Протезы рук: Протезы рук: виды и перспективы развития

Рука помощи: как устроен бионический протез

Фото: A.R.M. Project Titanium

В следующем году холдинг «Технодинамика» Госкорпорации Ростех начнет серийное производство бионических протезов руки. Разработчики ставят перед собой амбициозную задачу – создать собственный «автомат Калашникова» в сфере бионического протезирования. Кроме того, разработки в этой тематике ведут холдинги «Швабе» и КРЭТ.


Для людей, лишившихся руки, бионический протез – это возможность почувствовать себя не инвалидом, а супергероем. Как отмечают создатели, такие протезы могут быть адаптированы и для использования на сложных и опасных производствах. Например, при дистанционной работе с огне- и взрывоопасными составами или в агрессивной среде.


О том, какие новые возможности предоставляет современная бионика и как устроен новейший бионический протез – в нашем материале.  

 

Запчасти для человека

О замене утраченных органов человечество задумывалось с древних времен, постепенно совершенствуя эту область знаний и сами протезы. Если первые протезы в основном имели эстетическое предназначение и визуально скрывали ущербность, лишь в редких случаях выполняя функции недостающих органов, то современные устройства в недалеком будущем смогут даже расширить возможности человека, сделав из него кибернетический организм, или киборга.

Несмотря на то что киборгизация человечества все еще выглядит сюжетом из фантастики, киборги уже живут среди нас, ведь так можно назвать любого человека, который использует механический или электронный протез или имплант. Сегодня одним из самых совершенных и при этом доступных видов протезирования верхних конечностей являются бионические протезы.

Бионика – наука, изучающая возможности применения свойств живой природы в технике. Впервые это слово употребил в 1958 году американский военный врач Джек Стил, который исследовал природные процессы и явления, чтобы применить эти знания в разработках для армии США. Одним из результатов развития бионики стало появление электронных протезов, которые могут взаимодействовать с нервными клетками человека. 

Примечательно, что в СССР подобные разработки начались еще в 1956 году, когда доктор биологических наук Яков Славуцкий описал физиологические аспекты биоэлектрического управления протезами. А уже в 1961 году начался промышленный выпуск советских протезов предплечья с биоэлектрическим управлением.

 

Стать киборгом за счет государства

В России около 200 тысяч человек нуждаются в протезировании рук или ног. Государство декларирует помощь в приобретении протеза, но на практике это часто оказывается проблематичным – либо очень сложно пройти через бюрократические препоны и получить компенсацию стоимости купленного за свои деньги протеза, либо выделяемые бесплатно протезы оказываются устаревших моделей и низкого качества. Еще одна проблема – сами инвалиды мало знают о современных протезах и о своих возможностях в получении технических средств реабилитации.

Но ситуация постепенно выравнивается. В рамках нацпроекта «Здоровье» увеличивается финансирование направления. В России за последние несколько лет появились свои стартапы разработчиков перспективных типов протезов, которые могут конкурировать с западными монополистами, по меньшей мере, на российском рынке. К теме проявляют интерес СМИ, шаг за шагом создается инфополе, у проектов появляются частные и государственные инвесторы, готовые поддержать деньгами и производственными возможностями. 

Важным стимулом к развитию функциональных протезов стало развитие технологий. Практически все современные промышленные тренды нашли отражение в протезировании конечностей – роботизация, искусственный интеллект, создание материалов нового поколения, увеличение емкости и снижение веса аккумуляторных устройств, 3D-печать и другие.

 

Как работает бионическая рука 

Бионический или биоэлектрический протез рождается на стыке наук – биологии, медицины, инженерии. Дизайн тоже играет немаловажную роль. Сегодня и производители, и будущие пользователи протезов не ограничивают себя в визуальном копировании природной конечности – протез может выглядеть футуристичной рукой робота или быть раскрашенным яркими принтами. 

Работает бионический протез так. На культю руки крепится гильза, которая в каждом случае изготавливается врачом-протезистом под индивидуальные параметры. В гильзе размещаются датчики мышечной активности, взаимодействующие уже непосредственно с роботизированной рукой. 

Фото: «Концерн Радиоэлектронные технологии»

Управление бионической рукой осуществляется через электроды с помощью биоэлектрических потенциалов мышц. Другими словами, протез «улавливает» мышечные импульсы и реагирует на них определенными движениями. Большинство задач решается двумя действиями протеза – хватом и щупом. Первое позволяет взаимодействовать с крупными предметами, второе – с мелкими, например застегнуть молнию или завязать шнурки. 

Некоторые производители расширяют возможности бионических протезов, встраивая в них различные датчики и гаджеты, устройства оплаты, фонарики. Уже сегодня понятно, что в обозримом будущем возможности протезов превысят возможности природных органов тела, и это откроет совершенно новые перспективы их применения.

Кибер-руки Ростеха 

В России наблюдается постепенный переход от косметического протезирования к функциональному, а рынок бионических протезов с каждым годом растет. По словам экспертов, в данный момент около 50 тыс. россиян стоят в очереди на протезирование рук. Сегодня благодаря участию госсектора молодые ученые и бизнесмены готовы вкладывать свои силы и знания в бионику. Невысокая цена – основное конкурентное преимущество отечественных разработок: базовые модели разрабатываются с учетом полного покрытия стоимости протеза субсидией Фонда социального страхования. Второй плюс для тех, кто выберет российский протез – более оперативная замена или ремонт в случае неполадок. 

Перспективным направлением занимается сразу несколько предприятий Ростеха. Например, холдинг «Технодинамика» в следующем году начнет серийное производство бионических протезов руки под маркой A.R.M., выполненных полностью из отечественных компонентов. Протез создан совместно с командой изобретателей из Ленинградской области. Искусственная рука из металла и полиуретана воспроизводит основные движения кисти, не боится пыли и влаги и работает до трех дней без подзарядки. С помощью протеза можно поднимать до 10 кг и захватывать предметы диаметром до 10 см. Производить протезы A.R.M. будет НПП «Краснознаменец». 

Холдинг «Швабе» уже выпускает высокотехнологичные протезы рук в сотрудничестве с резидентом «Сколково» – компанией «Моторика». Специалисты Вологодского оптико-механического завода собирают механическую часть протеза и внутренний остов кисти. Устройства «Моторики» отличаются чуткой системой управления, позволяющей работать с хрупкими предметами, различным дополнительным функционалом и длительным временем работы. Компания «Моторика» занимается просветительской деятельностью, помогает с получением протезов за счет государства и поддерживает сообщество владельцев бионики. 

В рамках холдинга КРЭТ производство бионических протезов осваивает НПО «Квант». Предприятие готовится к выпуску протезов SmartLi, разработанных новгородской компанией «Техбионик». Важное преимущество разработки – модульная конструкция протезов. Она открывает широкие возможности для адаптации устройств под конкретных пациентов и снижает стоимость протеза. Проект предусматривает выпуск целой линейки протезов: от облегченных моделей для маленьких детей до многофункциональных искусственных кистей.

