой: имплантируемые электроды перехватывают биоэлектрические сигналы, поступающие по нервам из мозга, и встроенный в протез компьютер декодирует их в команды для управляющих моторов. Протез позволяет двигать как всеми пальцами сразу, так и каждым по отдельности.

Уровень интуитивности управления протезом, как уверяют разработчики, значительно превосходит другие активные протезы, представленные на рынке.

Ну а высший пилотаж – это, конечно, искусственные руки, управляемые исключительно нервными сигналами.

Опять же в конце декабря в американском медицинском журнале Lancet был опубликован материал о разработке нейробиолога Эндрю Швартца из Университета Питтсбурга: 53-летней женщине, парализованной от шеи и ниже в результате тяжёлого нейродегенеративного заболевания, вживили в мозг крошечные электроды, с помощью которых она смогла управлять полностью искусственной рукой. В данном случае речь идёт именно о протезе, управляемом непосредственно мозгом. По словам Швартца, его система “декодирует двигательные намерения пациента”.

Интересно, что проект финансировало Агентство передовых оборонных исследований при Минобороны США – DARPA.

И вот почти уже на днях появились публикации о новом прототипе бионического протеза, передающем в мозг в том числе и тактильные сигналы, – благодаря специальным сенсорам, расположенным на пальцах, в ладони, на запястье. Таким образом, человек в буквальном смысле чувствует, где располагается протез и что он сжимает.

Естественно, до реальных ощущений тут ещё далеко. Более того, использование протеза требует специального импланта, который нельзя носить дольше месяца. Прототип есть прототип.

Бионические протезы: история, принцип работы, современные модели

бионический протез ноги

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

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

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

История развития бионических протезов

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

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

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

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

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

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

Модели, получившие распространение в Викторианской Британии 18-19 столетия, также являлись сугубо механическими устройствами и приводились в действие с помощью жестких тяг или гибких тросиков. Однако степеней свободы у них становится больше за счет увеличения количества суставов.

В ладонях некоторых моделей того времени имеется отверстие, в которое вставляются различные функциональные насадки, например небольшой крюк для ношения сумок. Протезы становятся не только функциональными, но и эстетичными – их форма приближена к очертаниям настоящих конечностей, а сами изделия в некоторых случаях украшались чеканкой, резьбой и гравировкой.

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

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

ЭТО ИНТЕРЕСНО:  Мазь дикуля для позвоночника

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

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

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

Бионическое протезирование сегодня

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

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

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

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

Нейрофизиологический принцип работы бионического протеза позволяет существенно упростить управление им, а также хотя бы частично вернуть пациенту ощущение обладания полноценной конечностью. Большинство имеющихся на рынке моделей обеспечивают выполнение достаточно широкого набора действий – держать посуду и столовые приборы, писать, печатать на клавиатуре, завязывать шнурки, подниматься по лестнице и даже заниматься спортом (бегом, ездой на лыжах).

Сложно сказать, когда и кем был изготовлен первый бионический протез, однако серийно такие устройства впервые стала выпускать британская компания TouchBionics в 2007 году. Сегодня на рынке представлено несколько производителей функциональных искусственных конечностей, среди которых также стоит отметить RSL Steeper (Великобритания), Ottobock (Германия), Osseur (Исландия).

Продукция этих компаний достаточно широко используется в медицине для помощи инвалидам, однако из-за небольшого спроса и малой конкуренции даже простой бионический протез стоит порядка 25 000 долларов (без учета установки и последующей реабилитации). Для решения этой проблемы в некоторых странах существуют программы поддержки, финансируемые за государственный счет.

В России бионические протезы практически не производятся – среди немногих примеров отечественных серийных разработок можно указать модель «Страдивари», выпускаемую компанией Motorica.

