Proteza - Prosthesis

Mężczyzna z protezą kończyny dolnej

W medycynie , o proteza (liczba mnoga: protezy, od starożytnego greckiego protezy „dodatek, aplikacji attachment”) lub protetycznego Implant jest urządzeniem sztuczny, który zastępuje brakującą część ciała, które mogą zostać utracone w wyniku urazu, choroby lub stan obecny przy urodzeniu ( wada wrodzona ). Protezy mają na celu przywrócenie prawidłowych funkcji brakującej części ciała. Rehabilitacja po amputacji jest koordynowana przede wszystkim przez fizjoterapeutę w ramach interdyscyplinarnego zespołu składającego się z fizjoterapeutów, protetyków, pielęgniarek, fizjoterapeutów i terapeutów zajęciowych. Protezy mogą być tworzone ręcznie lub za pomocą komputerowego wspomagania projektowania (CAD), interfejs oprogramowania, które pomaga twórcom projektować i analizować tworzenie z generowanych komputerowo 2-D i 3-D grafiki , a także analizy i optymalizacji narzędzi.

Rodzaje

Proteza osoby powinna być zaprojektowana i zmontowana zgodnie z jej wyglądem i potrzebami funkcjonalnymi. Na przykład dana osoba może potrzebować protezy przezpromieniowej, ale musi wybrać między estetycznym urządzeniem funkcjonalnym, urządzeniem mioelektrycznym, urządzeniem zasilanym przez ciało lub urządzeniem do konkretnych czynności. Przyszłe cele i możliwości ekonomiczne danej osoby mogą pomóc jej wybrać między jednym lub większą liczbą urządzeń.

Protezy twarzoczaszki obejmują protezy wewnątrzustne i zewnątrzustne. Protezy pozaustne dzielą się dalej na półtwarzowe, uszne (ucha), nosowe, oczodołowe i oczne . Protezy wewnątrzustne obejmują protezy dentystyczne, takie jak protezy , obturatory i implanty dentystyczne .

Protezy szyi obejmują krtani substytuty , tchawicy i górne przełyku substytucji,

Somatoprotezy tułowia obejmują protezy piersi, które mogą być jedno- lub obustronne, pełne piersi lub protezy brodawek sutkowych .

Protezy prącia są wykorzystywane do leczenia zaburzeń erekcji , korekcji deformacji prącia , wykonywania zabiegów falloplastyki i metoidioplastyki u biologicznych mężczyzn oraz do budowy nowego penisa w operacjach korekty płci żeńskiej na męskiej .

Protezy kończyny

United States Marine z dwustronnymi protezami nóg prowadzi bieg formacji

Protezy kończyny obejmują protezy kończyn górnych i dolnych.

Protezy kończyn górnych stosuje się przy różnych stopniach amputacji: ćwierćtuszy przedniej, dezartykulacji barku, protezy ramiennej, dezartykulacji łokcia, protezy transradialnej, dezartykulacji nadgarstka, ręki pełnej, ręki częściowej, palca, palca częściowego. Proteza transradialna to sztuczna kończyna, która zastępuje ramię brakujące poniżej łokcia.

Protezy kończyny górnej można podzielić na trzy główne kategorie: urządzenia pasywne, urządzenia zasilane przez ciało i urządzenia zasilane zewnętrznie (mioelektryczne). Urządzenia pasywne mogą być albo pasywnymi rękami, głównie używanymi do celów kosmetycznych, albo pasywnymi narzędziami, używanymi głównie do określonych czynności (np. rekreacyjnych lub zawodowych). Obszerny przegląd i klasyfikację urządzeń pasywnych można znaleźć w przeglądzie literatury autorstwa Maata i in. Urządzenie pasywne może być statyczne, co oznacza, że ​​urządzenie nie ma ruchomych części, lub może być regulowane, co oznacza, że ​​można regulować jego konfigurację (np. regulowane otwieranie dłoni). Pomimo braku aktywnego chwytania, urządzenia pasywne są bardzo przydatne w zadaniach dwuręcznych, które wymagają unieruchomienia lub podparcia obiektu, lub do gestykulacji w interakcjach społecznych. Według danych naukowych jedna trzecia osób po amputacji kończyny górnej na całym świecie korzysta z biernej protezy ręki. Kończyny napędzane przez ciało lub obsługiwane za pomocą kabla działają poprzez przymocowanie uprzęży i ​​kabla wokół przeciwległego ramienia uszkodzonego ramienia. Trzecią kategorią dostępnych urządzeń protetycznych są ramiona mioelektryczne. Działają one poprzez wykrywanie za pomocą elektrod , kiedy mięśnie ramienia poruszają się, powodując otwieranie lub zamykanie sztucznej ręki. W branży protetycznej proteza ramienia jest często określana jako „BE” lub poniżej protezy łokciowej.

Protezy kończyn dolnych zapewniają wymianę na różnych poziomach amputacji. Należą do nich dezartykulacja stawu biodrowego, proteza transudowa, dezartykulacja kolana, proteza podudziowa, amputacja Syme'a, stopa, częściowa stopa i palec u nogi. Dwie główne podkategorie protez kończyn dolnych to: przez-piszczelowa (każda amputacja przecinająca kość piszczelową lub wada wrodzona powodująca niedobór kości piszczelowej) i przez-udowa (każda amputacja przecinająca kość udową lub wada wrodzona powodująca niedobór ).

Proteza udowa to sztuczna kończyna, która zastępuje nogę, której brakuje powyżej kolana. Osoby po amputacji udowej mogą mieć trudności z odzyskaniem normalnego ruchu. Ogólnie rzecz biorąc, osoba po amputacji udowej musi zużywać około 80% więcej energii na chodzenie niż osoba, która ma dwie całe nogi. Wynika to ze złożoności ruchu związanego z kolanem. W nowszych i bardziej ulepszonych konstrukcjach stosuje się hydraulikę, włókno węglowe, połączenia mechaniczne, silniki, mikroprocesory komputerowe i innowacyjne kombinacje tych technologii, aby zapewnić użytkownikowi większą kontrolę. W branży protetycznej proteza trans-udowa jest często określana jako „AK” lub proteza nad kolanem.

Proteza podudzia to sztuczna kończyna, która zastępuje nogę, której brakuje poniżej kolana. Osoba po amputacji podudzia jest zwykle w stanie łatwiej odzyskać normalny ruch niż osoba po amputacji udowej, w dużej mierze z powodu zachowania kolana, co pozwala na łatwiejszy ruch. Protetyka kończyn dolnych to sztucznie zastąpione kończyny zlokalizowane na poziomie bioder lub niżej. W branży protetycznej proteza nogi przez piszczel jest często określana jako „BK” lub poniżej protezy kolana.

Fizjoterapeuci są przeszkoleni w nauce chodzenia z protezą nogi. Aby to zrobić, fizjoterapeuta może udzielić słownych instrukcji, a także może pomóc w prowadzeniu osoby za pomocą dotyku lub wskazówek dotykowych. Można to zrobić w klinice lub w domu. Istnieją badania sugerujące, że taki trening w domu może być bardziej skuteczny, jeśli leczenie obejmuje korzystanie z bieżni. Korzystanie z bieżni wraz z zabiegiem fizjoterapeutycznym pomaga osobie doświadczyć wielu wyzwań związanych z chodzeniem z protezą.

W Wielkiej Brytanii 75% amputacji kończyn dolnych jest wykonywanych z powodu niedostatecznego krążenia (dyswaskularyzacja). Ten stan jest często związany z wieloma innymi schorzeniami (chorobami współistniejącymi ), w tym cukrzycą i chorobami serca, które mogą utrudniać powrót do zdrowia i użycie protezy kończyny w celu odzyskania mobilności i niezależności. W przypadku osób, które mają niedostateczne krążenie i utraciły kończynę dolną, nie ma wystarczających dowodów z powodu braku badań, aby poinformować ich o wyborze metod rehabilitacji protetycznej.

Rodzaje protez stosowanych do wymiany stawów w ludzkim ciele

Protezy kończyn dolnych są często klasyfikowane według stopnia amputacji lub nazwiska chirurga:

  • Transfemoral (powyżej kolana)
  • Podkolanowo (poniżej kolana)
  • Dezartykulacja stawu skokowego (np. Amputacja Syme)
  • Dezartykulacja kolana
  • Hemi-miednicytomia (rozwarstwienie stawu biodrowego)
  • Amputacje częściowe stopy (Pirogoffa, kości skokowo-łódkowej i piętowo-prostopadłościennej (Chopart), stępowo-śródstopia (Lisfranc), trans-śródstopia, śródstopia-paliczka, amputacje promienia, amputacje palców stóp).
  • Plastyka rotacyjna Van Nes

Surowce protetyczne

Protezy są lekkie dla większej wygody dla osób po amputacji. Niektóre z tych materiałów obejmują:

  • Tworzywa sztuczne:
    • Polietylen
    • Polipropylen
    • Akryle
    • Poliuretan
  • Drewno (wczesna protetyka)
  • Guma (wczesna protetyka)
  • Metale lekkie:
    • Tytan
    • Aluminium
  • Kompozyty:
    • Polimery wzmocnione włóknem węglowym

Protezy na kółkach są również szeroko stosowane w rehabilitacji rannych zwierząt domowych, w tym psów, kotów, świń, królików i żółwi.