Протезы рук | Протезирование верхних конечностей в Москве

Компания «Орто-Космос» много лет занимается протезированием верхних конечностей, предлагая своим пациентам от простых косметических, специализированных протезов для определенных видов деятельности до самых совершенных бионических рабочих протезов руки с наиболее сложным программируемым «поведением».

Виды современных протезов

По уровню ампутации:

По способу крепления к культе конечности:

• с помощью силиконового чехла и замка;
• с помощью анатомической формы приёмной гильзы;
• с помощью ремней (бандажа).

По назначению выделяют две группы протезов:

По механизму действия функциональные протезы бывают:

Бионические протезы

Самые прогрессивные протезы, максимально приближенные к действию человеческой руки. Для работы используют внешний источник энергии (аккумуляторные батареи), снабжены электродвигателями и управляются электрическими сигналами с тела пациента. Миоэлектрические протезы реагируют на сокращение мышц. Изменения электрического потенциала улавливают ЭМГ-датчики культеприёмной гильзы. Они передают сигнал микропроцессору искусственной кисти, и протез выполняет определенное действие.

Обратите внимание!

• Обычные биоэлектрические протезы делают хват в щепоть. Это основное движение, но его не всегда бывает достаточно.
• Высокофункциональные протезы могут делать различные хваты. Для этого используется два миодатчика, воспринимающих активность двух самых крупных мышц руки. Чтобы выбрать нужный жест, пациент посылает протезу несколько последовательно повторяющихся команд — они служат для переключения режимов методом перебора. После тренировки протез становится действительным продолжением руки, человек пользуется им инстинктивно, осуществляя разные виды хватов не задумываясь.

Бионические протезы для рук повышают качество жизни пациентов. Людям становятся доступны такие сложные действия как рисование, работа с клавиатурой, завязывание шнурков, приготовление еды и многие другие. Бионические протезы последнего поколения способны осуществлять движения пальцами. К примеру, кисть Touch Bionic компании Ossur выполняет функционал, приближенный к действиям настоящей руки, так как каждый палец снабжен отдельным электродвигателем. Пациент может выбрать от двенадцати вариантов схватов кисти. Помочь установить индивидуальные скорость реакции и силу захвата поможет ваш техник-протезист. Это позволяет комфортно работать даже с очень хрупкими предметами, например, брать куриное яйцо.

Плюсы: инновационный технологичный вид, использование для всех основных видов бытовой деятельности.

Минусы: высокая стоимость, неестественный внешний вид.

Рабочие протезы

Рабочий протез совсем не похож на обычную руку. Он оснащён адаптером для установки различных насадок, что позволяет активно использовать верхнюю конечность для работы. К протезу можно прикрепить насадки для письма, столовых приборов, рисования, печати, шитья. Есть захваты для молотка, ключей, ножниц и других инструментов.

Плюсы: недорогая конструкция, большой функционал.

Минусы: неестественный внешний вид, необходимость приобретать насадки под каждый вид деятельности и менять их во время работы.

Активные механические протезы

Активные (или «тяговые») — позволяют искусственной кисти сжиматься, за счет тяг, чтобы удерживать различные предметы. Действие происходит с помощью механической тяги (при движении противоположного плеча натягивается или ослабевает тросик). Простой и надежный механизм позволяет контролировать силу и скорость хвата.

При достаточной практике человек осваивает достаточно тонкие движения: может писать ручкой, пользоваться столовыми приборами, печатать, нести сумку, зажигать спички.

Тяговые протезы можно устанавливать детям с 8-ми лет. Постоянная тренировка мышц плеча и предплечья впоследствии помогает сформировать культю и быстрее привыкнуть к более совершенному бионическому протезу.

Плюсы: простой механизм, лёгкий в обслуживании, точность движений при выполнении некоторых тонких работ.

Минусы: использование тягового бандажа (может натирать), необходимость бережного отношения к оболочке протеза и её периодической замены.

Косметические протезы

Косметический протез максимально приближен к естественному внешнему виду настоящей руки, однако совершенно нефункционален. Что-то сложное сделать с его помощью не получится (например, застегнуть куртку). Протез состоит из четырех частей: культеприемника, несущей гильзы, каркаса кисти и оболочки (перчатки). Оболочка изготавливается из ПВХ или силикона, в тон кожи пациента. Для большей достоверности могут наноситься изображения родинок, вен, складок, линий ладони. Есть возможность изготовить протез с ногтями из акрила, которые максимально приближены к настоящим.

Плюсы: относительно небольшая цена, имитирует здоровую руку, рука выглядит естественно — не привлекает внимания окружающих.

Минусы: невозможность выполнения каких-либо действий, необходимость бережного отношения к оболочке протеза и её периодической замены.

Подведём итоги

Для полной адаптации в социальной среде, пациенту рекомендуется иметь три вида протеза:

• косметический;
• рабочий;
• активный: тяговый или внешний источник (бионический).

Бионический протез руки в повседневной жизни

Как работают искусственные конечности и экзоскелеты — Секрет фирмы

В мае 2016 года 62-летний Крег Пол поднялся на вершину горы Эверест. Три года назад Пол страдал от артрита и не мог даже подняться по лестнице. «Я хочу показать всем, кто сомневается в своих возможностях или чувствует себя старым. Там,
где есть воля, есть и победа. Восхождение на Эверест превратилось для меня в эпическое путешествие», — писал Пол в своём блоге. Пол смог стать альпинистом благодаря нескольким сложным операциям и двум искусственным коленным суставам. По прогнозам экспертов, объём рынка имплантов и протезов колен и бёдер достигнет $33 млрд к 2022 году. «Секрет» рассказывает о его развитии.

Бионические протезы

Бионика соединяет биологию и технику, изучает нервную систему и нервные клетки, а также исследует органы чувств человека для создания новых технологических устройств. Одно из главных направлений этой науки — исследования, связанные с созданием протезов и имплантов. Электронные устройства заменяют утраченные органы и конечности, взаимодействуя с нервными клетками. Их производят из искусственных материалов, но человек может управлять ими при помощи собственной нервной системы за счёт метода целевой мышечной реиннервации. Его суть состоит в том, что нервы, которые раньше управляли, например, ампутированной конечностью, соединяют с сохранившимися мышцами и те посылают сигналы на электронные датчики протеза.

После ампутации конечности в организме человека остаются двигательные нервы, их хирурги соединяют с участками крупной мышцы — например, грудной, если речь идёт об ампутированной руке. Когда человек думает, что нужно пошевелить пальцем, мозг отправляет сигнал грудной мышце. Сигнал фиксируется электродами, которые отправляют импульс по проводам в процессор внутри электрической руки к нужному участку. Протез совершает движение.

Чтобы человек мог чувствовать прикосновения, тепло и давление электронной конечностью, хирурги пришивают оставшийся чувствительный нерв к участку кожи на груди, этот метод называется целевой сенсорной реиннервацией. Сенсоры протеза передают сигнал этому участку кожи, а оттуда он поступает в мозг, и пациент может одёрнуть руку, если чувствует, например, высокую температуру. Сейчас компании активно работают над внедрением бионических конечностей. В 2013 году появилась первая бионическая нога, которая полностью контролировалась мозгом.