Отдельно стоит рассказать о бионических протезах глаз, первые модели которых появляются уже сегодня и используются для помощи людям с дистрофией сетчатки. Имеющиеся на данный момент устройства (например, Argus II от компании Second Sight) представляют собой массив электродов, вживляемый в сетчатку и подключаемый к внешней камере, установленной на очках.

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

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

Будущее бионического протезирования

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Источник: https://robo-sapiens.ru/stati/bionicheskie-protezyi/

Краткий обзор получения Бионического протеза за счёт государства

бионический протез ноги

Наверняка, вы вряд ли слышали о том, что такое бионическое протезирование, а если и слышали, не факт, что знаете об этом явлении.

Бионическое протезирование – это относительно новый, но далеко идущий технологический прорыв в сфере медицины. Данный вид протезирования кардинально отличается от обычного протезирования тем, что позволяет пациентам вернуться к нормальной привычной жизни, с конечностью, которая будет служить верой и правдой, как и натуральная.

С появлением таких инноваций люди с отсутствующей конечностью больше не будут чувствовать себя изгоями общества. Правда, не стоит особо обольщаться, поскольку такое протезирование стоит немалых денег. И это не зависит от правительства или страны проживания – так обстоят дела во всех странах. С удешевлением производства получить высокотехнологичную руку станет проще и дешевле, но пока это остаётся дорогим удовольствием.

Что же делать простому человеку в данной ситуации? Доступный протез руки разрабатывает команда наших земляков и их коллеги из стран СНГ. Альтернативой может послужить механический аналог протеза руки.

Во сколько обойдётся протезирование?

К концу 2016 года протез предплечья с кистью Bebionic 3 обходился российскому жителю в пределах 1,8 – 2 миллиона рублей, что, согласитесь, весьма немало. Протез плеча гораздо труднее изготовить, потому и цена на него выше – стоимость локтевого сустава 200-300 тыс. рублей. Собственно, чем прогрессивнее и сложнее протез, тем выше его итоговая стоимость (яркий пример – протезы Michelangelo hand и I-limb Quantum).

Но не нужно расстраиваться. Двумя годами ранее кисть Myofacil (более дешёвый вариант) имела стоимость 750 тыс. рублей. Однако не вариант, что цена со временем могла повыситься до миллиона рублей. Но не думайте, что протез – это всего лишь механизм, который можно одеть.

Сюда входит сама разработка протеза (формирование культеприемной гильзы), зарядка для протеза, аккумулятор про запас, перчатка, которая скроет факт «искусственности» руки (срок службы – 6 месяцев) и гарантия обслуживания на 2 года. К протезу Myofacil также даётся средство для ухода за ним.

К Bebionic 3 прилагается Bluetooth-адаптер и компакт-диск с программами по настройке протеза.

Люди, которые не могут позволить себе покупку протеза, также могут получить его за государственный счёт. Еще есть варианты через фонды благотворительности и краудфандинговые площадки. Можно попытать счастья и попросить помощи у фондов.

Но может случиться и так, гарантия на протез истечёт, протез придёт в негодность и вам снова придется искать деньги на другой протез. Если с вами уже случилась такая беда — для таких случаев у «Моторики» есть специалисты. Они готовы возвращать работоспособность вашего протеза так долго, сколько это будет возможно.

Протез со временем придётся менять, но пока нет денег на покупку нового, ремонт – самый благоприятный вариант в данной ситуации.

Сделать протез руки можно через Фонд социального страхования. Но были случаи, когда полученные протезы просто оказывались не нужны своим хозяевам. Такие люди приспособились обходиться без них или же не захотели обучаться управлению протезом. Крайне советуем решить для себя, будете ли вы использовать протез в своей жизни или нет. Хотелось чтобы драгоценный механизм не пролежал без дела и помог либо вам, либо кому-то ещё.

Получение протеза за государственный счёт

Тяговый протез руки

По закону РФ, любой гражданин имеет право получить техническое средство реабилитации (ТСР) за государственный счёт. Люди платят налоги, а посему имеют право получать поддержку со стороны государства, когда это необходимо. Протез за счёт государства вы можете приобрести двумя способами:

  1. Купить протез, а потом получать денежную компенсацию за него.