Historia

Protetyczny palec u nogi ze starożytnego Egiptu

Protetyka pochodzi ze starożytnego Egiptu Bliskiego Wschodu około 3000 roku p.n.e., a najwcześniejsze dowody protetyki pojawiły się w starożytnym Egipcie i Iranie. Najwcześniejsze odnotowane wzmianki o protetyce oka pochodzą z egipskiej opowieści o Oku Horusa datowanej na około 3000 rpne, w której lewe oko Horusa zostało wyrwane, a następnie przywrócone przez Thota . Około 3000-2800 pne najwcześniejsze archeologiczne dowody protetyki znaleziono w starożytnym Iranie , gdzie znaleziono protezę oka pochowaną wraz z kobietą w Shahr-i Shōkhta . Wykonano go prawdopodobnie z pasty bitumicznej pokrytej cienką warstwą złota. Egipcjanie byli także pionierami protetyki stóp, o czym świadczy drewniany palec u nogi znaleziony na ciele z Nowego Państwa około 1000 roku p.n.e. Inną wcześnie wzmianki znajdują się w Azji Południowej około 1200 rpne, z udziałem królowej wojownik Vishpala w Rigwedzie . Odnaleziono również rzymskie korony z brązu , ale ich zastosowanie mogło być bardziej estetyczne niż medyczne.

Wczesne wzmianki o protezy pochodzi od greckiego historyka Herodota , który opowiada historię Hegesistratus , greckiej wróżbita , który odcięty swoją stopę do ucieczki jego Spartan porywaczy i zastąpił go z drewnianej.

Protetyka drewna i metalu

Noga Capua (replika)
Żelazna proteza ręki uważana za własność Götza von Berlichingen (1480–1562)
„Ilustracja ręki mechanicznej”, ok. 1930 r. 1564
Sztuczna ręka żelazna uważana do tej pory od 1560 do 1600

Pliniusz Starszy opisał również historię rzymskiego generała Marka Sergiusza , którego prawa ręka została odcięta podczas kampanii i miał żelazną rękę do trzymania tarczy, aby mógł wrócić do bitwy. Słynną i dość wyrafinowaną historyczną protezą ramienia była proteza Götz von Berlichingen , wykonana na początku XVI wieku. Pierwsze potwierdzone użycie protezy ma jednak miejsce od 950 do 710 p.n.e. W 2000 roku badacze patolodzy odkryli mumię z tego okresu pochowaną na egipskiej nekropolii w pobliżu starożytnych Teb, która posiadała sztuczny duży palec u nogi. Ten palec u nogi, składający się z drewna i skóry, wykazywał ślady użytkowania. Po odtworzeniu przez inżynierów biomechanicznych w 2011 roku naukowcy odkryli, że ta starożytna proteza umożliwiła jej nosicielowi chodzenie zarówno boso, jak i w sandałach w stylu egipskim. Wcześniej najwcześniejszą odkrytą protezą była sztuczna noga z Kapui .

Mniej więcej w tym samym czasie François de la Noue miał żelazną rękę, podobnie jak w XVII wieku René-Robert Cavalier de la Salle . Henri de Tonti miał haczyk protetyczny zamiast ręki. W średniowieczu protetyka pozostawała dość podstawowa w formie. Osłabionych rycerzy wyposażano w protezy, aby mogli utrzymać tarczę, chwycić włócznię lub miecz albo ustabilizować wojownika na koniu. Tylko bogaci mogli sobie pozwolić na wszystko, co pomogłoby w codziennym życiu.

Jedną z godnych uwagi protez była ta należąca do Włocha, który według naukowców zastąpił amputowaną prawą rękę nożem. Naukowcy badający szkielet znaleziony na cmentarzu Longobard w Povegliano Veronese oszacowali, że mężczyzna żył między VI a VIII wiekiem. Materiały znalezione w pobliżu ciała mężczyzny sugerują, że proteza noża była przymocowana skórzanym paskiem, który wielokrotnie zaciskał zębami.

W okresie renesansu rozwinęła się protetyka z użyciem żelaza, stali, miedzi i drewna. Protetyka funkcjonalna zaczęła pojawiać się w XVI wieku.

Postęp technologiczny przed XX wiekiem

Włoski chirurg odnotował istnienie osoby po amputacji, która miała rękę, która pozwalała mu zdjąć kapelusz, otworzyć torebkę i podpisać się. Poprawa w chirurgii amputacji i konstrukcji protetycznej była dziełem Ambroise Paré . Wśród jego wynalazków było urządzenie nad kolanem, które było kołkiem do kolan i protezą stopy ze stałą pozycją, regulowaną uprzężą i kontrolą blokady kolan. Funkcjonalność jego osiągnięć pokazała, jak może rozwijać się przyszła protetyka.

Inne ważne ulepszenia sprzed ery nowożytnej:

  • Pieter Verduyn  – Pierwsza nieblokująca proteza pod kolanem (BK).
  • James Potts  – Proteza wykonana z drewnianego trzpienia i panewki, stalowego stawu kolanowego i przegubowej stopy, która była kontrolowana przez ścięgna katgutu od kolana do kostki. Stał się znany jako „Anglesey Leg” lub „Selpho Leg”.
  • Sir James Syme  – Nowa metoda amputacji kostki, która nie wymagała amputacji w udzie.
  • Benjamin Palmer  – ulepszony na nodze Selpho. Dodano przednią sprężynę i ukryte ścięgna, aby symulować naturalnie wyglądający ruch.
  • Dubois Parmlee  – Stworzona proteza z gniazdem ssącym, policentrycznym kolanem i wieloprzegubową stopą.
  • Marcel Desoutter & Charles Desoutter  – Pierwsza proteza aluminiowa
  • Henry Heather Bigg i jego syn Henry Robert Heather Bigg zdobyli rozkaz królowej, aby dostarczać „urządzenia chirurgiczne” rannym żołnierzom po wojnie krymskiej. Opracowali ramiona, które pozwalały na szydełkowanie podwójnej amputowanej ręki oraz rękę, która wydawała się naturalna dla innych, oparta na kości słoniowej, filcu i skórze.

Pod koniec II wojny światowej NAS (Narodowa Akademia Nauk) zaczęła opowiadać się za lepszymi badaniami i rozwojem protetyki. Dzięki finansowaniu rządowemu opracowano program badawczo-rozwojowy w armii, marynarce wojennej, siłach powietrznych i administracji weteranów.

Historia współczesna kończyn dolnych

Fabryka protez kończyn w 1941 r.

Po II wojnie światowej zespół z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, w tym James Foort i CW Radcliff, pomógł w opracowaniu czworokątnego panewki, opracowując system mocowania przyrządu do amputacji powyżej kolana. Technologia gniazd dla kończyn dolnych przeszła kolejną rewolucję w latach 80., kiedy John Sabolich CPO wynalazł gniazdo Contoured Addducted Trochanteric-Controlled Alignment Method (CATCAM), później ewoluowało w gniazdo Sabolich. Podążył za wskazówkami Ivana Longa i Ossura Christensena, którzy opracowali alternatywy dla czworokątnego gniazda, które z kolei podążało za otwartym gniazdem wtykowym, stworzonym z drewna. Postęp wynikał z różnicy w modelu kontaktu gniazda z pacjentem. Wcześniej gniazda były wykonane w kształcie kwadratu, bez specjalistycznej osłony dla tkanki mięśniowej. W ten sposób nowe projekty pomagają zablokować anatomię kości, blokując ją na miejscu i równomiernie rozkładając ciężar na istniejącą kończynę oraz mięśnie pacjenta. Powstrzymywanie kulszowe jest dobrze znane i używane przez wielu protetyków do pomocy w opiece nad pacjentem. W ten sposób istnieją różne odmiany kulszowego gniazda ograniczającego, a każdy z gniazd jest dostosowany do specyficznych potrzeb pacjenta. Inni, którzy przyczynili się do rozwoju gniazd i zmian na przestrzeni lat, to Tim Staats, Chris Hoyt i Frank Gottschalk. Gottschalk zakwestionował skuteczność gniazda CAT-CAM, twierdząc, że zabieg chirurgiczny wykonany przez chirurga po amputacji jest najważniejszy dla przygotowania osoby po amputacji do właściwego użycia protezy dowolnego typu gniazda.

Pierwsze sterowane mikroprocesorem protezy kolan stały się dostępne na początku lat 90-tych. Inteligentna proteza była pierwszą dostępną na rynku protezą stawu kolanowego sterowaną mikroprocesorem. Został wydany przez Chasa. A. Blatchford & Sons, Ltd. z Wielkiej Brytanii, w 1993 roku i sprawił, że chodzenie z protezą sprawia wrażenie i wygląda bardziej naturalnie. Ulepszona wersja została wydana w 1995 roku pod nazwą Intelligent Prosthesis Plus. Blatchford wypuścił inną protezę, Adaptive Prosthesis, w 1998 roku. Adaptive Prosthesis wykorzystywał sterowanie hydrauliczne, sterowanie pneumatyczne i mikroprocesor, aby zapewnić osobie po amputacji chód, który był bardziej wrażliwy na zmiany prędkości chodzenia. Analiza kosztów pokazuje, że zaawansowana proteza nad kolanem będzie kosztować około 1 miliona dolarów w ciągu 45 lat, biorąc pod uwagę jedynie roczne korekty kosztów utrzymania.