Бионическое колено

Над созданием бионического колена задумались ещё в 1990-х. Компания Blatchford начала производство микропроцессора для контроля протеза коленного сустава, его выпустили в 1993 году под названием Intelligent Prosthesis. В 1997 году немецкая компания Otto Bock представила микропроцессор искусственного колена C-leg. В 2005 году исландская компания Ossur сделала электронный коленный модуль — Rheo Knee, а спустя год — протез с двигателем Power Knee стоимостью от $60 000 до $80 000.

По статистике, 52,5 млн американцев страдают от болезней суставов. Количество операций по замене колена за последние годы увеличилось втрое среди людей в возрасте от 45 до 64 лет. При этом каждый пятый пациент недоволен результатом. Пациенты часто жалуются на боли и невозможность чувствовать себя так, как с натуральным коленом. Компании — производители протезов постоянно работают над улучшением технологий и стараются устанавливать импланты, которые по ощущениям не отличаются от натурального колена. Канадская компания ConforMIS предлагает напечатать новую коленку на 3D-принтере. Стоимость импланта, созданного таким образом, составит около $4000. Разработанная в компании платформа iFit Image-to-Implant позволяет каждый раз печатать персональные импланты, подходящие конкретному человеку, и внедрять их за 70 минут. Сейчас компания работает над тем, чтобы персонализировать бёдра, плечи и лодыжки — все части тела, которые начинают болеть с возрастом.

Протезы рук научили чувствовать | Статьи

Людям с протезами рук вернут возможность чувствовать. Российские ученые разработали перчатку, способную за счет специальных датчиков подавать сигналы-вибрации различной силы в здоровые ткани выше протеза. Это позволит человеку понять, с какой силой он сжимает тот или иной предмет.

В Дальневосточном федеральном университете (ДВФУ) разработан технический комплекс, предназначенный для людей с протезами рук. Его цель — сделать так, чтобы даже в такой ситуации человек мог ощущать предмет, к которому прикасается протезом. Как сообщил «Известиям» научный консультант проекта, нейрохирург Медицинского центра ДВФУ Артур Биктимиров, система «очувствления» протезов уже проходит тестирование у потенциальных пользователей.

— Людям, у которых есть руки и всё в порядке, сложно представить, что можно не чувствовать, к примеру, как сильно ты сжимаешь предмет. Мы проводили опрос среди пользователей протезов и выяснили, что им такая разработка необходима. Эта система позволяет без инвазивного (хирургического) вмешательства вернуть часть ощущений, — рассказал Артур Биктимиров.

Как рассказала «Известиям» разработчик самой конструкции системы «очувствления» протезов, лаборант кафедры медицинской биофизики, кибернетических и биотехнических систем Школы биомедицины ДВФУ Полина Безрукавая, способность чувствовать предметы — это в том числе и вопрос безопасности.

— Сейчас, когда человек пользуется своей искусственной рукой, он вынужден постоянно на этот предмет смотреть, тем самым контролируя, насколько сильно он сжимает свою руку. Иначе он может этот предмет выронить или сломать, или вообще не совершить захват. То есть от руки нет никакой обратной связи. Наша разработка должна решить это проблему, — пояснила Полина Безрукавая.

Сам комплекс — это специальная перчатка, снабженная датчиками давления. Она надевается на действующий протез. В тот момент, когда датчики взаимодействуют с каким-либо предметом или поверхностью, специальные моторчики, расположенные на предплечье — на чувствительной части руки — начинают вибрировать. И таким образом оповещают пользователя, что контакт с предметом есть.

Сейчас изготовлена уже третья версия прототипа такой перчатки. Устройство проходит этап тестирования — люди с протезами используют гаджет и оставляют отзывы о нем. Дальневосточные ученые подали заявку на патент.

Разработкой и совершенствованием бионических протезов конечностей занимается достаточно большое количество компаний в мире, рассказал «Известиям» заведующий кафедрой травматологии, ортопедии и хирургии катастроф Первого МГМУ имени Сеченова Алексей Лычагин.

— Конечно, разработки отечественных компаний представляют немалый интерес в этой области. Представленное изделие в случае положительного результата клинических испытаний, безусловно, способно улучшить работу протеза, — отметил Алексей Лычагин.

По предположениям разработчиков, их устройство для «очувствления» в комплекте с протезом может появиться в продаже уже в сентябре этого года. По планам оно будет распространяться через медицинские учреждения.

ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ

От железной руки до бионического протеза

Рука человека — универсальный инструмент, способный как выполнять силовые операции, так и аккуратно и надежно удерживать хрупкие предметы. Утрата верхних конечностей является одной из древнейших проблем человечества, решение которой стало возможным благодаря научному и техническому прогрессу.

Протезы верхних конечностей разделяются на две основные группы — пассивные (косметические и функциональные) и активные (тяговые и миоэлектрические).

Косметические протезы являются высококачественными муляжами здоровой руки, хотя и позволяют выполнять некоторые простые действия, например, поддерживание и толкание предметов. При этом технологии производства косметических протезов могут быть использованы при изготовлении съемных оболочек активных протезов.

К функциональным протезам относятся протезы с возможностью смены насадок, которые могут быть выполнены в виде различных инструментов — крюк, зажим, кольцо, гаечный ключ, молоток и др.

Тяговые протезы представляют собой простейшую версию активных протезов и приводятся в движение при помощи сгибания локтевого сустава, вследствие чего обладают ограниченной функциональностью за счет всего лишь одного варианта сжатия пальцев.  

Электромеханические роботизированные (бионические) протезы являются наиболее эффективными решениями для протезирования, так как способны более точно копировать кинематику кисти руки здорового человека за счет использования нескольких независимых приводов для пальцев. Использование большего числа степеней свободы (как правило, пяти-шести) по сравнению с тяговыми протезами позволяет управлять положением пальцев, за счет чего становится возможным выполнение сложных сочетаний движений и реализация разнообразных положений пальцев (паттернов), что позволяет эффективнее захватывать предметы.

Особенности бионических протезов

Современные бионические протезы обладают широким набором вариантов сжатия, специально разработанных для повседневных задач. Управление режимами работы таких протезов может осуществляться как за счет регистрации биопотенциалов на остаточных группах мышц пользователя, так и электрической активности головного мозга, либо при помощи специальной панели управления. Для пользователя на данный момент недоступно непосредственное управление движением каждого отдельного пальца протеза. Это обусловлено отсутствием коммерческих решений для интеграции с существующими бионическими протезами, а также сложностью в реализации устройств многоканального захвата биосигналов человека. В лаборатории прикладных кибернетических систем МФТИ под руководством Т.К. Бергалиева ведутся разработки в области человеко-машинных интерфейсов на основе биосигналов человека. В частности, там разработана восьмиканальная система управления на основе ЭМГ-сигналов, позволяющая регистрировать интегральную активность мышц предплечья, повышая тем самым количество управляемых степеней свободы. Для коммерциализации разработанной технологии была создана компания ООО «Гальвани-Бионикс», получившая поддержку Фонда содействия инновациям.