Нюанс данного способа в том, что вы можете получить сумму, недостаточную для покупки нового протеза. Всё зависит от того, какая модель протеза победила в конкурсе. Зачастую побеждает не самая лучшая модель протеза, отсюда и малая компенсация. В той же Воронежской области за бионический протез давали всего 150 тыс. рублей.

  1. Получить его через госзакупки

Получить хороший протез от государства – дело весьма долгое и непростое. Вспомним те же очереди, бумажную волокиту, задержки и прочее. Даже если вы в итоге получите протез —  не факт, что он будет той модели, которую вы хотели. В крупных городах всё обстоит проще, чем в отдалённых от центра областях и населённых пунктах.

Что нужно сделать для получения бионического протеза

  1. Вам необходимо пройти медико-социальную экспертизу (МСЭ)

Для того, чтобы у вас были все основания, чтобы требовать протез от государства, МСЭ (МЕДИКО-СОЦИАЛЬНАЯ ЭКСПЕРТИЗА) должно установить вашу группу инвалидности и сделать соответствующие заключения для того, чтобы вернуть утраченные функции. От его решения зависит, получите ли вы протез, либо вам предпишут крючки или косметический протез.

МСЭ (МЕДИКО-СОЦИАЛЬНАЯ ЭКСПЕРТИЗА) не только оценивает физическое состояние, но ещё и, скажем так, вашу пользу. Если вы потеряли руку, но молоды и готовы к великим свершениям – протез с большей вероятностью вам дадут. Но если вы пожилой старик, который годами не выходил за пределы собственной квартиры – ответ очевиден. Протез также могут не дать при психических отклонениях или слабой активности мышц, т.е. в случае, если протезирование не будет иметь эффекта.

Экспертиза пошла вам навстречу, вы получили программу реабилитации с указанием нужного типа протеза. Что дальше?

  1. Писать заявление в Фонд социального страхования по месту прописки, чтобы в течение двух недель получить направление на протезирование. Фонд разместит заявку на аукционе, где участвуют предприятия по протезированию.

    Протезировать будет та компания, которая даст наименьшую сумму на изготовление необходимого протеза и победит на аукционе.

  2. После всего этого вы получаете протез, устанавливаете, учитесь управлять им и вливаетесь в нормальную жизнь. Не забывайте, что вы имеете право на получение нового за счёт того же фонда через 3 года.

Однако это всё в идеале. Если бы всё было так просто. Протез можно не получить вовсе, либо его получение надолго затянется.

Увы, но в нашей стране система так устроена, чтоб можно было удовлетворить потребности количеством протезов, а не качеством, именно по этой причине необходимое можно не получить. Это неудивительно, ведь только третья часть инвалидов обеспечена протезами, государство старается обеспечить протезами всех остальных.

К счастью, данную ситуацию помогает облегчать сами копании по изготовлению протезов. Они сотрудничают с госслужащими и благотворительными фондами. Такие компании находят поддержку чиновников во многих регионах, которые готовы идти навстречу инвалидам в сложившейся ситуации. Они успешно получили сертификат и запустили массовое производство тяговых протезов «Киби». Жители Архангельска, Новосибирска и Новокузнецка уже могут получить протезы в местных предприятиях по изготовлению протезов.

К слову, не стоит полагать, что всё достаточно просто, что всё упирается только в

Светлана Чуракова

согласованность с госорганами и изготовителями. В том же МСЭ (МЕДИКО-СОЦИАЛЬНАЯ ЭКСПЕРТИЗА) могут запросто назначить не тот протез или же будут долго придираться. Как это и было со Светланой Чураковой из города Архангельск.

Мало того, что свою бионическую руку она получала два года, так её ещё заставили приехать на федеральную экспертизу в Москве и на виду у всех мыть посуду с её тяговым протезом. Дескать, может, она просто притворяется, и старый протез ещё послужит?..

