Протезирование конечностей – спортивные протезы. История имплантируемой техники. Протезы конечностей

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к протезированию и протезостроению. Насадка дополнительно содержит поворотную раму, планку, ось вращения, стандартный узел крепления к протезу и вторую пружинящую губу, которая разнесена относительно первой губы. Обе губы жестко соединены с поворотной рамой, соединенной осью вращения с планкой, снабженной стандартным узлом крепления к рабочему протезу. Технический результат заключается в создании насадки к рабочему протезу верхней конечности для езды на велосипеде (мопеде), обеспечивающей легкий и удобный схват руля велосипеда (мопеда, а также и черенка лопаты, граблей, тяпки, вил и т.д.), возможность управления велосипедом и опирания на его руль, автоматическое рассоединение с рулем в аварийной ситуации, а также при необходимости возможность проведения сельхозработ. 3 ил.

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно протезированию и протезостроению. Известны щипцы - кольцо с активным раскрытием Н352 А, содержащие неподвижную и подвижную губы, пружину схвата и механизм активного раскрытия, обеспечивающие схват и удержание (за счет пружины схвата) круглых и плоских предметов и возможность раскрытия губ за счет наличия механизма активного раскрытия . Недостатком аналога является необходимость специальных действий пациента при езде на велосипеде для рассоединения насадки с рулем в аварийной ситуации. Наиболее близким аналогом по технической сущности (прототипом) является захват для штамповщика Н-388, содержащий пружинящую губу, регулируемую губу и механизм регулировки зазора между пружинящей и регулируемой губами, обеспечивающие возможность захвата и удержание листового или иного материала . Недостатками прототипа являются отсутствие возможности надежного схвата и удержания круглых предметов и отсутствие шарнира поворота губ относительно узла соединения насадки с приемной гильзой для обеспечения возможности поворота руля на значительные углы при маневрах во время езды на велосипеде (мопеде). Задачей предлагаемого изобретения является создание насадки к рабочему протезу верхней конечности для еды на велосипеде (мопеде), обеспечивающей легкий и удобный схват руля велосипеда (мопеда, а также и черенка лопаты, граблей тяпки, вил и т. д.), возможность управления велосипедом и опирание на его руль, автоматическое рассоединение с рулем в аварийной ситуации, а также, при необходимости, возможность проведения сельхозработ. Указанная цель достигается тем, что в насадке к рабочему протезу верхней конечности для езды на велосипеде (мопеде), содержащей пружинящую губу, отличительной особенностью является то, что она дополнительно содержит поворотную раму, планку, ось вращения, стандартный узел крепления к протезу и вторую пружинящую губу, которая разнесена относительно первой губы, обе губы жестко соединены с поворотной рамой, соединенной осью вращения с планкой, снабженной стандартным узлом крепления к рабочему протезу. Совокупность приведенных признаков, обеспечивающих надежный схват рукоятки велосипеда, возможность управления при езде на велосипеде и автоматическое расцепление насадки с рулем в аварийной ситуации, не обнаружена в науке и технике до даты подачи заявки, что соответствует требованию "новизна". Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "положительный эффект". Помимо этого, авторами не обнаружено подобных решений, следовательно, совокупность существенных признаков отвечает критерию изобретения "существенные отличия". Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, представленными на фигурах 1, 2, 3. Насадка к рабочему протезу для езды на велосипеде (мопеде) содержит две пружинящие губы 1, поворотную раму 2, ось 3, планку 4 и стандартный узел крепления к рабочему протезу 5. Насадка к рабочему протезу для езды на велосипеде функционирует следующим образом. С помощью стандартного узла насадка крепится к приемной гильзе рабочего протеза руки, затем насадка подводится к рукоятке велосипеда (мопеда) так, чтобы рукоятка руля оказалась между верхними и нижними концами обеих пружинящих губ, затем нажатием на поворотную раму в сторону рукоятки руля осуществляется схват. При езде на велосипеде (мопеде) при вращении руля в процессе управления поворотная рама вращается относительно планки и предплечья и оси 3. На фиг. 3 показаны на развертке пружинящей губы эпюры изгибающих моментов от единичных сил P A =1 и P B =1. Из сопромата известно, что для консольной балки, нагруженной поперечной силой, прогиб определяется по формуле: W= PL 3 /(3EJ)= ML 2 /(3EJ); где ML/2 - площадь эпюры изгибающего момента, действующего на консольную балку, то есть прогиб тем больше, чем больше площадь эпюры изгибающих моментов и чем длиннее консоль балки L. Естественно предположить, что и в нашем случае это справедливо, тогда из фиг. 3 видим, что, когда рукоятка находится в положении захвата (точка Б), усилие P B , необходимое для отжатия пружинящих губ и проскальзывания рукоятки дальше, если опереться на насадку, должно быть в десятки раз больше, да и угол поворотной рамы является упором, препятствующим дальнейшему проскальзыванию рукоятки. В случае аварийной ситуации при расцепке насадки с рукояткой руля возникающая сила P BA создает момент , отгибающий пружинящие губы и обеспечивающий расцепление. Как видно из фиг. 3, P BA будет приблизительно в 2-3 раза больше, чем P A . Реальную геометрию и поперечное сечение пружинящих губ легко подобрать для различных рукояток и различных весовых категорий инвалидов. Применение предлагаемой насадки даст большой социально-психологический и медико-реабилитационный эффект. Источники информации: 1. Справочник по протезированию под редакцией В. И. Филатова, Л., "Медицина", 1978, с. 173, табл. 15 "Насадки к рабочим протезам рук", с. 175, рис.96, N8. 2. Там же, с. 175, рис.96, N11 (прототип).