Будущий пользователь может научиться пользоваться протезом с помощью специального программного обеспечения, позволяющего посредством миоэлектрических сенсоров управлять виртуальной моделью будущего протеза. К обучению можно приступать уже на ранних послеоперационных стадиях подготовки к установке бионического протеза, так как для установки протеза требуется изготовить индивидуальную приемную гильзу и может пройти продолжительное (до шести месяцев) время до сформирования окончательной культи.

Зарубежные разработчики протезов часто уделяют преувеличенное внимание количеству паттернов движения (жестов) пальцев, которое иногда доходит до 15-20. Для повседневного использования такое избыточное число не требуется и даже может создать неудобство, так как в течение дня приходится часто переключаться между наиболее подходящими паттернами, при этом используются, как правило, пять-шесть вариантов. При помощи бионических протезов человек может выполнять различные бытовые действия: пользоваться электро- и столовыми приборами, работать за компьютером, перемещать предметы и сумки, открывать емкости и бутылки, гладить белье, одеваться и многое другое.

Перспективными разработками доступных бионических протезов, не уступающих зарубежным аналогам по функциональности, занимаются отечественные компании ООО «Моторика» (Stradivary) и ООО «Клайбер Бионикс» (Kleiber Solo).

Компания «Моторика» представила первый в России детский активный тяговый протез «Киби», предназначенный для выполнения захвата небольших предметов. «Киби» изготавливается по индивидуальным меркам по технологии селективного лазерного спекания порошка. В настоящее время компания «Моторика» разрабатывает предсерийный прототип бионического протеза кисти Stradivary, обладающего шестью степенями свободы с размещением приводов внутри ладони. Протез Stradivary планируется оснащать специальным модулем с функцией умных часов. Проект поддержан по конкурсу «Развитие-НТИ» Фонда содействия инновациям.

Читать далее: https://www.kommersant.ru/doc/3396749

Источник: Журнал «Коммерсантъ Наука» №6 от 05.09.2017, стр. 38

Человек с бионической рукой: как технологии изменили его жизнь

26 июня 2017

Для просмотра этого контента вам надо включить JavaScript или использовать другой браузер

Подпись к видео,

Бионическая рука: как технологии меняют жизнь

Бывший британский рабочий Найджел Экланд потерял руку в результате несчастного случая на производстве и стал обладателем одного из самых продвинутых бионических протезов.

Сейчас он ездит по миру и выступает на конференциях, надеясь таким образом привлечь внимание к тому, что миллионы людей по-прежнему не могут позволить себе вообще никаких протезов, не говоря уже о таком, который достался ему.

Найджел Экланд, приехавший в Москву на фестиваль технологий Geek Picnic, рассказал корреспонденту Русской службы Би-би-си Анастасии Зыряновой об особенностях своей новой «руки».

Би-би-си: Чем ваша новая «рука« отличается от старого [протеза]?

Найджел Экланд: Что происходит с вашими руками на солнце? Они меняют цвет, верно? Вот старый протез всегда черного цвета, а новый меняет расцветку: может становиться красным, зеленым, пурпурным, золотым, бронзовым, голубым…

К тому же с ним я, наконец, могу «почувствовать» свои пальцы. Видите ли, мне обязательно надо смотреть на руки. Например, завязывать шнурки в темноте я не смог бы. А в новом протезе на кончиках пальцев есть подсветка.

Би-би-си: Но вы все равно ничего не чувствуете?

Н.Э.: Нет. Но зато я хотя бы вижу, что я делаю в темноте. Эти розовые пластиковые протезы, на которые надевается искусственная кожа… Вот зачем? Для кого это делается? Для того, чтобы я себя хорошо ощущал, или чтобы вам не было некомфортно?

Посмотрите на [компанию] «Моторика», которая существует тут у вас в России. Они печатают протезы на 3D-принтерах. Думаете, они поголовно розовые? Они и розовые, и голубые… Какие угодно — как захочет ребенок. Это его выбор. Таким образом проявляется индивидуальность человека.

Держать ключи или читать книгу

Би-би-си: Ваш протез может крутиться, вы можете им хватать предметы…

Н.Э.: У него восемь режимов захвата. Есть стандартный захват для протезов — это так называемая щепотка.

Большинство миоэлектрических (то есть «считывающих» биоэлектрические потенциалы, возникающие при сокращении мышц на уцелевшей части руки — Би-би-си) протезов не имеют безымянного пальца и мизинца — у них есть только средний, указательный и большой пальцы.

Отличие моего протеза в том, что я могу менять положение захвата кисти (Найджел шевелит пальцами элекрической руки — Би-би-си).

Возможно, вы сейчас слышали звук сигнала. А большой палец переставляется вручную.

Автор фото, Nigel Ackland’s archive

Подпись к фото,

Найджел Экланд заметил, что люди стали иначе к нему относиться, когда ему поставили новый протез

Я, например, могу держать ключи, или читать книгу, или еще что-то делать. Потом я также могу вытянуть один указательный палец. Если бы я должен был что-то напечатать, я бы не смог, потому что в таком положении это неудобно. Поэтому я могу просто провернуть кисть в положение, параллельное столу, и тогда я могу печатать обеими руками.

Если мне нужно использовать мышку… (изменяет захват на тот, что предназначен для компьютерной мыши — Би-би-си). Один из моих любимых — его называют «active index» (манит указательным пальцем — Би-би-си). Я так пугаю детей. Правда, если они расстраиваются, я им показываю так (складывает указательный и большой пальцы в «окей» — Би-би-си), чтобы успокоить.

Стандартный миоэлектрический протез под слоем «розовой кожи» выглядит совсем не так — он только может открывать и закрывать один тип захвата. «Перчатка» из «кожи» покрывает всю искусственную руку, чтобы создать впечатление, что у вас настоящая рука.

У моего же протеза пять двигателей, у большого пальца свой собственный. У обычного протеза лишь один.

Би-би-си: Своей рукой вы регулируете только один палец — большой, — а все остальные двигаются автоматически?

Н.Э.: Да, это все — программное обеспечение. Я уже знаю, какие захваты мне нужны, и управляю протезом, исходя из этого.

Би-би-си: Как получилось, что вы потеряли руку?

Н.Э.: Это случилось на работе. Как миллиарды других людей, я однажды пошел на работу. Я вычищал промышленный миксер, и он вдруг запустился. Меня втащило внутрь, и рука застряла, ее раздавило. Это называется частичным обнажением.

Причем моя рука у меня была еще в течение полугода. Все это время она никак не заживала. Надежды на улучшение не было. Передо мной маячила перспектива провести следующие десять лет в операциях, причем гарантий, что они бы помогли, не было. Я выбрал ампутацию.