Потом, спустя почти год переписок с фондом социального страхования и бюрократической волокиты, она, не без помощи Архангельского протезного предприятия, всё-таки добилась своего. Её новый облик вы можете лицезреть на своих экранах:

Напомним, что в более развитых регионах России получение необходимого протеза проходит гораздо быстрее. Хотим заодно сказать спасибо всем тем, кто приветствует перемены. Вы помогаете людям с проблемой протезирования получить долгожданный протез и влиться в нормальную жизнь без лишних неудобств.

Легче ли получить нужный протез за рубежом?

Как ни странно, но нет, не легче. Что в странах Евросоюза, что в США, инвалидам также тяжело осуществить свою мечту. Им также тяжело получить бионический протез от государства.

Так, например, Джейсон Барнс, барабанщик с протезом Bebionic 3, «прошёл все круги ада», прежде чем получить протез, который в итоге со страховкой стоил целых 100 тысяч долларов.

Джейсон Барнс

Найджел Экланд, житель Англии, более известный по официальным видео Bebionic, вот что рассказал:

Найджел Экланд

  • Bebionic 3 в Англии стоит порядка 15 тысяч евро, приплюсуйте к этому 6-10 тысяч евро на формирование культеприемной гильзы
  • Получение Bebionic 3 в его стране – весьма сложный процесс. Только 10-15 человек каждый год получают заветный протез. А те, кого он лично знает, копят деньги на протез.  А потом еще копят средства на его страховку либо гарантию.
  • Большая надежда на 3D-принтеры – это позволит людям получить хорошие протезы за более приемлемую цену, а также заставит корпоративных боссов крепко задуматься.

Подведём итоги

Можно получить косметический протез, который будет скорее декоративным украшением, или же «крюк», которым что-то таки можно делать, но это, опять же, не то, что вы заслуживаете. И опять-таки, просто так, без нервотрёпки в вышеуказанных заведениях, вы этого не получите.

Можете также побороться за гораздо более удобный и функциональный вариант. В таком случае вам придётся вкусить все «прелести» бюрократии на полную катушку. Но это, как и в обычной жизни – за место под солнцем тоже нужно бороться.

Также появилась возможность получить вот такой тяговый протез руки. С помощью такого протеза можно выполнить ряд основных движений. Он достаточно надёжный и гораздо дешевле в сравнении с бионическими протезами. Жители России могут получить его бесплатно, остальные пока ждут своей очереди

Напоследок хочется ещё раз напомнить о том, что технологии не стоят на месте, и всё более новые продвинутые протезы становятся доступны нашим жителям. Кисти «Страдивари» на биоэлектрике скоро увидят мир. Не пропустите!

Подборка средней стоимости протеза и нормативные документы, регулирующие порядок получения протезно-ортопедических изделий

Источник: https://kiborg.pro/bionicheskie-protezy/skolko-stoit-protez-i-kak-ego-poluchit/

Позволяют работать с мелкими предметами, чувствуют боль, частично возвращают зрение: что могут бионические протезы — Будущее на vc.ru

бионический протез ноги

Хью Герр профессор MIT

Ежегодно в мире проводят более миллиона ампутаций — каждые 30 секунд. За год в США операцию проводят более 185 тысячам человек — около 400 ампутаций на миллион жителей. В России на миллион человек их более 500.

Ситуацию усложняет недоступность современных протезов — в мире один из десяти человек приобретает себе бионическую конечность.

Основная причина — сложность производства. Технология протезирования — это комплексная разработка. В ней применяют знания из инженерии, медицины, биологии и психологии. Добиться лёгкости и повышенной прочности протезов помогают материалы нового поколения, такие как углеродное волокно и легкие сплавы.

Компактные и эффективные двигатели, высокоёмкостные аккумуляторы помогают сделать эти устройства мобильными и простыми в использовании. Подобные технологии влияют положительно на качество современных протезов, но вызывают их удорожание.

