Zewnętrzne kończyny protetyczne

Ostatni postęp zarówno w dziedzinie materiałoznawstwa, jak i technologii zaowocował znacznymi postępami w dziedzinie protez kończyn. Choć kuszące jest wyobrażanie sobie tych kończyn jako dających użytkownikowi jakąś nadludzką przewagę, w rzeczywistości badacze starają się obecnie po prostu odtworzyć funkcjonalność i zakres ruchu zdrowej ludzkiej kończyny. Jest to trudniejsze niż się wydaje.

Pomyśl o tym – jeśli swędzi cię nos, drapiesz go. Ale zastanów się przez chwilę, jak właściwie to robisz. Po pierwsze, musisz zgiąć łokieć, jednocześnie podnosząc przedramię, tak aby znalazło się ono w odpowiedniej pozycji blisko nosa. Następnie należy obrócić przedramię pod odpowiednim kątem, tak aby palec mógł dosięgnąć nosa, a następnie wyciągnąć palec i wielokrotnie przesuwać go w górę i w dół po swędzącym miejscu. A wszystko to trzeba robić z odpowiednim naciskiem, aby powstrzymać swędzenie, ale bez zdrapywania skóry. Jak można sobie wyobrazić, stworzenie zrobotyzowanej kończyny, która wykonywałaby wszystkie te czynności płynnie, łatwo i szybko, jest nie lada wyzwaniem.

Więc podczas gdy przybicie piątki lub wejście po schodach może nie wydawać się bardzo skomplikowaną czynnością, za kulisami (lub wewnątrz głowy) Twój mózg nieustannie pracuje, aby pomóc Ci wykonać nawet najprostsze gesty. Nerwy, mięśnie, synapsy, kory mózgowe – wszystkie one muszą działać płynnie, abyś mógł wykonywać te zadania.

To właśnie tę interakcję między myślą, działaniem i reakcją badacze na całym świecie próbują odtworzyć w swoich bionicznych technologiach.

Dostępna jest już pewna liczba bionicznych protez kończyn, które zaczynają naśladować niektóre funkcje oryginalnych utraconych kończyn. Inne są nadal na etapie badań i rozwoju, ale są bardzo obiecujące. Przyjrzyjmy się niektórym z nich.

Kończyny mioelektryczne

Tradycyjnie, protezy kończyn górnych były zasilane przez ciało, przy użyciu kabli i uprzęży przymocowanych do osoby i polegających na ruchach ciała w celu manipulowania kablami, które kontrolują protezę. Może to być fizycznie męczące, uciążliwe i nienaturalne.

Kończyny mioelektryczne są zasilane zewnętrznie, wykorzystując baterię i system elektroniczny do kontroli ruchu. Każda proteza jest wykonywana na zamówienie, mocowana do kończyny szczątkowej za pomocą technologii ssania.

Po bezpiecznym zamocowaniu urządzenia, wykorzystuje ono elektroniczne czujniki do wykrywania nawet najmniejszych śladów aktywności mięśni, nerwów i aktywności elektrycznej w pozostałej kończynie. Ta aktywność mięśni jest przekazywana na powierzchnię skóry, gdzie jest wzmacniana i przesyłana do mikroprocesorów, które wykorzystują te informacje do sterowania ruchami sztucznej kończyny.

W oparciu o psychiczne i fizyczne bodźce dostarczane przez użytkownika, kończyna porusza się i działa podobnie jak naturalny wyrostek. Zmieniając intensywność ruchu swoich istniejących mięśni funkcjonalnych, użytkownik może kontrolować takie aspekty jak siła, szybkość i chwyt w bionicznej kończynie. Jeśli sygnały mięśniowe nie mogą być wykorzystane do sterowania protezą, można użyć przełączników z rocker, pull-push lub touch pad. Poprawę zręczności uzyskuje się poprzez dodanie czujników i zmotoryzowanych elementów sterujących, co umożliwia użytkownikom wykonywanie takich zadań, jak używanie klucza do otwierania drzwi lub wyjmowanie kart z portfela.

Jedną z cech tej technologii jest funkcja „autograsp”, która automatycznie dostosowuje napięcie, gdy wykryje zmianę okoliczności (np. trzymanie szklanki, która jest następnie napełniana wodą). Dodatkową zaletą kończyny mioelektrycznej jest to, że podobnie jak tradycyjne urządzenia zasilane energią z ciała, może ona być wykonana tak, aby odtworzyć wygląd naturalnej kończyny.