Первый протез был, что называется, эстетическим. Выглядит просто как рукоять. Потом я перешел на механический протез, который в принципе является крюком, который крепится к телу. А потом уже — на миоэлектрический, который выглядит как клешня омара. А нынешний ко мне попал совершенно случайно. Мне позвонили.

Би-би-си: Как они вас нашли?

Н.Э.: Я делал предплечье на заказ. Моя культя имеет странную форму, и стандартные крепления под нее не подходили. Было, правда, очень неудобно. Спустя пять лет я потерял работу, и благодаря выплатам по компенсации я смог заказать себе индивидуальный протез предплечья.

И когда мой мастер выполнял заказ, ему позвонили из той компании и сказали, что ищут кого-то, кто бы мог протестировать их протез. А он сказал: «О да, у меня есть отличный парень» — и позвонил мне.

Би-би-си: И вы платили за него, или...

Н.Э.: Нет, протез не мой. Он принадлежит компании.

Би-би-си: Но если вы захотите сменить его на другой, вы можете это сделать?

Н.Э.: Да, если захочу. Я ни на кого не работаю. Единственная причина, почему я этим занимаюсь, — это надежда на то, что кто-нибудь посмотрит на это и скажет: «Это круто, но я могу сделать лучше».

Би-би-си: В каком смысле?

Н.Э.: Ну, например, вы посмотрите на мой протез и скажете: «Ух ты, это, конечно, очень круто. Но я могу сделать и лучше». Тогда вперед! Сделайте и покажите мне его! А я его для вас протестирую. Вот чего я хочу. Потому что на данный момент есть только две компании, которые делают что-то подобное.

Автор фото, Nigel Ackland’s archive

Подпись к фото,

Найджел Экланд выступает на конференциях, чтобы привлечь внимание к проблеме протезирования

Знаете, вот если бы было не две, а 22 таких компании… Представьте только, как бы упала цена протезов.

У меня есть друг, у которого обе ноги искуственные… Они сделаны по принципу остеоинтеграции (когда протез реагирует на сигналы костного мозга — Би-би-си). И вот обе ноги у него сделаны по этой технологии. И только один человек в мире делает такую операцию — в Австралии. И стоит это 80 тысяч фунтов. За каждую ногу.

Би-би-си: А ваша рука?

Н.Э.: 25 тысяч. Полностью.

Напечатанная рука

Би-би-си: У вас есть проект с Имперским колледжем Лондона. Что-то связанное с созданием протезов с помощью 3D-принтеров.

Н.Э.: Да, там работают в сфере 3D. И они сделали своего рода бионическую руку, которую можно было бы так контролировать (шевелит пальцами живой руки — Би-би-си). И это круто. Здесь, в России, у вас [компания] MaxBionic, которые занимаются тем же.

Тимур… Я не уверен… Я не произнесу его фамилию [Тимур Сайфутдинов], но зовут его Тимур. Он запустил MaxBionic, и они печатают протезы рук в 3D. И у вас есть Илья Чех и его «Моторика», которые повсюду распространяют свои напечатанные в 3D руки.

Би-би-си: А они настолько же функциональны, как ваша?

Н.Э.: Нет. Они берут какие угодно материалы и печатают из них на 3D-принтере руки. Чтобы разработать такую же, как у меня, нужно 20 млн фунтов стерлингов и 50 или 60 человек, которые будут работать над этим в течение пяти лет.

Би-би-си: В тех протезах нет программного обеспечения?

Н.Э.: Я думаю, в MaxBionic оно стоит. То, что они делают, — прекрасно, я в восторге от этого. Потому что это — единственный путь, который изменит ситуацию, где на поле играют только большие компании.

Би-би-си: Так расскажите, что вы в итоге делаете с Имперским колледжем Лондона?

Н.Э.: Объявились студенты, хотевшие напечатать руку, которую можно было бы использовать в гребле. Они такую сделали, и я захотел на нее взглянуть! И я был поражен. Она была настолько проста. И стоила всего 50 фунтов.

Би-би-си: Вот та кисть?

Н.Э.: Ну, это была не совсем кисть. Это был целый блок с крепежом на конце. Я надел его и говорю им: «Давайте, попробуйте его снять». Они такие: «Ой, ой, ой…», а я: «Тяните! Если я тестирую ваш продукт, я проверяю его именно на такие повреждения».

Так вот. Они не смогли его стянуть с меня. И были еще больше поражены, чем я. А я-то знал, что он не слетит. Я чувствовал, что протез сидит крепко. Они думали, что он сломается, а в итоге были настолько довольны тем, что сделали. Так что надеюсь…

Возможно, они не дойдут до стадии производства, но хотя бы разработают набор. Если они это сделают, то те, кому нужен протез, купят такой набор и сами себе его соберут. Я знаю, что при хорошем крепеже поднять 40-50 кг — не проблема. Причем даже для приспособления, которое стоит 50 или максимум 100 фунтов.

Автор фото, Максим Ляшко, MaxBionic

Подпись к фото,

Найджел Экланд в восторге от того, что делает российская компания MaxBionic, создающая бионические протезы

Би-би-си: А ваша рука может делать что-то, на что обычная человеческая рука не способна?

Н.Э.: Ну да (вертит кистью на 360 градусов — Би-би-си). Но вообще она столько всего не может по сравнению с человеческой рукой. Например, я не могу с ней плавать, я не могу играть на фортепиано, я не могу почувствовать прикосновение к лицу моей жены. Но зато могу вертеть кистью на 360 градусов.

Би-би-си: Некоторые говорят, что мы становимся киборгами с нашими телефонами и прочими гаджетами, что мы в будущем станем свои здоровые части тела заменять на искусственные, которые будут круче, чем биологические. Как вы думаете, это действительно произойдет?

Н.Э.: Я думаю, да.

Би-би-си: И правила игры изменятся.

Н.Э.: О да. Но опять же, если вы меняете правила, то почему бы вам не пойти до конца — и увидеть, как кто-то прыгает на 50 футов в высоту. Это не так уж и невозможно. Это то, что, я думаю, произойдет.

И я думаю, это очень грустный вывод о человеческой природе. Вот я говорю: «Я отрежу свои руки, чтобы поставить на их место какие-то крутые» (показывает свою живую руку — Би-би-си). Вот, посмотрите, это же идеал. Она не все может, у нее есть свои ограничения. Но зачем хотеть изменить что-то настолько прекрасное?

Би-би-си: Не знаю, чтобы вставить туда телефон или что-то еще, например?

Н.Э.: Да я бы вставил телефон туда (показывает на бионическую руку — Би-би-си). Только лишь потому, что это бы означало, что мне не придется больше держать телефон в руках. Я мог бы просто… («печатает» по своему протезу — Би-би-си). Это практично. Было бы.

И я бы не стал делать этого только для того, чтобы выглядеть круто. Мои светящиеся в темноте пальцы нужны не для понтов, а для того, чтобы я мог завязывать шнурки.