По данным американской аналитической компании Frost & Sullivan, цена современных усовершенствованных протезов варьируется от $5000 до $50 тысяч.

  • Сосудистые заболевания — основная причина ампутаций — 54%, включая диабет и заболевания периферических артерий, а также травмы — 45%, рак — менее 2%.

  • Число больных диабетом возросло со 108 млн в 1980 году до 422 млн в 2014 году. Диабет стал причиной 1,6 млн смертей в 2016 году.
  • Ампутации ниже колена наиболее распространенные — на них приходится 71% дисваскулярных ампутаций. Такие ампутации вызваны или приобретены из-за плохого сосудистого состояния конечности. До 2020 года ожидается увеличение ампутации ниже колена на 47%.

  • По данным Американской коалиции людей с ампутированными конечностями, ежегодно в США происходит 185 тысяч новых ампутаций нижних конечностей, а численность американских пациентов составляет около 2 млн человек. Прогнозируется, что к 2050 году их численность увеличится более чем вдвое — до 3,6 млн.

Большое влияние на доступность современных протезов оказала технология 3D-печати. Она позволяет быстро и легко создавать недорогие, но функциональные протезы, что снижает их конечную стоимость для потребителя и создаёт перспективы для развития отрасли.

По данным исследовательской компании Grand View Research, объём мирового рынка роботизированного протезирования в 2016 году достиг $790,8 млн, а к 2025 году эта сумма вырастет до $1,75 млрд. На рост рынка также влияют развитие технологий, глобальное увеличение числа случаев ампутации и инициативы НКО.

Что такое бионика

Термин «bionic» придумал в 1958 году американский врач и военный Джек Стил во время аэрокосмических медицинских исследований. Слово образовано от древнегреческого «bios» и суффикса «-ic» — «единица жизни».

Джек Стил исследовал сложные природные процессы и структуры, после чего пытался перенести их полезные функции в технические разработки для военных США.

Его работы по бионике, а также исследования по кибернетике вдохновили писателя-фантаста и авиационного эксперта Мартина Кейдина — в 1972 году он выпустил книгу «Киборг», в которой сделал прямую отсылку на майора Джека Стила. Произведение легло в основу сериалов «Человек за шесть миллионов долларов» и «Бионическая женщина».

Джек Стил

Бионика подарила миру застежку-липучку, биомиметическую шкуру акулы и одно из важнейших изобретений последних десятилетий — бионический протез.

Современные протезы глубоко интегрируются со своим владельцем — они имитируют естественные движения человека и отслеживают мышечную или нервную активность организма, а некоторыми из них можно управлять с помощью силы мысли.

В 2015 году Агентство перспективных исследовательских проектов в области обороны США (DARPA) провело пробный полёт на авиасимуляторе F-35, которым управляла парализованная женщина. Пара нейронных передатчиков преобразовывала её мысли в компьютерные команды, благодаря чему она успешно управляла самолетом.

Таким же образом она двигала механической рукой — сжимала и разжимала пальцы.

В 2019 году протезирование применяют в создании не только искусственных конечностей, но и создают первые прототипы органов, например, глаз.

Бионические протезы конечностей

Первые протезы появились более 3000 лет назад в Древнем Египте. При раскопках на ногах мумий археологи обнаружили деревянные пальцы — их использовали для того, чтобы избежать мозолей от ношения сандалий.

До недавнего времени современные протезы выполняли косметическую функцию — имитировали отсутствующую конечность. Но в последние десятилетия технология протезирования получила мощное развитие, во многом это произошло благодаря внедрению разработок из робототехники.

Современные бионические протезы практически не отличаются от настоящих биологических конечностей. Но это касается только их характеристик, а внешне протезы нового поколения не пытаются маскироваться и мало похожи на обычные ноги. Во многом они стали способом самовыражения — на них наклеивают языки пламени, рисуют футбольные логотипы, оставляют автографы и делают яркие принты.

