Бионни протези: история на творението, принцип на работа

Започвайки от Средновековието до днес, човечеството се опитва да създаде протези, които да бъдат подобни на загубени крайници, не само на външен вид, но и във функционалност. За да се улесни животът на болните, които в стари времена не са имали никакъв шанс да се реализират в обществото и да се подобри тяхното благосъстояние, позволява съвременната медицина и наука. Бързото развитие на технологичния прогрес ви позволява да създавате невероятни неща, които правят живота на пациентите по-свободен, положителен и богат.

Науката за бъдещето

В момента се появява нова дисциплина, която съчетава технологии и биология. Биониката е наука, която изучава нервната система, нейните клетки и изследването на рецепторите. Целта на тази работа е да се създадат иновативни устройства.

Биониката е приложна дисциплина и днес нейното развитие се развива доста бързо. В края на краищата, човечеството винаги е искало да притежава такива способности, които не са му били дадени от природата. Разбира се, живото тяло може да направи много. Въпреки това, има неща, които човек просто не може да направи. Това, например, липсата на способност да се говори с хора, които са извън зрението, както и способността да летят. Но човек винаги е искал да компенсира своите несъвършенства. За тази цел той използвал различни външни устройства. Например, изобретен е телефон и самолет. Но що се отнася до медицинската област, тя е все по-трудна. В същото време всеки от нас разбира, че лекарите, в случаите, когато нещо се случва с тялото на пациента, извършват неговия „ремонт“, като използват най-новите постижения в тази област.

Биониката е наука, която е успяла да събере тези два, на пръв поглед, доста прости понятия. В допълнение, това ни позволява да погледнем малко в бъдещето. В края на краищата, там, вероятно, лекарите ще започнат активно да подобряват пациентите си, „променят“ своите „неподходящи“, „износени“ органи и системи. Освен това е много вероятно биониката да ни позволи да бъдем направени така, че природата да не може да създаде, т.е. по-силна и по-бърза. Това е същността на тази наука.

Необичайни тела

Една от основните области на биониката се занимава с производството на модерни протези и импланти. Такива технологични устройства са поставени там, където преди това е имало загубен крайник.

Името на бионичната протеза е получено от думата "бионика". За да създадат своите продукти, в допълнение към технологията и биологията, тази дисциплина използва постиженията на електрониката и кибернетиката, физиката и химията, навигацията и др.

Bionic протеза или имплант, установени на човек започва да взаимодейства с клетките на нервната система. И въпреки факта, че такива устройства са изработени от изкуствени материали, те позволяват на пациента да контролира движенията им. Това е възможно благодарение на метода на реинвестиране на мускулите. Неговият основен принцип се крие във факта, че нервите, които някога са били отговорни за ампутиран крак или ръка, са свързани с останалите мускулни тъкани на крайника. Те предават сигнали на протезни електронни сензори.
След като човек е отстранен крайник, в тялото му има нерви, отговорни за двигателната активност. Лекарите с помощта на сложни хирургични операции ги свързват със зони на най-големите мускули. Например, в случай на ампутирана ръка, от гърдите.

Как работят бионичните протези? Когато човек има желание да движи пръстите си, мозъкът му изпраща сигнал към гръдния мускул. Тук в работата са включени електроди. Те получават този сигнал и предават импулс през проводниците към процесора вътре в бионичния крайник. Това позволява на протезата да извърши планираното движение.

Интересното е, че изкуственият крайник може дори да усети топлина, натиск и докосване. В крайна сметка, лекарите произвеждат връзка между жив сетивния нерв и кожа, разположена на гърдите. Този метод се нарича целевата сензорна иннервация. Сензори, разположени върху изкуствен крайник, изпращат сигнал към областта на кожата. Освен това, този импулс се предава към мозъчната кора и човек, например, е способен да усети топлината и да вдигне ръката си.

Днес можем да кажем, че бионичните протези на крайниците се въвеждат само в живота. И все още има проблем с контрола на качеството на такива устройства.

Бионични ръце

Създаването на такава протеза отне много време на учените. Разбира се, задачата пред изследователите не беше лесна. Как да се създаде толкова умна протеза, че той може да пресъздаде всички движения на господаря си, дори и най-деликатната? В края на краищата, природата е снабдила върховете на пръстите на човешките ръце с най-чувствителните нервни окончания, които осигуряват точност при изпълнението на различни задачи.

Разбира се, досега учените все още не са успели да повторят естествените възможности на човешката ръка сто процента. Има обаче няколко доста интересни опита, които позволяват възможно най-точното приближаване на естествения крайник до естествения.