W 2019 roku wystartował projekt pod AT2030, w którym gniazda na zamówienie wykonywane są z tworzywa termoplastycznego, a nie przez odlew gipsowy. Jest to szybsze i znacznie tańsze. Gniazda nazwano gniazdami Amparo Confidence.

Historia współczesna kończyn górnych

W 2005 roku DARPA rozpoczęła program Revolutionizing Prosthetics.

Procedura pacjenta

Proteza jest funkcjonalnym zamiennikiem amputowanej lub wrodzonej wadliwej lub brakującej kończyny. Protetycy są odpowiedzialni za przepisywanie, projektowanie i zarządzanie urządzeniem protetycznym.

W większości przypadków protetyk rozpoczyna od wykonania gipsu z chorej kończyny. Lekkie, wysokowytrzymałe tworzywa termoplastyczne są dopasowywane do tego modelu pacjenta na zamówienie. Najnowocześniejsze materiały, takie jak włókno węglowe, tytan i Kevlar, zapewniają wytrzymałość i trwałość, a jednocześnie sprawiają, że nowa proteza jest lżejsza. Bardziej wyrafinowane protezy są wyposażone w zaawansowaną elektronikę, zapewniającą dodatkową stabilność i kontrolę.

Obecna technologia i produkcja

Proteza kolana wykonana przy użyciu oprogramowania WorkNC Computer Aided Manufacturing

Z biegiem lat nastąpił postęp w protezach kończyn. Nowe tworzywa sztuczne i inne materiały, takie jak włókno węglowe , pozwoliły sztucznym kończynom być mocniejsze i lżejsze, ograniczając ilość dodatkowej energii potrzebnej do ich obsługi. Jest to szczególnie ważne w przypadku osób po amputacji udowej. Dodatkowe materiały sprawiły, że sztuczne kończyny wyglądają znacznie bardziej realistycznie, co jest ważne w przypadku osób po amputacji promieniowej i ramiennej, ponieważ istnieje większe prawdopodobieństwo odsłonięcia sztucznej kończyny.

Produkcja palca protetycznego

Oprócz nowych materiałów, zastosowanie elektroniki stało się bardzo powszechne w sztucznych kończynach. Kończyny mioelektryczne, które kontrolują kończyny poprzez zamianę ruchów mięśni na sygnały elektryczne, stały się znacznie bardziej powszechne niż kończyny obsługiwane za pomocą kabla. Sygnały mioelektryczne są odbierane przez elektrody, sygnał jest integrowany, a po przekroczeniu pewnego progu wyzwalany jest sygnał kontroli protezy kończyny, dlatego z natury wszystkie kontrole mioelektryczne pozostają w tyle. Odwrotnie, kontrola kabla jest natychmiastowa i fizyczna, a dzięki temu zapewnia pewien stopień bezpośredniego sprzężenia zwrotnego siły, którego nie zapewnia kontrola mioelektryczna. Komputery są również szeroko stosowane w produkcji kończyn. Komputerowe wspomaganie projektowania i komputerowego wspomagania wytwarzania są często wykorzystywane do wspomagania projektowania i produkcji sztucznych kończyn.

Większość nowoczesnych sztucznych kończyn jest przymocowana do kikuta (kikut) osoby po amputacji za pomocą pasów i mankietów lub przez odsysanie . Pozostała część kończyny albo bezpośrednio wpasowuje się w gniazdo na protezie, albo – częściej dzisiaj – stosuje się wkładkę, którą następnie mocuje się do gniazda za pomocą próżni (gniazdo ssące) lub za pomocą blokady. Wkładki są miękkie i dzięki temu mogą zapewniać znacznie lepsze dopasowanie do ssania niż twarde nasadki. Silikonowe wkładki można otrzymać w standardowych rozmiarach, najczęściej o okrągłym (okrągłym) przekroju poprzecznym, ale dla każdego innego kształtu kikuta można wykonać niestandardowe wkładki. Gniazdo jest wykonane na zamówienie, aby pasować do kikuta i rozprowadzać siły sztucznej kończyny na obszarze kikuta (a nie tylko w jednym małym miejscu), co pomaga zmniejszyć zużycie kikuta.

Produkcja zębodołu protetycznego

Wytwarzanie zębodołu protetycznego rozpoczyna się od uchwycenia geometrii kikuta, proces ten nazywa się uchwyceniem kształtu. Celem tego procesu jest stworzenie dokładnego odwzorowania kikuta, co ma kluczowe znaczenie dla uzyskania dobrego dopasowania zębodołu. Niestandardowy panewka jest tworzona przez pobranie gipsowego odlewu kikuta lub, coraz częściej, wkładki noszonej na kikucie, a następnie wykonanie formy z gipsu. Powszechnie stosowana mieszanka nazywa się Plaster of Paris. W ostatnich latach opracowano różne cyfrowe systemy przechwytywania kształtu, które można wprowadzać bezpośrednio do komputera, co pozwala na bardziej wyrafinowany projekt. Ogólnie rzecz biorąc, proces rejestrowania kształtu rozpoczyna się od cyfrowego pozyskania trójwymiarowych (3D) danych geometrycznych z kikuta kończyny po amputacji. Dane są pozyskiwane za pomocą sondy, skanera laserowego, skanera światła strukturalnego lub fotograficznego systemu skanowania 3D.

Po uchwyceniu kształtu, druga faza wytwarzania zębodołu nazywana jest rektyfikacją, czyli procesem modyfikacji modelu kikuta poprzez dodanie objętości do wypukłości kostnej i potencjalnych punktów nacisku oraz usunięcie objętości z obszaru nośnego. Można to zrobić ręcznie, dodając lub usuwając gips z modelu pozytywowego, lub wirtualnie manipulując modelem komputerowym w oprogramowaniu. Na koniec, po skorygowaniu i sfinalizowaniu modelu rozpoczyna się wykonanie protezy panewkowej. Protetycy owinęliby model pozytywu półtopionym plastikowym arkuszem lub włóknem węglowym pokrytym żywicą epoksydową, aby skonstruować gniazdo protetyczne. W przypadku modelu komputerowego można go wydrukować w 3D z różnych materiałów o różnej elastyczności i wytrzymałości mechanicznej.

Optymalne dopasowanie gniazda pomiędzy kikutem a panewką ma kluczowe znaczenie dla funkcjonowania i użytkowania całej protezy. Jeśli dopasowanie pomiędzy kikutem a mocowaniem kikuta jest zbyt luźne, zmniejszy to obszar kontaktu kikuta z kikutem lub wkładką i zwiększy ilość kieszeni między skórą kikuta a panwiem lub wkładką. Ciśnienie jest wtedy wyższe, co może być bolesne. Kieszenie powietrzne mogą pozwolić na gromadzenie się potu, który może zmiękczyć skórę. Ostatecznie jest to częsta przyczyna swędzących wysypek skórnych. Z czasem może to prowadzić do uszkodzenia skóry. Z drugiej strony, bardzo ciasne dopasowanie może nadmiernie zwiększać naciski na styku, co może również prowadzić do uszkodzenia skóry po dłuższym użytkowaniu.

Sztuczne kończyny są zwykle wytwarzane w następujący sposób:

  1. Pomiar kończyny kikutowej
  2. Pomiar ciała w celu określenia rozmiaru wymaganego dla sztucznej kończyny
  3. Dopasowanie wkładki silikonowej
  4. Stworzenie modelu wkładki noszonej na kończynie kikuta
  5. Formowanie termoplastycznego arkusza wokół modelu – jest to następnie wykorzystywane do testowania dopasowania protezy
  6. Formowanie stałego gniazda
  7. Formowanie plastikowych części sztucznej kończyny – Stosowane są różne metody, w tym formowanie próżniowe i formowanie wtryskowe
  8. Tworzenie metalowych części sztucznej kończyny za pomocą odlewania ciśnieniowego
  9. Montaż całej kończyny

Ramiona zasilane ciałem

Obecna technologia sprawia, że ​​ramiona zasilane ciałem ważą od połowy do jednej trzeciej tego, co robi ramię mioelektryczne.

Gniazda

Obecne ramiona zasilane z ciała zawierają gniazda zbudowane z twardej żywicy epoksydowej lub włókna węglowego. Te gniazda lub „interfejsy” można zwiększyć, wyścielając je bardziej miękkim, ściśliwym materiałem piankowym, który zapewnia wyściółkę dla wypukłości kostnych. Samozawieszająca się lub nadkłykciowa konstrukcja gniazda jest przydatna dla osób z krótkim lub średnim zakresem nieobecności poniżej łokcia. Dłuższe kończyny mogą wymagać użycia zamykanej wkładki wewnętrznej typu roll-on lub bardziej złożonego uprzęży, aby wzmocnić zawieszenie.

Nadgarstki

Zespoły nadgarstkowe to albo łączniki przykręcane z gwintem UNF 1/2-20 (USA) albo szybkozłączka, które występują w różnych modelach.

Dobrowolne otwarcie i dobrowolne zamknięcie

Istnieją dwa rodzaje systemów zasilanych przez ciało: dobrowolne otwieranie „pociągnij, aby otworzyć” i dobrowolne zamknięcie „pociągnij, aby zamknąć”. Praktycznie wszystkie protezy typu „split hook” działają z systemem dobrowolnego otwierania.

Bardziej nowoczesne „prehensory” zwane GRIPS wykorzystują dobrowolne systemy zamykania. Różnice są znaczne. Użytkownicy dobrowolnych systemów otwierania polegają na elastycznych taśmach lub sprężynach w celu uzyskania siły chwytu, podczas gdy użytkownicy dobrowolnych systemów zamykania polegają na sile i energii własnego ciała, aby wytworzyć siłę chwytu.