Я вижу, сколько в мире людей, прошедших через ампутацию. Было бы очень грустно, если бы здоровые люди с двумя руками и двумя ногами начали отрезать себе конечности, чтобы вставить более навороченные, в том время как в мире для 20 миллионов человек нет никакого решения проблемы.

Кажется, каждые 30 секунд или типа того кто-то где-то либо лишается конечности, либо рождается с недостающими конечностями. Каждые полминуты! А за последние пять лет сделали всего 500 штук таких (указывает на свой протез — Би-би-си). Не укладывается как-то, да?

Мне будет все равно, если вы захотите стать киборгом. Если захотите отрезать себе ноги или руки. При условии, что те 20 миллионов будут обеспечены протезами.

Би-би-си: Выходит, единственное решение проблемы — 3D—печать, потому что она дешевая?

Н.Э.: На данный момент — да, единственное. Потому что государства не помогают индустрии протезирования.

Нужно, чтобы производители протезов не оглядывались на прибыль и не стремились угодить своим инвесторам. Нужно, чтобы правительства сказали: «Постойте. Это же один из моих граждан. Почему я допускаю для него такое существование?»

Я хочу сказать, что далеко не каждый нуждающийся в протезе хочет самое дорогое в мире приспособление. Это не так. Эти люди хотят такие протезы, которые обеспечили бы им комфортное существование.

Несуществующая конечность

Би-би-си: Вы предпочли бы перейти на более новые технологии вроде имплантированного чипа или чего-то такого?

Н.Э.: Вы думаете, я недостаточно настрадался? Две ампутации и инфаркт. А еще был поврежден большой палец левой руки, и из ноги у меня вырезали кусок, чтобы хоть как-то починить размозженную правую руку. С меня хватит. Зачем стремиться еще и вживить себе что-то в мозг?

Би-би-си:Чтобы конструкция работала эффективнее, например?

Н.Э.: Я думаю, что если бы у вас не работали конечности и надежды на хоть какое-то лечение не было, а еще у вас была бы бионическая рука и инвалидная коляска, и вы бы выбрали для себя такой путь — контролировать эту руку и свое кресло чипом в мозгу, это было бы ваше право.

Но при этом надо понимать, что если вы, сидя в инвалидной коляске, можете контролировать протез «силой мысли», то я могу контролировать оружие на другом конце света.

Автор фото, Nigel Ackland’s archive

Подпись к фото,

Протез Найджела Экланда позволяет выполнять различные движения, хотя и уступает настоящей руке человека

Смотрите, я контролирую ее, да, мышцами. Но вместо нее я чувствую свою фантомную руку. Это моя несуществующая конечность движется. Когда я жестикулирую и разговариваю, я ее чувствую. То есть я контролирую механическую конструкцию чем-то, чего даже не существует.

Я управляю этим чем-то таким, чего никто никогда не видел, не ощущал. Вы не можете это понюхать, вы не можете это услышать. Но да, я продолжаю двигать этим свою руку.

Би-би-си: А насколько ваша рука сильнее человеческой? Она поднимает больше килограммов?

Н.Э.: Ей приписывают 40 кг, но я поднимал и все 50. Но я могу это сделать и своей живой рукой. Знаете, вот эта история про киборгов… Киборги — это те, кто использует технологию, чтобы прибавить себе способностей.

По сравнению с тем парнем, каким я был, когда у меня были целы обе руки, я не киборг. Потому что протез не дотягивает по возможностям до моей прежней руки, он так не справляется.

А если сравнивать меня с тем, кем я был, проснувшись этим утром, тогда да, я киборг. Потому что я встаю с одной рукой и даже не могу завязать шнурки. Так что да. Это вопрос относительный.

Би-би-си: В чем ключевое отличие вашей бионической руки от стандартного протеза?

Н.Э.: Тут дело даже не в том, что она может, а в том, как она это может, и в том, что вы ощущаете, видя ее. То, что чувствуете вы, когда смотрите на протез, не менее важно, чем то, что чувствую я. Потому что именно вы позволяете мне ощущать себя принятым, а без этого жить очень сложно.

Уникальный российский 3D-сканер поможет сделать протезы рук эффективнее

https://ria.ru/20210325/dgtu-1602648842.html

Уникальный российский 3D-сканер поможет сделать протезы рук эффективнее

Уникальный российский 3D-сканер поможет сделать протезы рук эффективнее — РИА Новости, 25.03.2021

Уникальный российский 3D-сканер поможет сделать протезы рук эффективнее

Высокоточный 3D-сканер культи для создания протеза разработали ученые Донского государственного технического университета (ДГТУ). Тактильный сканер BioSculptor… РИА Новости, 25.03.2021

2021-03-25T08:00

2021-03-25T08:00

2021-03-25T08:00

наука

университетская наука

навигатор абитуриента

донской государственный технический университет

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn23.img.ria.ru/images/07e5/03/18/1602657648_0:40:3000:1728_1920x0_80_0_0_421df949ff7676216e62df24250581e3.jpg

МОСКВА, 25 мар — РИА Новости. Высокоточный 3D-сканер культи для создания протеза разработали ученые Донского государственного технического университета (ДГТУ). Тактильный сканер BioSculptor 3D Touch Scanner автоматически обследует культю, собирает информацию о расположении мышц, костей, жировой ткани и в течение часа создает индивидуальную 3D-модель культеприемной гильзы. О разработке сообщили в пресс-службе вуза.Несмотря на значительный прогресс в технологиях производства протезов конечностей, по словам специалистов ДГТУ, более 60 процентов пациентов отказываются от протеза руки из-за дискомфорта, технических ограничений и внешнего вида устройства, а главное, из-за недостаточной осведомленности о вариантах решения этих проблем. При всем технологическом и функциональном многообразии решений, отмечают ученые, главный изъян любого из них — гильза, которая надевается на конечность.Применяемые сегодня технологии позволяют проектировать гильзы на основе 3D-моделей культи, но не способны распознавать состав тканей, говорят ученые. Между тем, по их словам, неправильное определение расположения тканей может не только снизить эффективность протеза и доставить дискомфорт пациенту, но и привести к неприятным последствиям вплоть до некроза.По словам ученых, сегодня в мире проблемы определения состава тканей решают только в Массачусетском технологическом институте (MIT) с помощью громоздких приборов, предназначенных исключительно для нижних конечностей. Разработанный же в ДГТУ BioSculptor 3D Touch Scanner для сканирования культи рук не имеет аналогов в мире, отмечают его создатели.»Процедура полностью автоматизирована и безболезненна для пациента. Наш прибор с помощью тензометрических датчиков и датчиков касания сканирует не только форму культи, но и анализирует расположение мышечной, костной и жировой ткани. Вывод результата сканирования в виде 3D-модели позволяет быстро и без дополнительных усилий исследовать результаты измерений. Само исследование длится не более 15 минут, построение 3D-модели – 30-40 минут,» — сообщил Хашев.По его словам, для анализа пациенту необходимо поместить культю по центру измерительного кольца. Анализатор движется вдоль конечности, оказывая давление на поверхность культи и считывая данные через каждый сантиметр. Превышение предельного усилия отслеживается с помощью чуткого тензодатчика, а данные в виде облака точек передаются оператору на компьютер, где программа строит 3D-модель культи пациента и приемной гильзы.Сейчас научный коллектив активно занимается совершенствованием программного обеспечения для сканера. В ближайшее время ученые планируют расширить функциональные возможности устройства, научившись точнее определять не только состав тканей, но и уровень мышечного тонуса.