Формула изобретения

Насадка к рабочему протезу верхней конечности для езды на велосипеде (мопеде), содержащая пружинящую губу, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит поворотную раму, планку, ось вращения, стандартный узел крепления к протезу и вторую пружинящую губу, которая разнесена относительно первой губы, обе губы жестко соединены с поворотной рамой, соединенной осью вращения с планкой, снабженной стандартным узлом крепления к рабочему протезу, при этом геометрию и поперечное сечение пружинящих губ подбирают для различных рукояток и различных весовых категорий инвалидов.

Мы уже в полной мере можем почувствовать на себе все преимущества зубных , которые создаются при помощи 3d принтеров. Это конкурентоспособное решение во многих моментах выигрывает перед классическими заменителями. Но что говорить о других частях тела? Насколько возможно их успешное протезирование, а также как сильно эти изделия компенсируют нехватку того или иного органа?

Дениз Шиндлер (Denise Schindler) – участница параолимпийских игр, родом из Германии, с недостающей ногой. Она завоевала серебряную медаль на соревнованиях 2012 года, которые проходили в Лондоне. Дениз потеряла часть ноги, которая находилась ниже колена, в детстве, в результате аварии. В настоящий момент она использует специально разработанный для езды на велосипеде протез.

Дизайнер Пол Сохи (Paul Sohi) работает над 3d печатным протезом конечности, который покажет свои возможности на паралимпийских играх 2016 года в Рио.

«Это будет первый в мире, созданный на 3d принтере протез, который используется на параолимпийских играх. Наши технологии уже достаточно мощные и разумные, чтобы начать сдвигать парадигмы в этой отрасли», говорит Пол Сохи.

Первые протезы Шиндлер были изготовлены вручную. Изготовление протезов человеком – дорогостоящий и трудоемкий процесс, поэтому на 3d печать возлагаются особые надежды. Изделия, созданные при помощи 3d принтеров, хотя и стоят довольно дорого, но ни на йоту не уступают в надежности классическим протезам. Сохи, в работе над 3d протезом, тщательно изучал стандартную замену, которую использовала Дениз.

«Процесс ручного изготовления протезов в настоящий момент занимает довольно много времени. Но 3d принтеры способны в десятки раз ускорить процедуру их создания. В отличие от стандартных методов, в качестве основного материала может использоваться прочное углеродное волокно».

В своей работе Сохи использует программный пакет Fusion 360, в котором он может создавать трехмерные модели протезов на основе данных, полученных в процессе 3d сканирования остатков ноги.