Dobrowolnie zamykający się użytkownicy mogą generować siły chwytające równoważne normalnej ręce, do lub przekraczające sto funtów. Dobrowolne zamykanie UCHWYTY wymagają stałego napięcia, tak jak ludzka ręka, i pod tym względem zbliżają się do wydajności ludzkiej ręki. Dobrowolni użytkownicy haków dzielonych z otwieraniem są ograniczeni do sił, jakie mogą wytworzyć ich guma lub sprężyny, które zwykle wynoszą poniżej 20 funtów.

Sprzężenie zwrotne

Dodatkowa różnica istnieje w tworzonym biofeedbacku, który pozwala użytkownikowi „poczuć” to, co jest trzymane. Dobrowolne systemy otwierania po uruchomieniu zapewniają siłę trzymania, dzięki czemu działają jak bierne imadło na końcu ramienia. Brak sprzężenia zwrotnego chwytania, gdy hak zamknie się wokół trzymanego przedmiotu. Dobrowolne systemy zamykania zapewniają wprost proporcjonalną kontrolę i biofeedback, dzięki czemu użytkownik może poczuć, jaką siłę przykłada.

Niedawne badanie wykazało, że poprzez stymulację nerwów pośrodkowych i łokciowych, zgodnie z informacjami dostarczanymi przez sztuczne czujniki z protezy ręki, można dostarczyć fizjologicznie (prawie naturalnej) informacji sensorycznej osobie po amputacji. Ta informacja zwrotna umożliwiła uczestnikowi skuteczne modulowanie siły chwytania protezy bez wizualnej lub słuchowej informacji zwrotnej.

W lutym 2013 r. naukowcy z École Polytechnique Fédérale de Lausanne w Szwajcarii i Scuola Superiore Sant'Anna we Włoszech wszczepili elektrody do ramienia osoby po amputacji, co dało pacjentowi informację zwrotną sensoryczną i umożliwiło kontrolę protezy w czasie rzeczywistym. Dzięki przewodom połączonym z nerwami w ramieniu duński pacjent był w stanie obsługiwać przedmioty i natychmiast odbierać zmysł dotyku dzięki specjalnej sztucznej dłoni, którą stworzyli Silvestro Micera i badacze ze Szwajcarii i Włoch.

W lipcu 2019 r. technologia ta została jeszcze rozszerzona przez naukowców z University of Utah pod kierownictwem Jacoba George'a. Grupa naukowców wszczepiła elektrody w ramię pacjenta, aby zmapować kilka wskazań sensorycznych. Następnie stymulowali każdą elektrodę, aby dowiedzieć się, w jaki sposób wyzwalane są poszczególne wskazówki sensoryczne, a następnie przystąpili do mapowania informacji sensorycznych na protezie. Pozwoliłoby to naukowcom uzyskać dobre przybliżenie tego samego rodzaju informacji, które pacjent otrzymałby z własnej ręki. Niestety ramię jest zbyt drogie dla przeciętnego użytkownika, jednak Jacob wspomniał, że firmy ubezpieczeniowe mogą pokryć koszty protezy.

Urządzenia końcowe

Urządzenia końcowe zawierają szereg haczyków, prehensorów, rąk lub innych urządzeń.

Haki

Systemy haków dzielonych z dobrowolnym otwieraniem są proste, wygodne, lekkie, wytrzymałe, wszechstronne i stosunkowo niedrogie.

Hak nie pasuje do normalnej ludzkiej dłoni pod względem wyglądu lub ogólnej wszechstronności, ale jego tolerancje materiałowe mogą przewyższać i przewyższać normalną ludzką rękę pod względem naprężeń mechanicznych (można nawet użyć haka do rozcinania pudełek lub jako młotka, podczas gdy to samo nie jest możliwe normalną ręką), stabilności termicznej (można użyć haczyka do chwytania przedmiotów z wrzącej wody, obracania mięsa na ruszcie, trzymania zapałki do całkowitego spalenia) oraz zagrożeń chemicznych (jako metalowy haczyk jest odporny na kwasy lub ług i nie reaguje na rozpuszczalniki, jak rękawica protetyczna czy ludzka skóra).

Ręce
Aktor Owen Wilson trzymający mioelektryczną protezę ramienia żołnierza piechoty morskiej Stanów Zjednoczonych

Protetyczne dłonie są dostępne zarówno w wersji z dobrowolnym otwieraniem, jak i dobrowolnym zamykaniem, a ze względu na ich bardziej złożoną mechanikę i kosmetyczne pokrycie rękawic wymagają stosunkowo dużej siły aktywacji, co w zależności od rodzaju zastosowanej uprzęży może być niewygodne. Niedawne badania przeprowadzone przez Delft University of Technology w Holandii wykazały, że rozwój mechanicznych protez rąk został zaniedbany w ciągu ostatnich dziesięcioleci. Badanie wykazało, że poziom siły ściskania większości obecnych wskazówek mechanicznych jest zbyt niski do praktycznego zastosowania. Najlepiej przetestowaną ręką była proteza ręki opracowana około 1945 roku. Jednak w 2017 roku Laura Hruby z Uniwersytetu Medycznego w Wiedniu rozpoczęła badania nad bionicznymi rękami . Dostępnych jest również kilka dłoni bionicznych z otwartym sprzętem, które można wydrukować w 3D. Niektóre firmy produkują również zrobotyzowane dłonie ze zintegrowanym przedramieniem, które można dopasować do ramienia pacjenta, a w 2020 r. we Włoskim Instytucie Technologii (IIT) opracowano kolejną zrobotyzowaną rękę ze zintegrowanym przedramieniem (Soft Hand Pro).

Komercyjni dostawcy i materiały

Hosmer i Otto Bock są głównymi komercyjnymi dostawcami haczyków. Mechaniczne wskazówki są również sprzedawane przez Hosmera i Otto Bock; Becker Hand jest nadal produkowany przez rodzinę Becker. Protetyczne dłonie mogą być wyposażone w standardowe kolby lub wykonane na zamówienie rękawiczki silikonowe o wyglądzie kosmetycznym. Ale można również nosić zwykłe rękawice robocze. Inne urządzenia końcowe to V2P Prehensor, wszechstronny solidny chwytak, który pozwala klientom modyfikować jego aspekty, Texas Assist Devices (z całym asortymentem narzędzi) oraz TRS, który oferuje szereg urządzeń końcowych do uprawiania sportu. Wiązki kablowe można budować przy użyciu stalowych lin lotniczych, zawiasów kulowych i samosmarujących osłon kabli. Niektóre protezy zostały zaprojektowane specjalnie do użytku w słonej wodzie.

Protetyka kończyn dolnych

Proteza nogi noszonej przez Ellie Cole

Protetyka kończyn dolnych to sztucznie zastąpione kończyny znajdujące się na poziomie bioder lub niżej. Odnośnie wszystkich grup wiekowych Ephraim et al. (2003) stwierdzili, że ogólnoświatowe szacunki dotyczące amputacji kończyn dolnych z wszystkich przyczyn wynoszą 2,0–5,9 na 10 000 mieszkańców. W odniesieniu do częstości występowania wrodzonej niewydolności kończyn stwierdzili szacunkową liczbę 3,5 do 7,1 przypadków na 10 000 urodzeń.

Dwie główne podkategorie protez kończyn dolnych to: przez-piszczelowa (każda amputacja przecinająca kość piszczelową lub wada wrodzona powodująca jej niedobór) i przez-udowa (każda amputacja przecinająca kość udową lub wada wrodzona powodująca uszkodzenie kości udowej). niedobór). W branży protetycznej proteza nogi transpiszczelowej jest często określana jako „BK” lub poniżej protezy kolana, podczas gdy proteza trans-udowa jest często określana jako „AK” lub proteza powyżej kolana.

Inne, mniej rozpowszechnione przypadki kończyn dolnych obejmują:

  1. Dezartykulacja stawu biodrowego – zwykle odnosi się do sytuacji, gdy pacjent po amputacji lub wrodzonej prowokacji ma amputację lub anomalię w stawie biodrowym lub w jego pobliżu.
  2. Dezartykulacje kolana – zazwyczaj odnosi się to do amputacji przez kolano, które powoduje wybicie kości udowej z kości piszczelowej.
  3. Symes – Jest to dezartykulacja kostki przy jednoczesnym zachowaniu ochraniacza pięty.

Gniazdo elektryczne

Gniazdo służy jako interfejs między resztą a protezą, idealnie umożliwiając wygodne noszenie ciężaru, kontrolę ruchu i propriocepcję. Problemy z gniazdem, takie jak dyskomfort i uszkodzenie skóry, są zaliczane do najważniejszych problemów, z jakimi borykają się osoby po amputacji kończyn dolnych.

Chwyt i złącza

Ta część tworzy dystans i wsparcie między stawem kolanowym a stopą (w przypadku protezy górnej części nogi) lub między panewką a stopą. Rodzaj łączników, które są używane między podudziem a kolanem/stopą, decyduje o tym, czy proteza jest modułowa, czy nie. Modułowość oznacza, że ​​po dopasowaniu można zmienić kąt i przemieszczenie stopy w stosunku do gniazda. W krajach rozwijających się protezy są przeważnie niemodułowe, aby obniżyć koszty. Przy rozważaniu dzieci modułowość kąta i wzrostu jest ważna ze względu na ich średni wzrost wynoszący 1,9 cm rocznie.