Какво представляват бионичните протези? Историята на създаването на тези устройства все още има много малко време. Това става основната причина, че използването им в момента не е толкова масивно. Първите бионични протези са разработени от учени, работещи в Института за рехабилитация в Чикаго. Те успяха да създадат устройство, което да позволи на пациента да контролира ръката си и дори да разпознае редица усещания. Първата бионична ръка бе повдигната от Клаудия Мичъл. Тази жена, която е служила в американския флот в миналото, е имала инцидент през 2005 година. За да спасят живота на пациента, хирурзите трябва да преминат през операция, за да ампутират лявата й ръка. И на рамото. Към нервите беше прикрепена изкуствена ръка, която остана непроменена.
Днес такава бионична протеза се произвежда от различни производители. Помислете за някои от тях.

I-LIMB протези

Една от компаниите, произвеждащи бионични ръце, е Touch Bionics. Първоначално тя произвежда продуктите си за ветерани от войната. Такова протетично рамо може не само да вземе, но и да държи предмети. В този случай пръстите й могат да се движат отделно и да възпроизвеждат няколко стандартни записани движения. Интересно е, че такава бионична протеза може да компресира обекти с различна сила.

Каква е основата на това устройство? Това е микроелектрично устройство, способно да отчита биоелектрическия потенциал на оцелелата част от ръката. Следва следващото обмен на информация на софтуерно устройство. Осигурява продължителното функциониране на бионичния крайник. Компютърната система, която е оборудвана с изкуствена ръка, съдържа определен списък от стандартни захващания и движения.

Протези Bebionic3

Тази бионична ръка е подобна на описаната по-горе. С негова помощ човек може да изпълнява четиринадесет различни движения и грайфери, възпроизвеждайки различни действия.

Тази мио-електрическа протеза в момента се финализира, но скоро може да стане пълноценен заместител на загубена ръка.

Bioruka, създаден в Техническия университет на Чалмърс

Учените от тази институция са създали уникална протеза. Частично, той може да работи от миоелектрици, а отчасти и от импулси, предавани от нервната система на лицето с увреждания. Електродите се имплантират в ръката на човек, който чете сигнали, предавани от мозъка. Освен това тези импулси идват в компютърно устройство, което ще ги преразпредели в контролирани от двигателя. В резултат на това протезното рамо може да възпроизвежда движения с пръсти едновременно и индивидуално.

Към днешна дата създателите на този модел работят за подобряването му. Те си поставят задачата да формират такава протеза, която да се контролира изключително от нервните импулси, предавани от мозъка.

Устройството на Андрю Шварц

Производството на протези, направени в съответствие с развитието на този невробиолог, позволи да се промени животът на парализирани хора. Първият пациент, претърпял операция за инсталиране на тази биоруки, е жена, страдаща от тежка невродегенеративна болест. Именно това заболяване причинява на пациента загуба на двигателна функция в целия организъм. В мозъка на жената са имплантирани специални електроди, с помощта на които се контролира биоруката.

В прототипа на новата протеза на горния крайник, тактилните сигнали се предават с помощта на сензори, вградени в върховете на изкуствена длан, китка и пръсти. Тази иновация позволява на пациента да усети не само местоположението на самата протеза. Той се чувства и обекти, компресирани от биорук.

Разбира се, днес можем да кажем, че тези чувства не могат да бъдат сравнени с естественото, дадено от нас природата. В допълнение, материалът, от който е направен имплантът, не трябва да бъде в жив организъм повече от месец. Въпреки това е безопасно да се каже, че първите стъпки за създаване на "умни" протези вече са направени.

Бионични крака

На пръв поглед създаването на изкуствен долен крайник на ново поколение изглежда по-лесна задача в сравнение с тази, с която учените се сблъскаха при създаването на „умната“ ръка.

Към днешна дата обаче изследователите не успяха значително да се доближат до неговото решение. Изработването на протези, които могат да заменят долните крайници, разбира се, продължават няколко години. Освен това изследователите вече представиха редица от най-успешните модели.

Тестове на бионични крака

Учените от университета Вандербилт работят усилено, за да създадат двигатели за коляното и стъпалото. Първият пациент, който е преживял възможностите на този изкуствен крайник, е двадесет и три годишният мъж Crain Hatto. Той загуби крака си в битка с акула. Анализирайки видеото за походката на един млад човек, е безопасно да се заключи, че Крейн се движи добре на различни повърхности. Той леко лимпва и самостоятелно може да се движи на разстояние до 14 км. Такава протеза може да реагира дори на най-малките промени по време на движение на човек.