«Fusion 360 – это программный пакет, который позволяет одновременно создавать модели, анимировать их и производить множество других операций. При помощи этого продукта, мы можем оперативно вносить корректировки в модель протеза, а также наблюдать за тем, как происходит процесс печати. Последний этап очень важен, так как мы наблюдаем за всеми изменениями материалов, которые происходят в процессе формирования объекта».

Сохи рассматривает этот проект не как возможность помочь человеку передвигаться пешком, а как возможность получить золотую медаль на параолимпийских играх. Это значит, что он должен рассматривать множество факторов, таких как эргономика и аэродинамика. Особенно важным является последний пункт, так как именно от этого показателя зависят скорость и стабильность велосипедиста на трассе.

«Возможность цифрового распространения протезов позволит демократизировать процесс производства, и уже совсем скоро, каждый желающий сможет получить свое изделие в любой точке мира. Это очень важный шаг в становлении будущего протезирования».

Шиндлер будет обучаться передвигаться с новым протезом на различных дорогах Рио-де-Жанейро. Ее искусственная нога была распечатана в нескольких вариациях, но в итоге, производитель решил сделать ее составной, а в качестве основного материала использовать поликарбонат.

Дениз в настоящий момент проходит обучение именно с последней версией, но у нее остается еще масса времени для того, чтобы дизайнер смог повысить аэродинамические характеристики.

Дениз Шиндлер – это не только классический представитель целеустремленного человека, но и образец для подражания для тех людей, у которых полностью или частично отсутствуют некоторые конечности.

«Новая технология меня полностью удовлетворяет, но моя основная цель – сделать спортивный мир открытым для всех, у кого отсутствуют конечности. Существует большая разница между людьми, у которых просто нет руки или ноги и теми, кто может позволить себе жить с этим полноценно».

Успех этого проекта будет зависеть от того, как участники и судьи отнесутся к протезу. Если он даст неоспоримое преимущество владельцу то, как это повлияет на результат? Будут ли судьи лояльными, или же сочтут это за махинацию? Остается только ждать результатов игр и надеяться на то, что Шиндлер получит свою золотую медаль хотя бы за свое упорство, целеустремленность и желание сделать жизнь многих людей в этом мире, лучше.

— соревнования, в рамках которых люди с ограниченными возможностями посредством специальных устройств соперничают друг с другом в выполнении повседневных задач — вроде подъёма по лестнице или передвижения на инвалидной коляске. Участники соревнований будут состязаться в шести дисциплинах. В них задействованы устройства для людей с ограниченной подвижностью, в том числе экзоскелеты и интерфейсы для контроля движений при помощи импульсов от головного мозга.

Apparat кратко рассказывает о том, что это за состязания и зачем они нужны.

Соревнования придумал Роберт Ринер, профессор сенсорно-моторных систем Швейцарского института технологий в Цюрихе. В своём тексте для издания The Conversation он объясняет, что такие соревнования нужны для дальнейшего развития технологий, помогающих людям с ограниченными возможностями. В определённой мере такие соревнования станут тестом для новейших приспособлений вроде бионических протезов. Первые тестовые соревнования прошли в июле 2015 года.

Протез ноги. Основная проблема таких протезов — их владельцам очень сложно подниматься по лестницам. У тех, у кого есть такая возможность, очень быстро садятся батареи. В рамках посвящённой этим протезам дисциплины участники соревнований будут пытаться подняться и спуститься по лестнице, встать из положения сидя и пробраться через «сложную среду».

Протезы рук. В рамках этой дисциплины участники состязаний будут при помощи искусственных рук выполнять задачи вроде открыть банку или перености крупный предмет. Людям с такими протезами сложно выполнять работу, в которой надо задействовать обе руки или где нужна мелкая моторика: например, при открытии банок. Опросы показывают , что примерно 60% людей с протезами рук не используют все их возможности.

Езда на велосипеде с поддержкой. Участники соревнований с параличом будут при помощи электростимуляции заставлять ноги крутить педали велосипедов. У людей, переживших паралич, есть проблемы с восстановлением функций мышц. Электростимуляция неэффективна: нужно время для привыкания, у неё ограниченный функционал, к тому же мышцы быстро устают. Куда лучше работают хирургически имплантированные системы, но они дорого стоят и несут владельцу больше риска.