Stopa

Zapewniając kontakt z podłożem, stopa zapewnia amortyzację i stabilność podczas stawiania pozycji. Dodatkowo swoim kształtem i sztywnością wpływa na biomechanikę chodu. Dzieje się tak, ponieważ trajektoria środka nacisku (COP) i kąt sił reakcji podłoża są określone przez kształt i sztywność stopy i muszą być dopasowane do budowy ciała badanego, aby uzyskać normalny wzorzec chodu. Andrysek (2010) znalazł 16 różnych typów stóp o bardzo zróżnicowanych wynikach dotyczących wytrzymałości i biomechaniki. Głównym problemem występującym w obecnych stopach jest trwałość, wytrzymałość od 16 do 32 miesięcy. Wyniki te dotyczą dorosłych i prawdopodobnie będą gorsze dla dzieci ze względu na wyższy poziom aktywności i efekty skali. Dowody porównujące różne typy stóp i protez stawu skokowego nie są wystarczająco mocne, aby określić, czy jeden mechanizm stawu skokowego/stopy jest lepszy od drugiego. Decydując się na urządzenie, należy wziąć pod uwagę koszt urządzenia, potrzeby funkcjonalne danej osoby oraz dostępność konkretnego urządzenia.

Staw kolanowy

W przypadku amputacji udowej (powyżej kolana) istnieje również potrzeba złożonego łącznika zapewniającego artykulację, umożliwiającego zginanie podczas fazy wymachu, ale nie podczas stania. Ponieważ jego celem jest wymiana kolana, proteza stawu kolanowego jest najważniejszym elementem protezy dla osób po amputacji udowej. Funkcją dobrej protezy stawu kolanowego jest naśladowanie funkcji normalnego kolana, na przykład zapewnianie wsparcia strukturalnego i stabilności podczas fazy podparcia, ale możliwość zginania się w kontrolowany sposób podczas fazy wymachu. Dzięki temu użytkownicy mają płynny i energooszczędny chód oraz minimalizują wpływ amputacji. Protetyczne kolano połączone jest ze stopą protetyczną za pomocą podudzia, który zwykle wykonany jest z rurki aluminiowej lub grafitowej.

Jednym z najważniejszych aspektów protezy stawu kolanowego byłby mechanizm kontroli fazy podporu. Funkcją kontroli fazy podporu jest zapobieganie wyboczeniu nogi, gdy kończyna jest obciążona podczas przyjmowania ciężaru. Zapewnia to stabilność kolana w celu wsparcia zadania podparcia jednej kończyny w fazie podparcia i zapewnia płynne przejście do fazy wymachu. Kontrolę fazy podparcia można osiągnąć na kilka sposobów, w tym za pomocą blokad mechanicznych, względnego wyrównania elementów protetycznych, kontroli tarcia aktywowanej ciężarem i mechanizmów policentrycznych.

Sterowanie mikroprocesorowe

Aby naśladować funkcjonalność kolana podczas chodu, opracowano stawy kolanowe sterowane mikroprocesorem, które kontrolują zgięcie kolana. Oto kilka przykładów: C-leg Otto Bock , wprowadzony w 1997, Rheo Knee firmy Ossur , wydany w 2005, Power Knee firmy Ossur, wprowadzony w 2006, Plié Knee od Freedom Innovations i DAW Industries' Self Learning Knee (SLK ).

Pomysł został pierwotnie opracowany przez Kelly James, kanadyjskiego inżyniera z University of Alberta .

Mikroprocesor służy do interpretacji i analizy sygnałów z czujników kąta kolanowego i czujników momentu. Mikroprocesor odbiera sygnały z czujników w celu określenia rodzaju ruchu stosowanego przez osobę po amputacji. Większość stawów kolanowych sterowanych mikroprocesorem jest zasilana z baterii umieszczonej wewnątrz protezy.

Sygnały sensoryczne obliczone przez mikroprocesor są wykorzystywane do kontrolowania oporu generowanego przez siłowniki hydrauliczne w przegubie kolanowym. Małe zawory kontrolują ilość płynu hydraulicznego, który może przedostać się do i z cylindra, regulując w ten sposób rozciąganie i ściskanie tłoka połączonego z górną częścią kolana.

Główną zaletą protezy sterowanej mikroprocesorem jest bliższe zbliżenie do naturalnego chodu osoby po amputacji. Niektóre pozwalają osobom po amputacji chodzić w pobliżu prędkości chodzenia lub biegać. Możliwe są również zmiany prędkości, które są brane pod uwagę przez czujniki i przekazywane do mikroprocesora, który odpowiednio dostosowuje się do tych zmian. Umożliwia również osobom po amputacji schodzenie po schodach z podejściem krok po kroku, a nie podejściem krok po kroku stosowanym w przypadku mechanicznych kolan. Niektóre badania sugerują, że osoby z protezami sterowanymi mikroprocesorem zgłaszają większą satysfakcję i poprawę funkcjonalności, zdrowia kikuta i bezpieczeństwa. Ludzie mogą być w stanie wykonywać codzienne czynności z większą prędkością, nawet podczas wielozadaniowości, i zmniejszać ryzyko upadków.

Jednak niektóre mają pewne istotne wady, które utrudniają jego użycie. Mogą być podatne na uszkodzenia przez wodę, dlatego należy zachować szczególną ostrożność, aby proteza pozostała sucha.

Mioelektryczny

Myoelectric protezy wykorzystuje napięcie elektryczne generowane za każdym razem, gdy mięsień kurczy jako informacja. To napięcie może zostać wychwycone z dobrowolnie skurczonych mięśni przez elektrody przyłożone do skóry w celu kontrolowania ruchów protezy, takich jak zgięcie/wyprost łokcia, supinacja/pronacja nadgarstka (obrót) lub otwarcie/zamknięcie palców. Proteza tego typu wykorzystuje szczątkowy układ nerwowo-mięśniowy ludzkiego ciała do sterowania funkcjami protezy ręki, nadgarstka, łokcia lub stopy z napędem elektrycznym. Różni się to od protezy z przełącznikiem elektrycznym, która wymaga pasków i/lub linek uruchamianych ruchami ciała w celu uruchomienia lub obsługi przełączników, które kontrolują ruchy protezy. Nie ma jednoznacznych dowodów na to, że mioelektryczne protezy kończyn górnych działają lepiej niż protezy zasilane ciałem. Zalety stosowania mioelektrycznej protezy kończyny górnej obejmują możliwość poprawy wyglądu kosmetycznego (ten rodzaj protezy może mieć bardziej naturalny wygląd), może być lepsza w przypadku lekkich codziennych czynności i może być korzystna dla osób doświadczających bólu kończyn fantomowych . W porównaniu z protezą zasilaną przez ciało, proteza mioelektryczna może nie być tak wytrzymała, może mieć dłuższy czas treningu, może wymagać więcej regulacji, może wymagać większej konserwacji i nie zapewnia informacji zwrotnej dla użytkownika.

ZSRR jako pierwszy opracował ramię mioelektryczne w 1958 r., podczas gdy pierwsze ramię mioelektryczne zostało wprowadzone do obrotu w 1964 r. przez Centralny Instytut Badań Protetycznych ZSRR , a dystrybuowane przez fabrykę Hangar Limb w Wielkiej Brytanii .

Protezy robotyczne

Kontrola mózgu nad ruchem ręki protezy 3D (uderzenie w cele). Ten film został nagrany, gdy uczestnik kontrolował ruch 3D protezy ręki, aby trafić w fizyczne cele w laboratorium badawczym.

Roboty mogą być używane do generowania obiektywnych pomiarów upośledzenia i wyników terapii pacjenta, wspomagania diagnozy, dostosowywania terapii w oparciu o zdolności motoryczne pacjenta oraz zapewniania przestrzegania schematów leczenia i prowadzenia dokumentacji pacjenta. W wielu badaniach wykazano, że po udarze przy zastosowaniu robotyki do rehabilitacji kończyn górnych następuje znaczna poprawa funkcji motorycznych kończyny górnej. Aby robotyczna proteza kończyny działała, musi mieć kilka elementów, które integrują ją z funkcją organizmu: Bioczujniki wykrywają sygnały z układu nerwowego lub mięśniowego użytkownika. Następnie przekazuje te informacje do kontrolera znajdującego się wewnątrz urządzenia i przetwarza informacje zwrotne z kończyny i siłownika, np. pozycję lub siłę, i wysyła je do kontrolera. Przykłady obejmują elektrody powierzchniowe, które wykrywają aktywność elektryczną na skórze, elektrody igłowe wszczepione w mięsień lub macierze elektrod półprzewodnikowych z nerwami przechodzącymi przez nie. Jeden rodzaj tych bioczujników jest stosowany w protezach mioelektrycznych .

Urządzenie zwane kontrolerem jest połączone z układem nerwowym i mięśniowym użytkownika oraz samym urządzeniem. Wysyła polecenia intencji od użytkownika do siłowników urządzenia i interpretuje informacje zwrotne z czujników mechanicznych i biosensorów do użytkownika. Kontroler odpowiada również za monitorowanie i kontrolę ruchów urządzenia.

Siłownik naśladuje działań mięśnia w wytwarzaniu siły i ruchu. Przykłady obejmują silnik, który wspomaga lub zastępuje oryginalną tkankę mięśniową.