Друг успешен опит на учени от университета Вандербилт, както и изследователи от Центъра за рехабилитация на Университета в Чикаго, е изкуствен крак, инсталиран от Зак Уутер. Използвайки техническите възможности на тази протеза, този пациент самостоятелно се изкачи на 103-ия етаж на небостъргач.

Принципът на действие на този модел се състои в това, че протезата се контролира от сигнали, изпращани от мозъка. В този случай, устройството е свързано с нервните окончания, които присъстват в останалата част на крайника.

Bionoga tibion

В допълнение към горните разработки, има и други еднакво достойни модели на изкуствени долни крайници. Една от тях е Бионага Тибион. Изграждането на тази протеза, изследователите възможно най-близо до тези параметри, които имат скелет на естествен крак. Това развитие е предназначено за пациенти в напреднала възраст, които имат обездвижени долни крайници, например след инсулт.

Изисквания за биопротези

За да могат изкуствените крайници да са достатъчно ефективни в своята функционалност, те трябва да отговарят на следните изисквания:

- имат основа от лек и дълготраен материал (обикновено титанови сплави), което е особено важно при протезирането на долните крайници;

- да имат надеждна електроника, която ще позволи пренасянето на импулси от мускулите на останалата част с точност;

- да имат автономно захранване, което ще осигури продължителна работа на микромотора и процесора;

- имат устойчиви на износване части, които имитират колянна или лакътна става;

- да бъде възможно най-близо до анатомичната си прилика с ампутиран крайник.

Инсталиране на изкуствени крайници в Русия

Къде в нашата страна може да се постави бионична протеза? Русия е страна, в която такива устройства не се произвеждат. Онези, които са в беда и стават инвалиди, ще получат помощ в Центъра за рехабилитация и ортопедия, който се намира в Москва. През последните десет години специалистите на тази институция работят по протезиране на долните крайници. В центъра модерните модулни протези се произвеждат с помощта на високотехнологични разработки на немската компания Ото Бок и исландската компания Ossur. Тези изкуствени крайници включват съвременни биопротези, които са оборудвани с микропроцесор.

Те са в състояние да осигурят най-естествената походка. Тези протези използват следните модули:

1. Rheo Knee. Това е модул за колено за самообучение. Той е толкова „интелигентен“, че непрекъснато и непрекъснато се адаптира към пациента, както и към своята среда. Този модул използва най-модерните технологии под формата на сензори за натоварване, които извършват измервания с честота 1000 пъти в секунда.

2. Proprio Foot. Това е първата спирка в света с изкуствен интелект. Той се прилага на пациенти, които са претърпели операция за отстраняване на крака. Модулът дори автоматично огъва глезена. Това означава, че в своята функционалност е близо до здрав крак.

3. Симбионен крак. Това е напълно бионичен крак. За неговата работа се използва комбинирано електрозахранване, както и управление от един микропроцесор на стъпалото и адаптивна става на коляното.

Bionic е много ефективен за хора с увреждания. протеза за крака Цената за него в RTC заедно с инсталацията е в диапазона от 1 до 3 милиона рубли.

Разбира се, бионичните протези са недостъпни за обикновените хора. Това обаче е лесно да се обясни с усъвършенстваното им устройство и чудесна функционалност. Например, една бионична протеза на крака, цената на която, разбира се, е много висока, позволява не само да ходи нормално, да се изкачва и слиза по стълбите, но и да спортува, без да се отрича от активния живот.

Какви други органи могат да бъдат заменени с електроника?

Под бионичните протези разбират и кохлеарни импланти които се имплантират в органите на слуха. Това са специални устройства, представляващи системата, в която се намират микрофона, звуковия процесор и предавателя на аудио сигнала. Последната от тези части е фиксирана или върху кожата, или под косата. Приемникът, който е неразделна част от тази протеза, се имплантира в подкожната тъкан на пациента и електродите се вмъкват в слуховата ушна алея.

От 1950 г. учените са провели експерименти, чиято цел е да създадат изкуствено сърце. Първата операция за имплантиране на такава протеза е извършена през 1982 година.

Най-невероятното изобретение се смята за изкуствено око. Това е сложно устройство, което може частично да замени органа на зрението. Тя започва да работи след инсталиране на антената в очната ябълка. Изображението пада върху специални очила, които са оборудвани с камера и са свързани към компютър, който обработва изображението.