Symbionic Leg

Первый в мире коммерчески доступный бионический протез нижней конечности Symbionic Leg разработала исландская компания Össur.

В 2013 году компания представила третье поколение протеза — Symbionic Leg 3. Он оснащен коленом с микропроцессорным управлением RHEO knee 3 — оно автоматически подстраивается под особенности ходьбы владельца. Также протез использует бионические лодыжки, которые самостоятельно определяют поверхность и адаптируются под условия местности.

Происходит это благодаря работе имплантированных миоэлектрических датчиков, которые хирургически размещены в остаточной мышечной ткани человека. Имплантанты считывают сигналы, которые посылает мозг через нервную систему, и автоматически управляют протезом. Процесс проходит без каких-либо сознательных усилий — как если бы человек просто шевелил ногой.

На сайте Össur не указана стоимость Symbionic Leg 3, но на Ebay подержанную модель предлагают за $9999 (655 тысяч рублей).

Компанию Össur основал протезист Оссур Кристинссон в 1971 году. В 2013 году капитализация компании превысила $400 млн, а чистый доход $41 млн. Около 10% от своих продаж Össur вкладывает в отделы исследований и разработок (R&D). С 2000 года Össur приобрела 16 компаний:

  • 2000 год — Skóstofan, Flex-Foot, Pi Medical, Karlsson & Bergstrom, Century XXII Innovations;
  • 2003 год — Linea Orthopedics, Generation II Group;

  • 2005 год — Advanced Prosthetic Components, Royce Medical, Innovative Medical Products, GBM Medical;
  • 2006 год — Innovation Sports, Gibaud Group;
  • 2007 год — Somas;
  • 2010 год — Orthopaedic Partner Africa;
  • 2012 год — Evolution Industries;
  • 2016 год — Touch Bionics;
  • 2017 год — Medi Prosthetics.

i-limb

Touch Bionics — создатель первой в мире коммерчески доступной бионической руки i-limb.

У протеза i-limb тонкие пальцы, каждый из которых выдерживает вес до 25 килограмм и двигается отдельно от остальных при помощи специальных моторов. Благодаря этому человек может взаимодействовать с мелкими предметами.

Рука крепится к гнезду круговым движением, при желании ее можно также просто открутить.

В гнезде спрятана розетка с батареями, проводами и двумя электродами, которые подсоединяются к коже. Один из них отвечает за разгибание руки, а другой — за сгибание. Чтобы произошло нужное действие, пользователю необходимо отправить сигнал мышцам. Для этого необходимо тренироваться, как правило, на привыкание к протезу уходит около недели.

В течение этого времени человек учится направлять сигнал нужному электроду — сгибать, разгибать руку и поворачивать запястье.

Протез i-limb настраивается через мобильное приложения my i-limb и biosim. С помощью них можно конфигурировать пальцы на одну из 36 различных схем захвата, что позволяет получить необходимую конфигурацию руки для конкретной задачи — от завязывания бантика до работы с компьютерной мышью. Стоимость протеза i-limb варьируется от $60 тысяч до $120 тысяч (от 4 млн рублей до 8 млн рублей).

Компания Össur приобрела Touch Bionics в 2016 году. В 2018 году Össur вложила $7,5 млн в развитие технологии миоэлектрического протезирования кистей рук от Touch Bionics. Такой протез питается от остаточной нервно-мышечной энергии человеческого тела и не требует дополнительных ремней или кабелей с электрическим переключателем. Первую миоэлектрическую руку разработали в СССР в 1958 году.

Bebionic

Бионическая рука Bebionic чувствительная — она умеет считывать прикосновения. Кончики пальцев протеза покрыты специальной электронной кожей edermis, которая состоит из нескольких слоев датчиков давления.