Передвижение на креслах. Люди с нарушениями двигательных функций или параличом будут передвигаться на креслах по «пересечённой местности». У этих устройств есть две основных проблемы — они дорогие и на них не везде можно проехать. Причина этого — не только в несовершенстве конструкции, но и в отсутствии безбарьерной среды.

Гонки на экзоскелетах. Люди с ограниченными возможностями будут передвигаться наперегонки, используя компактный экзоскелет. При том что появляются относительные модели таких устройств, они работают недолго и весят слишком много.

Навигация силой мозга. Те, у кого парализованы все четыре конечности, могут использовать компьютерный интерфейс, работающий от импульсов головного мозга (BCI). На соревнованиях участники будут так управлять своим аватаром в компьютерных гонках. У BCI есть серьёзный недостаток: его сложно использовать за пределами лаборатории.

По словам Роберта Ринера, на Кибатлоне, в отличие от Паралимпийских игр, участники могут использовать любую техническую помощь, которая им понадобится. Таким образом в соревнованиях смогут принять участие люди с более тяжелыми повреждениями. «Цель соревнований не в том, чтобы быть самым быстрым или самым сильным, а скорее в том, чтобы быть наиболее умелым пилотом, который может использовать продвинутые технологии, чтобы справиться с вызовами ежедневной жизни», — объясняет Ринер.

Роберт Ринер, организатор первого Кибатлона

Кибатлон соберет вместе людей с ограниченными возможностями, исследователей и разработчиков, представители государства и других институций, финансирующих различные службы и исследования. Это покажет важность этой работы широкой публике. Мы надеемся, что со со временем эти устройства станут более доступными и более функциональными.

В настоящее время благодаря новейшим достижениям в области протезирования лицам, лишившимся той либо иной конечности уже нет необходимости полностью менять свою жизнь, ограничивая себя в движениях. Сейчас при помощи протезов стало возможным не только чувствовать себя более-менее комфортно в быту, но и заниматься оздоровительными и даже профессиональными видами спорта.

Физическая активность - это важный фактор, без которого невозможно оставаться здоровым и сохранять надлежащую форму в условиях современного мира. Спортивные протезы как верхних, так и нижних конечностей изготавливаются сугубо индивидуально, с учётом особенностей культи, возраста, уровня активности и интересующего человека вида спорта. Это могут быть протезы для людей, которые занимаются бегом, увлекаются ездой на велосипеде, лыжным спортом, теннисом, гольфом, греблей, бейсболом, футболом, баскетболом, софтболом, хоккеем, лакроссом, плаванием, дайвингом, альпинизмом, тяжёлой атлетикой, фехтованием, боевыми искусствами, скачками и т.д. На сегодняшний день уже многие спортсмены-инвалиды могут на равных конкурировать со своим здоровыми коллегами в таких видах спорта, как дорожные гонки, марафон, триатлон и др.

Производятся спортивные протезы из высокопрочных материалов, как правило, полученных из сферы космических технологий с применением последних достижений нейробиологии, биомеханики, а также других инновационных областей знаний.

К примеру, немецкая компания Отто Бокк разработала специальные карбоновые стопы C-Sprint и Sprinter, которые позволяют спортсменам-паралимпийцам показывать выдающиеся результаты в спринтерских забегах на сто, двести и четыреста метров, а также в прыжках в высоту, в длину. В частности, протез C-Sprint был создан специально для спортивного бега. Его корпус изготавливается из углеволокна - гибкого, прочного и в то же время очень лёгкого материала, для остальных деталей используется алюминий, титановые сплавы и сталь. Вес такой искусственной ноги составляет всего около двухсот граммов. Состоит она из ста шестидесяти компонентов, работающих как единое целое.

3D-протезы уже становятся стоящим внимания вариантом и в скором будущем они могут стать вполне конкурентоспособными.