Ukierunkowana reinerwacja mięśniowa (TMR) to technika, w której nerwy ruchowe , które wcześniej kontrolowały mięśnie amputowanej kończyny, są chirurgicznie kierowane w taki sposób, że unerwiają mały obszar dużego, nienaruszonego mięśnia, takiego jak mięsień piersiowy większy . W rezultacie, gdy pacjent myśli o poruszeniu kciukiem brakującej ręki, zamiast tego skurczy się niewielki obszar mięśnia na jego klatce piersiowej. Umieszczając czujniki nad unerwionym mięśniem, można wywołać te skurcze, aby kontrolować ruch odpowiedniej części robotycznej protezy.

Wariant tej techniki nazywa się ukierunkowaną reinerwacją sensoryczną (TSR). Ta procedura jest podobna do TMR, z tą różnicą, że nerwy czuciowe są chirurgicznie kierowane do skóry na klatce piersiowej, a nie nerwy ruchowe do mięśni. Ostatnio kończyny robota poprawiły swoją zdolność odbierania sygnałów z ludzkiego mózgu i przekładania tych sygnałów na ruch w sztucznej kończynie. DARPA , dział badawczy Pentagonu, pracuje nad jeszcze większymi postępami w tej dziedzinie. Ich pragnieniem jest stworzenie sztucznej kończyny, która łączy się bezpośrednio z układem nerwowym .

Ramiona robota

Postępy w procesorach stosowanych w ramionach mioelektrycznych pozwoliły twórcom uzyskać lepsze dostrojenie kontroli protezy. Boston Cyfrowy Arm jest ostatnim sztuczne kończyny, które wykorzystał tych bardziej zaawansowanych procesorów. Ramię umożliwia ruch w pięciu osiach i umożliwia zaprogramowanie ramienia w celu uzyskania bardziej spersonalizowanego wyczucia. Ostatnio I-LIMB Hand , wynaleziona w Edynburgu w Szkocji, przez Davida Gow , stała się pierwszą dostępną na rynku protezą ręki z pięcioma indywidualnie zasilanymi palcami. Ręka posiada również ręcznie obracany kciuk, który jest obsługiwany pasywnie przez użytkownika i pozwala dłoni chwycić w trybie precyzyjnym, mocnym i klawiszowym.

Inną protezą neuronalną jest Laboratorium Fizyki Stosowanej Uniwersytetu Johnsa Hopkinsa Proto 1 . Oprócz Proto 1, uniwersytet ukończył również Proto 2 w 2010 roku. Na początku 2013 roku Max Ortiz Catalan i Rickard Brånemark z Chalmers University of Technology oraz Sahlgrenska University Hospital w Szwecji, zdołali stworzyć pierwsze ramię robota, które jest kontrolowany i może być trwale przymocowany do ciała (za pomocą osteointegracji ).

Bardzo przydatnym podejściem jest rotacja ramion, która jest powszechna w przypadku jednostronnych osób po amputacji, która jest amputacją obejmującą tylko jedną stronę ciała; a także niezbędne dla obustronnych osób po amputacji, osoby, która zaginęła lub której amputowano obie ręce lub nogi, do wykonywania codziennych czynności. Wiąże się to z umieszczeniem małego magnesu trwałego w dystalnym końcu szczątkowej kości osób z amputacją kończyny górnej. Kiedy badany obraca resztkowe ramię, magnes obraca się wraz z resztkową kością, powodując zmianę w rozkładzie pola magnetycznego. Sygnały EEG (elektroencefalogram), wykrywane za pomocą małych płaskich metalowych krążków przymocowanych do skóry głowy, zasadniczo dekodujących aktywność ludzkiego mózgu wykorzystywaną do ruchu fizycznego, są wykorzystywane do kontrolowania kończyn robota. Pozwala to użytkownikowi bezpośrednio kontrolować część.

Robotyczne protezy przezpiszczelowe

Badania nad nogami robotów poczyniły pewne postępy w czasie, umożliwiając dokładny ruch i kontrolę.

Naukowcy z Instytutu Rehabilitacji w Chicago ogłosili we wrześniu 2013 r., że opracowali nogę robota, która przekształca impulsy nerwowe z mięśni ud użytkownika na ruch, co jest pierwszą protezą nogi, która to zrobiła. Obecnie jest w fazie testów.

Hugh Herr, szef grupy biomechatroniki w Media Lab w MIT, opracował zrobotyzowaną nogę podudzia (PowerFoot BiOM).

Islandzka firma Össur stworzyła również zrobotyzowaną nogę podudzia ze zmotoryzowaną kostką, która porusza się przez algorytmy i czujniki, które automatycznie dostosowują kąt stopy w różnych punktach kroku użytkownika. Istnieją również bioniczne nogi sterowane mózgiem, które pozwalają osobie poruszać kończynami za pomocą bezprzewodowego nadajnika.

Problemy takie jak opadanie stopy są obecnie leczone za pomocą robotów ortez na kostkę stopy. Te nowo opracowane urządzenia torują drogę nowym metodom rehabilitacji. Można je dostosować do wymagań pacjenta, a badania sugerują, że w dużym stopniu pacjenci z problemami podobnymi do opadania stopy mogą odzyskać część utraconej sprawności ruchowej.

Projekt protezy

Głównym celem robotycznej protezy jest zapewnienie aktywnej aktywacji podczas chodu w celu poprawy biomechaniki chodu, w tym m.in. stabilności, symetrii czy wydatkowania energii u osób po amputacji. Obecnie na rynku dostępnych jest kilka napędzanych nóg protetycznych, w tym w pełni napędzane nogi, w których siłowniki bezpośrednio napędzają stawy, oraz nogi półaktywne, które zużywają niewielkie ilości energii i mały siłownik do zmiany właściwości mechanicznych nogi, ale nie nie wstrzykiwać pozytywnej energii netto do chodu. Konkretne przykłady obejmują The emPOWER od BionX, Proprio Foot od Ossur i Elan Foot od Endolite. Różne grupy badawcze również eksperymentowały z nogami robotów w ciągu ostatniej dekady. Główne zagadnienia, które są przedmiotem badań, obejmują projektowanie zachowania urządzenia podczas faz postawy i wymachu, rozpoznawanie bieżącego zadania poruszania się oraz różne problemy z projektem mechanicznym, takie jak wytrzymałość, waga, żywotność/wydajność baterii i poziom hałasu. Jednak naukowcy ze Stanford University i Seoul National University opracowali sztuczny system nerwowy, który pomaga czuć protezy kończyn. Ten syntetyczny układ nerwowy umożliwia protezy kończyn wyczuwanie alfabetu Braille'a , dotyk i reagowanie na otoczenie.

Wykorzystanie materiałów pochodzących z recyklingu

Protezy są wytwarzane z przetworzonych plastikowych butelek i pokrywek na całym świecie.

Przywiązanie do ciała

Większość protez można mocować na zewnątrz ciała w sposób nietrwały. Niektóre inne mogą być jednak doczepione na stałe. Jednym z takich przykładów są egzoprotezy (patrz poniżej).

Bezpośrednie przyleganie kości i osteointegracja

Osteointegracja to metoda mocowania sztucznej kończyny do ciała. Metoda ta jest również czasami określana jako egzoproteza (przymocowanie sztucznej kończyny do kości) lub endo-egzoproteza.

Metoda kikuta i zębodołu może powodować znaczny ból u osoby po amputacji, dlatego też szeroko badano bezpośrednie przyczepienie kości. Metoda polega na wprowadzeniu tytanowej śruby do kości na końcu kikuta. Po kilku miesiącach kość przyczepia się do śruby tytanowej, a łącznik jest mocowany do śruby tytanowej. Łącznik wystaje z kikuta i (zdejmowana) sztuczna kończyna jest następnie mocowana do łącznika. Niektóre z zalet tej metody obejmują:

  • Lepsza kontrola mięśni protezy.
  • Możliwość noszenia protezy przez dłuższy czas; przy metodzie kikuta i gniazda nie jest to możliwe.
  • Umiejętność prowadzenia samochodu przez osoby po amputacji udowej.

Główną wadą tej metody jest to, że osoby po amputacji z bezpośrednim przyczepem kości nie mogą mieć dużego wpływu na kończynę, takiego jak podczas biegania, ze względu na możliwość złamania kości.

Kosmetyka

Proteza kosmetyczna jest od dawna używana do maskowania urazów i zniekształceń. Dzięki postępowi w nowoczesnej technologii, cosmesis , tworzenie realistycznych kończyn wykonanych z silikonu lub PVC , stało się możliwe. Takie protezy, w tym sztuczne dłonie, można teraz zaprojektować tak, aby symulowały wygląd prawdziwych dłoni, wraz z piegami, żyłami, włosami, odciskami palców, a nawet tatuażami. Kosmetyki na zamówienie są zazwyczaj droższe (kosztują tysiące dolarów, w zależności od poziomu szczegółowości), podczas gdy standardowe kosmetyki są gotowe w różnych rozmiarach, chociaż często nie są tak realistyczne, jak ich odpowiedniki na zamówienie. Inną opcją jest wykonane na zamówienie silikonowe etui, które można dopasować do odcienia skóry osoby, ale bez szczegółów, takich jak piegi czy zmarszczki. Kosmetyki są przyczepiane do ciała na wiele sposobów, za pomocą kleju, przyssawki, dopasowanej, rozciągliwej skóry lub rękawa ze skóry.