Wadą tej technologii jest to, że bateria i silnik wewnątrz niej sprawiają, że jest ona ciężka, jest droga i istnieje niewielkie opóźnienie czasowe pomiędzy wysłaniem polecenia przez użytkownika a przetworzeniem tego polecenia przez komputer i przekształceniem go w działanie.

Osseointegracja

Inny przełom w dziedzinie bionicznych kończyn jest znany jako „osseointegracja” (OI). Pochodzi ona od greckiego słowa „osteon”, oznaczającego kość, oraz łacińskiego „integrare”, oznaczającego „czynić całość”. Proces ten polega na stworzeniu bezpośredniego kontaktu pomiędzy żywą kością a powierzchnią syntetycznego, często tytanowego implantu.

Procedura ta została po raz pierwszy przeprowadzona w 1994 roku i wykorzystuje zintegrowany ze szkieletem tytanowy implant, połączony poprzez otwór (stomię) w kończynie szczątkowej z zewnętrzną protezą kończyny. Bezpośrednie połączenie protezy z kością ma kilka zalet:

1. Zapewnia większą stabilność i kontrolę oraz może zmniejszyć ilość wydatkowanej energii.
2. Nie wymaga ssania do zawieszenia, co ułatwia i zwiększa komfort użytkownika.
3. Nośność ciężaru jest przywracana do kości udowej, stawu biodrowego, piszczeli lub innej kości, zmniejszając możliwość degeneracji i zaniku, które mogą towarzyszyć tradycyjnym protezom.

Tradycyjnie, procedura wymaga dwóch operacji. Pierwszy obejmuje wprowadzenie tytanowych implantów do kości i, często, rozległą rewizję tkanek miękkich. Drugi etap, około sześć do ośmiu tygodni później, obejmuje wyłonienie stomii i przymocowanie okuć łączących implant z zewnętrzną protezą nogi. Stopniowo, kość i mięśnie zaczynają rosnąć wokół implantu tytanowego po stronie kostnej, tworząc funkcjonalną bioniczną nogę. Zewnętrzna proteza może być łatwo mocowana i zdejmowana z zaczepuGLOSSARYabutment – część implantu, która wystaje przez tkanki i jest przeznaczona do podtrzymywania protezy. w ciągu kilku sekund. Niedawno australijski chirurg Associate Professor Munjed Al Muderis był w stanie wykonać zabieg w trakcie jednej operacji.

Ponieważ proteza jest przymocowana bezpośrednio do kości, ma większy zakres ruchu, kontroli i, w niektórych przypadkach, pozwoliła noszącym rozróżniać dotykowe różnice między powierzchniami (takimi jak dywan i płytki) poprzez osseopercepcję.

Trening gita, wzmacnianie i rehabilitacja to ważne elementy postępowania przed i po operacji. Wielu pacjentów korzystających z nowej technologii już po kilku tygodniach od operacji było w stanie samodzielnie chodzić i odzyskało znaczną część swojej jakości życia.

Ciągły rozwój w dziedzinie OI to wprowadzenie produktów, które wykorzystują porowatą konstrukcję metalową, taką jak pianka tytanowa. Tradycyjne konstrukcje OI przeznaczone dla kości udowej nie sprawdziły się w przypadku zastosowania ich na piszczeli, ponieważ struktura kostna bliższej kości piszczelowej jest wysoce gąbczasta. Jednak wraz z rozwojem technologii pianki tytanowej, zastosowanie OI zostało rozszerzone na amputacje przez piszczel. Profesor Al Muderis jest pionierem w dziedzinie implantów z pianki drukowanej w 3D, które są z powodzeniem stosowane u osób po amputacjach przez piszczel. Te wydrukowane w 3D metalowe pianki mogą promować i przyczyniać się do infiltracji kości oraz tworzenia i wzrostu systemów naczyniowych w określonym obszarze. W ten sposób porowata, podobna do kości pianka metalowa pozwala na rozpoczęcie aktywności osteoblastuGLOSSARYosteoblasta komórka, która wydziela substancję kości.

Odbiorcy procedury OI mówią, że czują się prawie jak w rzeczywistości. Wady tego typu protez polegają na tym, że są one kosztowne (zazwyczaj ponad 80 000 A$) i nie nadają się dla wielu typów amputowanych osób.

.