https://ria.ru/20190531/1555150622.html

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2021

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Уникальный сканер

Уникальный сканер

2021-03-25T08:00

true

PT0M59S

https://cdn22.img.ria.ru/images/07e5/03/18/1602657648_26:0:2697:2003_1920x0_80_0_0_da87a8d2abae747975069f4ba3aa4e5c.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

университетская наука, навигатор абитуриента, донской государственный технический университет

МОСКВА, 25 мар — РИА Новости. Высокоточный 3D-сканер культи для создания протеза разработали ученые Донского государственного технического университета (ДГТУ). Тактильный сканер BioSculptor 3D Touch Scanner автоматически обследует культю, собирает информацию о расположении мышц, костей, жировой ткани и в течение часа создает индивидуальную 3D-модель культеприемной гильзы. О разработке сообщили в пресс-службе вуза.

Несмотря на значительный прогресс в технологиях производства протезов конечностей, по словам специалистов ДГТУ, более 60 процентов пациентов отказываются от протеза руки из-за дискомфорта, технических ограничений и внешнего вида устройства, а главное, из-за недостаточной осведомленности о вариантах решения этих проблем. При всем технологическом и функциональном многообразии решений, отмечают ученые, главный изъян любого из них — гильза, которая надевается на конечность.

«Гильза — один из самых важных индивидуальных узлов протеза, она соединяет усеченную конечность с механическими модулями протеза и воспринимает основные статические и динамические нагрузки. Проблема создания удобных и качественных гильз остается одной из главных в протезировании. От формы и материала гильзы во многом зависит, как будет функционировать подключаемое техническое устройство, и, в конечном итоге, комфорт пациента, носящего протез», — рассказал аспирант ДГТУ, разработчик профиля «Робототехника» института опережающих технологий «Школа Икс» Денис Хашев.

Применяемые сегодня технологии позволяют проектировать гильзы на основе 3D-моделей культи, но не способны распознавать состав тканей, говорят ученые. Между тем, по их словам, неправильное определение расположения тканей может не только снизить эффективность протеза и доставить дискомфорт пациенту, но и привести к неприятным последствиям вплоть до некроза.

По словам ученых, сегодня в мире проблемы определения состава тканей решают только в Массачусетском технологическом институте (MIT) с помощью громоздких приборов, предназначенных исключительно для нижних конечностей. Разработанный же в ДГТУ BioSculptor 3D Touch Scanner для сканирования культи рук не имеет аналогов в мире, отмечают его создатели.

«Процедура полностью автоматизирована и безболезненна для пациента. Наш прибор с помощью тензометрических датчиков и датчиков касания сканирует не только форму культи, но и анализирует расположение мышечной, костной и жировой ткани. Вывод результата сканирования в виде 3D-модели позволяет быстро и без дополнительных усилий исследовать результаты измерений. Само исследование длится не более 15 минут, построение 3D-модели – 30-40 минут,» — сообщил Хашев.

По его словам, для анализа пациенту необходимо поместить культю по центру измерительного кольца. Анализатор движется вдоль конечности, оказывая давление на поверхность культи и считывая данные через каждый сантиметр. Превышение предельного усилия отслеживается с помощью чуткого тензодатчика, а данные в виде облака точек передаются оператору на компьютер, где программа строит 3D-модель культи пациента и приемной гильзы.

Сейчас научный коллектив активно занимается совершенствованием программного обеспечения для сканера. В ближайшее время ученые планируют расширить функциональные возможности устройства, научившись точнее определять не только состав тканей, но и уровень мышечного тонуса.

31 мая 2019, 14:33НаукаСтуденты из МГУ создали удобный и дешевый «кибер-протез» руки

Полное руководство по ампутации руки и кисти и протезированию

Введение

Наша цель — от хирургии до реабилитации, профессиональной и физиотерапии, физических упражнений и т. Д. — помочь вам достичь максимального уровня независимости.

Десятилетия интенсивного опыта и доступ к новейшим технологиям протезирования научили нас, что успешная операция на верхних конечностях и восстановление зависят от 4 ключевых ингредиентов: подготовка, мотивация, знания и технологии.

В этом руководстве представлены общие рекомендации и информация для тех, кто сталкивается с ампутацией верхней конечности, и их семей, а также информация о том, как MCOP поддерживает людей с ампутированными конечностями и их семьи на протяжении всего процесса. Чтобы получить ответы на вопросы о вашей уникальной ситуации, свяжитесь с нами.

Запланировать чат

“ Моя мама была инвалидом более 40 лет, и я забочусь о ее здоровье.Мужчины и женщины в этом учреждении — профессионалы высочайшего уровня. Мне нравится их дух, чуткость и помощь в страховых компаниях. Они очень обрадовали мою маму процессом! » — Джесси М.

Знаете ли вы? Статистика ампутаций плеча

Только от 27% до 44% людей с ампутированными конечностями пользуются протезами плеча

Наши специалисты достигли уровня приемлемости более 80% при протезировании верхних конечностей

В U.S. соотношение ампутации верхней конечности к ампутации нижней конечности составляет 1: 4.

10% всех ампутаций руки в США приходится на возраст младше 21 года. Источник

Обратите внимание, что хотя информация, представленная здесь, основана на многолетнем опыте и проверенных источниках, почти каждый случай индивидуален.Таким образом, представленный здесь материал предназначен только для информационных целей и не может рассматриваться как медицинский совет. Поскольку презентации или случаи у каждого человека разные, мы рекомендуем лично проконсультироваться, чтобы обсудить, какие варианты лучше всего подходят для ваших нужд.

Всегда помни: у вас есть право выбора

Ваш выбор протезиста может иметь огромное влияние на ваше путешествие после ампутации.Доступно множество услуг, однако некоторые из них гораздо лучше расширяют ваши возможности и заботятся о вас в долгосрочной перспективе, чем другие. Люди, которые выбирают MCOP, становятся членами большего сообщества, приверженного своему постоянному здоровью, счастью и благополучию. Выберите компанию по протезированию, которая инвестирует в ваши результаты. Выберите движение вперед с MCOP, зная, что вы получите:

• Душевное спокойствие, зная, что вы работаете с протезистами с самым большим опытом в стране со сложной и уникальной потерей конечностей
• Экспертное руководство с передовыми знаниями о новейших протезных технологиях и устройствах для конкретных видов деятельности
• Расширение возможностей внутреннего тренажерного зала и общих услуг с услугами физиотерапии для инвалидов
• Комфортность работы с неравнодушными людьми

Подготовка к ампутации верхней конечности

Если вам или вашему близкому проводят ампутацию верхней конечности, вы должны знать, что команда опытных протезистов может и должна быть доступна, чтобы поддержать вас, ответить на ваши вопросы и позаботиться о том, чтобы вы получили наилучшее возможное лечение.Часть этого обязательства — убедиться, что вы готовы ко всему процессу ампутации, который начинается с понимания того, на что будет похож этот опыт. Ниже приведены некоторые из различных способов подготовки к плановой операции по ампутации.