Poznawanie

W przeciwieństwie do protez neuromotorycznych, protezy neuropoznawcze wyczuwają lub modulują funkcje nerwowe w celu fizycznego odtworzenia lub wzmocnienia procesów poznawczych, takich jak funkcje wykonawcze , uwaga , język i pamięć. Obecnie nie są dostępne żadne protezy neuropoznawcze, ale zaproponowano opracowanie wszczepialnych interfejsów neuropoznawczych mózg-komputer, które pomogą w leczeniu takich stanów, jak udar mózgu , urazowe uszkodzenie mózgu , porażenie mózgowe , autyzm i choroba Alzheimera . Ostatnia dziedzina Technologii Wspomagających Poznanie dotyczy rozwoju technologii mających na celu poszerzenie ludzkiego poznania. Urządzenia do planowania, takie jak Neuropage, przypominają użytkownikom z zaburzeniami pamięci, kiedy wykonywać określone czynności, takie jak wizyta u lekarza. Urządzenia z mikropodpowiedziami, takie jak PEAT, AbleLink i Guide, zostały wykorzystane do pomocy użytkownikom z problemami z pamięcią i funkcjami wykonawczymi w wykonywaniu codziennych czynności .

Wzmocnienie protetyczne

sierż. Jerrod Fields, nadzieja na biegacz paraolimpijski z World Class Athlete Program armii amerykańskiej, ćwiczy w Centrum Szkolenia Olimpijskiego USA w Chula Vista w Kalifornii. Fields po amputacji poniżej kolana zdobył złoty medal na 100 metrów z czasem 12.15 sekund na Igrzyskach Endeavour w Edmond, OK, 13 czerwca 2009 r.

Oprócz standardowej sztucznej kończyny do codziennego użytku, wielu pacjentów po amputacji lub wrodzonych ma specjalne kończyny i urządzenia ułatwiające udział w zajęciach sportowych i rekreacyjnych.

W science fiction, a ostatnio w środowisku naukowym , rozważano zastosowanie zaawansowanych protez w celu zastąpienia zdrowych części ciała sztucznymi mechanizmami i systemami poprawiającymi funkcjonowanie. Moralność i atrakcyjność takich technologii są przedmiotem debaty transhumanistów , innych etyków i innych w ogóle. Części ciała, takie jak nogi, ręce, dłonie, stopy i inne, można wymienić.

Wydaje się, że pierwszy eksperyment ze zdrowym osobnikiem był przeprowadzony przez brytyjskiego naukowca Kevina Warwicka . W 2002 roku implant został podłączony bezpośrednio do układu nerwowego Warwicka. Zestaw elektrod , który zawierał około stu elektrod , został umieszczony w nerwie pośrodkowym . Wygenerowane sygnały były na tyle szczegółowe, że ramię robota było w stanie naśladować ruchy ramienia Warwicka i ponownie zapewniać rodzaj dotykowej informacji zwrotnej za pośrednictwem implantu.

DEKA firma Dean Kamen opracował „ramię Luke'a”, zaawansowany nerwów kontrolowane protezę . Badania kliniczne rozpoczęły się w 2008 r., z aprobatą FDA w 2014 r., a produkcja komercyjna przez Universal Instruments Corporation jest oczekiwana w 2017 r. Oczekuje się, że cena oferowana w sprzedaży detalicznej przez Mobius Bionics wyniesie około 100 000 USD.

Dalsze badania przeprowadzone w kwietniu 2019 r. Udoskonalono funkcje protetyczne i komfort spersonalizowanych systemów do noszenia drukowanych w 3D. Zamiast ręcznej integracji po drukowaniu, integracja czujników elektronicznych na przecięciu protezy z tkanką noszącego może gromadzić informacje, takie jak nacisk na tkankę noszącego, co może pomóc w ulepszeniu dalszej iteracji tego rodzaju protezy.

Oskar Pistorius

Na początku 2008 roku Oscar Pistorius , „Blade Runner” z Republiki Południowej Afryki, został przez krótki czas wykluczony z udziału w Letnich Igrzyskach Olimpijskich 2008, ponieważ jego kończyny z protezą podudziową dawały mu nieuczciwą przewagę nad biegaczami, którzy mieli kostki. Jeden z badaczy odkrył, że jego kończyny zużywały o dwadzieścia pięć procent mniej energii niż sprawny biegacz poruszający się z tą samą prędkością. Orzeczenie to zostało uchylone w postępowaniu apelacyjnym, a sąd apelacyjny stwierdził, że nie uwzględniono całego zestawu zalet i wad kończyn Pistoriusa.

Pistorius nie zakwalifikował się do reprezentacji RPA na igrzyska olimpijskie, ale przeszedł na Letnie Igrzyska Paraolimpijskie 2008 i został uznany za kwalifikujący się do jakichkolwiek przyszłych igrzysk olimpijskich. Zakwalifikował się do Mistrzostw Świata 2011 w Korei Południowej i dotarł do półfinału, w którym zakończył ostatni raz, był 14. w pierwszej serii, a jego rekord życiowy na 400 m dałby mu 5. miejsce w finale. Na Letnich Igrzyskach Olimpijskich 2012 w Londynie, Pistorius został pierwszym biegaczem po amputacji, który wziął udział w igrzyskach olimpijskich. Pobiegł w półfinale biegu na 400 metrów oraz w finale sztafety 4×400 metrów . Brał również udział w 5 imprezach na Letnich Igrzyskach Paraolimpijskich 2012 w Londynie.

Rozważania projektowe

Podczas projektowania protezy przez piszczel należy wziąć pod uwagę wiele czynników. Producenci muszą dokonywać wyborów dotyczących ich priorytetów w odniesieniu do tych czynników.

Wydajność

Niemniej jednak istnieją pewne elementy mechaniki nasadki i stopy, które są nieocenione dla sportowców, a na nich skupiają się dzisiejsze firmy zajmujące się zaawansowanymi technologiami protetycznymi:

  • Dopasowanie – osoby wysportowane/aktywne po amputacji lub z pozostałościami kostnymi mogą wymagać dokładnego dopasowania zębodołu; mniej aktywni pacjenci mogą czuć się komfortowo dzięki dopasowaniu „total contact” i żelowej wyściółce
  • Magazynowanie i zwrot energii – magazynowanie energii pozyskiwanej poprzez kontakt z ziemią i wykorzystanie tej zmagazynowanej energii do napędu
  • Absorpcja energii – minimalizacja efektu dużego wpływu na układ mięśniowo-szkieletowy
  • Zgodność z podłożem – stabilność niezależna od rodzaju i kąta terenu
  • Rotacja – łatwość zmiany kierunku
  • Waga – maksymalizacja komfortu, równowagi i szybkości
  • Zawieszenie – jak gniazdo połączy się i dopasuje do kończyny

Inne

Kupującego martwi również wiele innych czynników:

  • Kosmetyki
  • Koszt
  • Łatwość użycia
  • Dostępność rozmiaru

Wolność od kosztów i źródeł

Wysoki koszt

W USA typowa proteza kończyny kosztuje od 15 000 do 90 000 USD, w zależności od rodzaju kończyny pożądanego przez pacjenta. W przypadku ubezpieczenia medycznego pacjent zazwyczaj zapłaci 10%-50% całkowitego kosztu protezy kończyny, podczas gdy firma ubezpieczeniowa pokryje resztę kosztów. Procent, jaki pacjent płaci, różni się w zależności od rodzaju planu ubezpieczeniowego, a także kończyny, o którą prosi pacjent. W Wielkiej Brytanii, dużej części Europy, Australii i Nowej Zelandii cały koszt protez kończyn pokrywany jest z funduszy państwowych lub z ustawowego ubezpieczenia. Na przykład w Australii protezy są w pełni finansowane z programów stanowych w przypadku amputacji z powodu choroby oraz z odszkodowań dla pracowników lub ubezpieczenia od wypadków drogowych w przypadku większości urazowych amputacji. Narodowy Program Ubezpieczenia Niepełnosprawności , który jest wdrażany na poziomie krajowym pomiędzy 2017 a 2020 płaci również za protez.

Transradial (poniżej amputacji łokcia) oraz protezy transtibial (poniżej amputacji kolanowego) zwykle kosztować od USA $ 6.000 $ 8.000, a transfemoral (powyżej amputacji kolanowego) i transhumeral protetyka (powyżej amputacji łokcia) Koszt około dwa razy tyle, o zasięgu od 10 000 do 15 000 USD, a czasami może osiągnąć koszty 35 000 USD. Koszt sztucznej kończyny często się powtarza, podczas gdy kończyna zwykle wymaga wymiany co 3–4 lata ze względu na zużycie podczas codziennego użytkowania. Ponadto, jeśli gniazdo ma problemy z dopasowaniem, gniazdo należy wymienić w ciągu kilku miesięcy od wystąpienia bólu. Jeśli wysokość stanowi problem, komponenty, takie jak pylony, można zmienić.

Pacjent musi nie tylko płacić za liczne protezy kończyn, ale także płacić za fizjoterapię i terapię zajęciową, która wiąże się z przystosowaniem się do życia ze sztuczną kończyną. W przeciwieństwie do powtarzających się kosztów protez kończyn, pacjent zazwyczaj zapłaci za terapię od 2000 do 5000 USD w ciągu pierwszego lub dwóch lat życia po amputacji. Gdy pacjent jest już silny i czuje się komfortowo z nową kończyną, nie będzie już musiał chodzić na terapię. Przewiduje się, że przez całe życie typowa osoba po amputacji przejdzie leczenie warte 1,4 miliona dolarów, w tym operacje, protetykę i terapie.