Нижний слой покрыт механорецепторами — они передают ощущения от прикосновений к тупым предметам. В верхнем слое работают ноцицепторы — они дают ощущение боли, например, от прикосновения к горячей кружке.

Оба уровня сенсоров протеза реагируют как в отдельности, так и вместе. Если человек возьмет острый предмет и уколет палец, то на бионической конечности одновременно активируются датчики как прикосновения, так и болевых ощущений.

Почувствовав необходимое распределение давления, протез понимает, что человеку больно, и за доли секунды информация от датчиков давления в форме электрических сигналов проходит через электроды, которые стимулируют нервы в плече человека. После этого протез автоматически разжимает пальцы, имитируя таким образом человеческий болевой рефлекс.

Схема работы: синий цвет — путь обратной связи (VCLM, линейный двигатель звуковой катушки), красный цвет — путь контроля протеза wired.com

У нас есть периферические нервы, которые проходят через наше тело, они передают сенсорную информацию в наш мозг. Несмотря на ампутацию конечности, как правило, нервные окончания пациента всё ещё связаны со спинным мозгом, благодаря чему испытуемый может чувствовать прикосновения и ощущать боль через протез.

Но ощущения всё равно отличаются от привычных — они более заторможенные. Боль не ощущается остро, а накапливается постепенно, и сопровождается легкими покалываниями. В будущем мы уменьшим задержку и приблизимся к максимально естественным ощущениям.

Протезы руки доступны с тремя вариантами запястья:

  • мобильное (EQD) — позволяет владельцу быстро снять протез для замены деталей;
  • подвижное (multi-flex wrist) — поворачивается во всех направлениях с возможностью зафиксировать запястье при сгибании на 30°, разгибании на 30° или в нейтральном положении;
  • короткое запястье — имеет уменьшенную высоту для размещения длинных дополнительных конечностей.

Пользователю Bebionic доступны 14 схем захвата и положения рук. По словам разработчиков, их хватает для выполнения повседневных задач. Цена протеза более $10 тысяч.

Hero Arm — напечатанный на 3D-принтере бионический протез конечностей

Hero Arm — разработка компании Open Bionics и Disney. Основная аудитория — дети, но протезом могут пользоваться и взрослые.

При 3D-печати используют тонкие слои пластика, что делает протез легким — менее 1 килограмма, а также даёт возможность для дальнейшей кастомизации: на устройство крепятся сменные пластины, которые придают ему оригинальный вид.

Сотрудничество с Disney позволяет Open Bionics создавать протезы с отсылками к популярным фильмам, например, «Железному человеку», «Звёздным войнам», мультфильму «Холодное сердце», компьютерной игре Deus Ex и другим.

Благодаря 3D-печати компания удешевила и упростила производство — протез собирается всего за день. Стоимость устройства около $7000 (460 тысяч рублей).

Чтобы определить индивидуальные особенности протеза, врачи проводят компьютерную и магнитно-резонансную томографию пациента, а также трехмерное сканирование.

После этого они отправляют файл с измерениями специалистам по работе с САПР — системой для автоматизированного проектирования. Программа анализирует изображения и специалисты создают точную трехмерную анатомическую картину тела пациента. После этого 3D-принтер печатает макет и необходимые детали.

Протез способен поднять до 8 килограмм, запястье — поворачиваться на 180˚. Датчики в Hero Arm определяют движения мышц и позволяют управлять бионической рукой с высокой точностью. Протез умеет присылать уведомления с помощью тактильных вибраций, звуковых и световых сигналов.

Также он оснащён двигателями, программным обеспечением и аккумуляторами. Для большего удобства у протеза есть режим заморозки — можно зафиксировать руку и держать её в неподвижном положении, например, чтобы взять маленькие шарики.

Источник: https://vc.ru/future/59901-pozvolyayut-rabotat-s-melkimi-predmetami-chuvstvuyut-bol-chastichno-vozvrashchayut-zrenie-chto-mogut-bionicheskie-protezy

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Береги спину!