Это Дениз Шиндлер - участница Паралимпийских игр из Германии, у которой нет ноги. Она выиграла серебряную медаль на Паралимпийских играх 2012 года в Лондоне. К сожалению, она лишилась своей правой ноги ниже колена в результате несчастного случая, когда была еще ребенком. Для того, чтобы ездить на велосипеде, она пользуется протезом ноги, сделанным специально под ее велосипед.

Вместе с разработчиком изделий компании Autodesk Полом Сохи, они разработали протез конечности, полностью сделанный на 3D-принтере, которым она будет пользоваться на Паралимпийских играх в Рио в 2016 году. Впервые такой протез наденут для участия в играх.

"Это будет первый протез в мире, сделанный на 3D-принтере, который будет на участнике Паралимпийских игр. Эта технология находится как раз на таком этапе, что может вызвать настоящую революцию в индустрии" - говорит Сохи.

Прошлые протезы из углеродного волокна для Шиндлер делались вручную. Но все, что делается вручную, занимает много времени и стоит много денег, поэтому 3D-печать может стать альтернативой, так как стоимость работы принтера будет меньше, но качество все равно останется на уровне. При работе над этим проектом также пригодился опыт и компетенция техника по производству ортопедических изделий, Томаса Веллмера.

"Даже сейчас некоторые вещи делаются вручную и это занимает много времени. Но отливка по гипсовой модели может быть заменена 3D-сканированием, разработка дизайна розеток - цифровым скульптингом, заливка углевородоным волокном - 3D-печатью" - объясняет Сохи.

Он использовал Autodesk Fusion 360 для моделирования протеза, и скан ее правой ноги для того, чтобы убедиться, что протез подойдет.

"Fusion 360 - это универсальный блок программ, он может выполнять моделирование, анимацию и симуляцию" - говорит Сохи. "Мы можем очень быстро внести какие-то изменения и проследить за тем, как все изменится, например, как отреагирует материал".

Этот проект позволил Сохи разработать протез, который не только поможет владельцу ходить или ездить на велосипеде. Этот протез также является инструментом, деталью экипировки, который, будем надеяться, поможет Шиндлер выиграть золотую медаль. Это значит, что Сохи нужно было учитывать очень много нюансов при создании этого протеза, а не только его эргономику. Но аэродинамика тоже играет большую роль, ведь благодаря ей велосипедист набирает нужную скорость, поэтому как и для создания велосипедов для Олимпийских игр, здесь тоже было необходимо учесть этот аспект.

Шиндлер будет участвовать в забегах на различных трассах в Рио-де-Жанейро, и будем надеяться, что в долгосрочной перспективе полученные знания и опыт помогут в дальнейшей разработке протезов, при этом они будут доступные и не дорогие. "Благодаря цифровым технологиям вы можете демократизировать производство и создать протез, будучи в любой точке земного шара. Это и есть будущее протезирования" - говорит Сохи.

Этот протез был протестирован и сделан в нескольких различных формах, его напечатали из двух поликарбонатных частей.

Шиндлер тренировалась с последней версией протеза, но им есть куда развиваться, ведь чем лучше аэродинамика, тем лучше результат. "Последняя версия протеза дает мне возможность ехать на велосипеде с ним, мы определенно добились нашей цели. Я даже тренировалась на улице и на треке, и я приятно удивлена, что мы смогли сделать такой большой шаг" - говорит Шиндлер. Она очень рада, что таким образом у других людей с ампутированными конечностями появится возможность заниматься спортом, ведь многие из них не имели такой возможности после ампутации. "Новая технология очень помогла мне, но моей настоящей целью является открыть двери в мир спорта обычным людям с ампутированными конечностями. Очень важно после ампутации иметь возможность быть активным, уверенным в себе, наслаждаться жизнью и не сдаваться" - говорит она.

Но успех этого проекта может создать некоторые проблемы с правилами соревнований. Что, если 3D-протез дает участнику игр больше возможностей, чем всем другим?Ведь это нечестно. Какие правила нужно предусмотреть для таких случаев? А может мы уже столкнулись с подобными проблемами с экипировкой в спортивных состязаниях? По крайне мере, сейчас Шиндлер может участвовать в соревнованиях со своим футуристическим аэродинамическим протезом, но кто знает, как все может измениться в спортивном мире.