Niska cena

Niedrogie protezy nad kolanem często zapewniają jedynie podstawowe wsparcie strukturalne o ograniczonej funkcji. Ta funkcja jest często osiągana w przypadku prymitywnych, nieprzegubowych, niestabilnych lub ręcznie blokowanych stawów kolanowych. Ograniczona liczba organizacji, takich jak Międzynarodowy Komitet Czerwonego Krzyża (MKCK), tworzy urządzenia dla krajów rozwijających się. Ich urządzenie, które jest produkowane przez CR Equipments, to jednoosiowy, ręcznie obsługiwany, blokowany polimerowy staw kolanowy.

Tabela. Lista technologii stawu kolanowego na podstawie przeglądu literatury.

Nazwa technologii (kraj pochodzenia) Krótki opis Najwyższy poziom

dowód

Kolano MKCK (Szwajcaria) Jednoosiowa z ręczną blokadą Pole niezależne
ATLAS kolano (Wielka Brytania) Tarcie aktywowane ciężarem Pole niezależne
POF/OTRC kolano (USA) Jednoosiowa z zewn. wspierać Pole
DAV/Seattle kolano (USA) Zgodny policentryczny Pole
KOŃCZYNY Międzynarodowe kolano M1 (USA) Czterotaktowy Pole
JaipurKolano (Indie) Czterotaktowy Pole
LCKnee (Kanada) Jednoosiowa z automatyczną blokadą Pole
Nie podano (Nepal) Jednoosiowa Pole
Nie podano (Nowa Zelandia) Jednoosiowa formowana rotacyjnie Pole
Nie podano (Indie) Sześciotaktowy z przysiadami Rozwój techniczny
Kolano tarcia (USA) Tarcie aktywowane ciężarem Rozwój techniczny
Kolano klinowe (Australia) Tarcie aktywowane ciężarem Rozwój techniczny
SATHI kolano cierne (Indie) Tarcie aktywowane ciężarem Dostępne ograniczone dane
Niedrogie protezy kończyn nad kolanem: kolano ICRC (po lewej) i kolano LC (po prawej)

Plan taniej sztucznej nogi, zaprojektowany przez Sébastiena Dubois, został zaprezentowany na Międzynarodowej Wystawie Designu i pokazie nagród w 2007 roku w Kopenhadze w Danii, gdzie zdobył Index: Award . Byłaby w stanie stworzyć protezę nogi zwracającą energię za 8 USD , składającą się głównie z włókna szklanego .

Przed latami 80. protezy stóp przywracały jedynie podstawowe możliwości chodzenia. Te wczesne urządzenia charakteryzują się prostym sztucznym przyczepem łączącym kikut kończyny z podłożem.

Wprowadzenie Seattle Foot (Seattle Limb Systems) w 1981 roku zrewolucjonizowało tę dziedzinę, wysuwając na pierwszy plan koncepcję Energy Storage Prosthetic Foot (ESPF). Inne firmy wkrótce poszły w ich ślady i wkrótce na rynku pojawiło się wiele modeli protez magazynujących energię. W każdym modelu zastosowano pewną odmianę ściśliwego obcasa. Pięta jest ściskana podczas początkowego kontaktu z podłożem, magazynując energię, która jest następnie zwracana podczas późniejszej fazy kontaktu z podłożem, aby pomóc w napędzaniu ciała do przodu.

Od tego czasu branża protetyczna stóp jest zdominowana przez stałą, niewielką poprawę wydajności, komfortu i zbywalności.

Dzięki drukarkom 3D możliwe jest wyprodukowanie pojedynczego produktu bez konieczności posiadania metalowych form , dzięki czemu koszty można drastycznie obniżyć.

Jaipur Foot , sztuczna kończyna z Jaipur w Indiach , kosztuje około 40 USD.

Robotyczna proteza typu open source

Obecnie istnieje otwarte forum protetyczne znane jako „ Otwarty projekt protetyczny ”. Grupa zatrudnia współpracowników i wolontariuszy, aby rozwijać technologię protetyczną, jednocześnie próbując obniżyć koszty tych niezbędnych urządzeń. Open Bionics to firma, która opracowuje robotyczne protezy rąk typu open source. Wykorzystuje druk 3D do produkcji urządzeń i tanich skanerów 3D do ich montażu, w celu obniżenia kosztów wykonania niestandardowych protez. Badanie przeglądowe dotyczące szerokiej gamy drukowanych protez rąk wykazało, że chociaż technologia druku 3D daje obietnicę zindywidualizowanego projektu protezy, niekoniecznie jest tańsza, gdy uwzględni się wszystkie koszty. To samo badanie wykazało również, że wciąż brakuje dowodów na funkcjonalność, trwałość i akceptację użytkowników protez dłoni drukowanych w 3D.

Tania protetyka dla dzieci

Sztuczne kończyny dla młodocianego ocalałego z talidomidu 1961-1965

W USA oszacowano, że 32 500 dzieci (<21 lat) cierpi na poważną amputację pediatryczną, z 5525 nowymi przypadkami każdego roku, z czego 3315 wrodzonymi.

Carr i in. (1998) badali amputacje spowodowane minami lądowymi w Afganistanie, Bośni i Hercegowinie, Kambodży i Mozambiku wśród dzieci (<14 lat), wykazując odpowiednio 4,7, 0,19, 1,11 i 0,67 na 1000 dzieci. Mohan (1986) wskazał w Indiach na 424 000 osób po amputacji (23 500 rocznie), z czego 10,3% miało początek niepełnosprawności w wieku poniżej 14 lat, co w samych Indiach daje łącznie około 43 700 dzieci z niedoborem kończyn.

Niewiele tanich rozwiązań zostało stworzonych specjalnie dla dzieci. Przykłady tanich urządzeń protetycznych obejmują:

Polak i kula

Ten ręczny kij ze skórzaną opaską lub platformą na kończynę jest jednym z najprostszych i najtańszych znalezionych rozwiązań. Służy dobrze jako rozwiązanie krótkoterminowe, ale jest podatny na szybkie powstawanie przykurczów, jeśli kończyna nie jest rozciągana codziennie poprzez serię serii zakresów ruchu (RoM).

Kończyny z bambusa, PCV lub gipsu

To również dość proste rozwiązanie obejmuje kielich gipsowy z rurką z bambusa lub PCV na dole, opcjonalnie przymocowany do stopy protetycznej. To rozwiązanie zapobiega przykurczom, ponieważ kolano jest przesuwane przez cały zakres RoM. Kolekcja Davida Wernera, internetowa baza danych pomocy niepełnosprawnym dzieciom ze wsi, wyświetla instrukcje tworzenia tych rozwiązań.

Regulowana kończyna rowerowa

To rozwiązanie jest zbudowane przy użyciu sztycy rowerowej skierowanej do góry nogami jako stopy, co zapewnia elastyczność i (długość) regulacji. Jest to bardzo tanie rozwiązanie, wykorzystujące lokalnie dostępne materiały.

Sathi kończyna

Jest to modułowa kończyna dolna endoszkieletowa z Indii, w której zastosowano elementy termoplastyczne. Jego główne zalety to niewielka waga i zdolność adaptacji.

Monolimb

Monolimbs są protezami niemodułowymi i dlatego wymagają bardziej doświadczonego protetyka do prawidłowego dopasowania, ponieważ po produkcji prawie nie można zmienić ustawienia. Ich trwałość jest jednak przeciętnie lepsza niż tanich rozwiązań modułowych.

Perspektywy teorii kulturowej i społecznej

Wielu teoretyków badało znaczenie i implikacje protetycznego wydłużenia ciała. Elżbieta Grosz pisze: „Stworzenia używają narzędzi, ozdób i urządzeń, aby zwiększyć swoje zdolności cielesne. Czy ich organizmom brakuje czegoś, co muszą zastąpić sztucznymi lub zastępczymi narządami?… Lub odwrotnie, protezy należy rozumieć w kategoriach estetyczna reorganizacja i proliferacja, jako konsekwencja wynalazczości, która funkcjonuje poza pragmatyczną potrzebą, a być może wbrew jej potrzebom?” Elaine Scarry twierdzi, że każdy artefakt odtwarza i wydłuża ciało. Krzesła uzupełniają szkielet, narzędzia dodają dłonie, odzież wzmacnia skórę. Według Scarry'ego „meble i domy nie są ani bardziej, ani mniej wnętrzem ludzkiego ciała niż pożywienie, które wchłania, ani nie różnią się zasadniczo od tak wyrafinowanych protez, jak sztuczne płuca, oczy i nerki. na zewnątrz, otwierając ją na i jako kulturę przedmiotów”. Mark Wigley , profesor architektury, kontynuuje ten tok myślenia o tym, jak architektura uzupełnia nasze naturalne możliwości i twierdzi, że „wszystkie protezy powodują rozmycie tożsamości”. Niektóre z tych prac opierają się na wcześniejszej charakterystyce stosunku człowieka do przedmiotów dokonanego przez Freuda jako relacji rozciągłości.

Znani użytkownicy wyrobów protetycznych

Zobacz też

Bibliografia

Cytaty

Źródła

Zewnętrzne linki