Вопросы для врача перед ампутацией

Важно поговорить со своей командой врачей, особенно с хирургом, до того, как назначить любую процедуру ампутации.Общие вопросы могут включать:

• Риски : Какие основные риски следует учитывать при этой операции? Какие меры предосторожности принимаются для минимизации этих рисков? Учитывая риски, является ли ампутация лучшим решением?
• Процедура : Сколько времени займет операция? Какие виды анестезии будут использоваться? Какие меры принимаются для уменьшения реакции на анестезию?
• Боль : Какой боли следует ожидать после операции? Каковы краткосрочные и долгосрочные планы лечения боли?
• Восстановление : Как долго пациенту нужно будет оставаться в постели после процедуры? Как долго в палате восстановления? Будут ли стоки, и если да, то когда их уберут? Как долго вы будете контролировать уход за пациентом после операции? Когда снимут швы?

Социальная поддержка до ампутации

Вы или ваш близкий человек не первый человек, которому требуется ампутация руки или кисти.Поэтому подумайте о том, чтобы попросить своего врача дать рекомендации групп поддержки или даже о возможном доступе к пациентам, перенесшим аналогичную ампутацию (но имейте в виду, что правила HIPAA могут ограничить ваш доступ). Сообществу людей с ампутированными конечностями доступно несколько различных групп поддержки и ресурсов. Заблаговременное понимание возможных вариантов может оказаться полезным для вашего физического, эмоционального и социального благополучия до и после ампутации.

Консультация перед ампутацией с вашей бригадой протезирования и реабилитации

Во время консультации перед ампутацией ваша бригада протезистов встретится с вами или членами вашей семьи, чтобы обсудить вашу повседневную деятельность, вашу работу, ваши цели и т. Д.Это делается для того, чтобы определить лучший протезный подход для вас, исходя из понимания вашего нынешнего образа жизни и ваших целей. Вы также обсудите, каково это жить с протезом верхней конечности, и типы протезных устройств, которые могут вас заинтересовать.

Рекомендации, основанные на вашем призвании, развлекательной деятельности и образе жизни, помогут направить дискуссии о том, на что вы можете рассчитывать. ваша жизнь изменится после того, как вы получите протез. Вы узнаете о доступных технологиях, преимуществах и относительных недостатках различных продуктов, а также о том, что лучше всего подходит для ваших нужд.

Физиотерапия перед ампутацией

Как и любая процедура ампутации руки и кисти, предоперационная подготовка может помочь улучшить силу и гибкость плеча, ядра или других областей, окружающих место ампутации.Первый шаг — организовать сеанс физиотерапии, на котором вас или члена вашей семьи проинструктируют о том, как лучше всего подготовиться к предстоящей ампутации. Ваш терапевт покажет вам некоторые специальные упражнения, предшествующие операции. Они также могут предложить способы укрепить другие части вашего тела, например, подготовить вашу недоминантную конечность для более активного использования, если ваша доминирующая конечность удаляется.

Ампутации руки и кисти

Существует несколько различных типов ампутаций руки и кисти, и каждый тип ампутации может повлиять на тип протезного устройства или протезной технологии, которую вы в конечном итоге выберете.

Что такое ампутация верхней конечности?

Ампутация верхней конечности — это удаление части предплечья или руки. Ампутация рук и / или кистей рук может быть вызвана травмой, инфекцией, врожденными деформациями, а также раком или другими заболеваниями.

Когда и почему делают ампутации верхней конечности?

Самая частая причина ампутации — плохой кровоток, который, если его не лечить, может вызвать серьезную инфекцию и гибель тканей.Независимо от того, является ли результат травмы (77% ампутаций верхних конечностей вызваны травмой), заболевания или другой причины, ампутации обычно выполняются до того, как пораженная конечность или область представляют серьезный риск для здоровья пациента.

Какие существуют уровни ампутации верхней конечности?

Уровень ампутации — это термин, описывающий место ампутации части тела, которое определяет врач перед процедурой ампутации.От степени ампутации зависит, какой протез больше всего подходит для инвалида. Опытные протезисты обычно консультируются, чтобы определить, какой уровень ампутации наиболее благоприятен для вашего будущего протезного устройства. В зависимости от уровня ампутации вашей верхней конечности, руки, кисти и пальца варианты протеза и ваша способность использовать определенные протезные технологии могут сильно различаться

Частичная ампутация пальца / частичная ампутация большого пальца

Когда ампутация ограничивается любым пальцем (пальцами) или большим пальцем руки, это обычно называется частичной ампутацией пальца или частичной ампутации большого пальца.Это может быть ампутация любого пальца или любая комбинация ампутаций пальца. Большой палец является наиболее важным из всех пальцев и требует от кого-то наибольшего внимания, чтобы добиться нормального захвата предметов. При частичной ампутации пальца или частичной ампутации большого пальца уровни ампутации могут включать:

• ДИП (Дистальный межфаланговый сустав)
• PIP (проксимальный межфаланговый сустав)
• MCP (пястно-фаланговый сустав)
• Суставы одного или нескольких пальцев

Пястная / трансметакарпальная ампутация

Пястная / трансметакарпальная ампутация — это удаление части кисти, но не самого лучезапястного сустава.В результате ампутации пястной кости у пациента могут остаться неповрежденные части кисти и пальцев, и протез может понадобиться, а может и не потребоваться. Вы всегда должны обсуждать, какие варианты протезирования лучше всего подходят для ваших конкретных потребностей.

Выведение запястья

Под расчленением запястья понимается удаление всей кисти и лучезапястного сустава.При расчленении запястья варианты протезирования могут быть разными, но типичное протезирование будет иметь гнездо, которое присоединяется к множеству различных оконечных устройств, таких как рука (-и) или крючок (-и). Часто требуются переходники и другие соединительные элементы. С добавлением силиконовых покрытий для перчаток высокой четкости вся протезная система может быть замаскирована, так что окружающие не заметят ее.

Трансрадиальная ампутация

Трансрадиальная ампутация — это когда уровень ампутации проходит через лучевую и локтевую части предплечья, между локтевым и лучезапястным суставами.Варианты протезирования для трансрадиальной ампутации могут сильно различаться, но типичные трансрадиальные протезы будут иметь специально изготовленное гнездо для плотного прилегания к остаточной конечности, секцию предплечья, которая может содержать электронику и прикрепляться к оконечному устройству, например, руке или крючку. Трансрадиальные протезы бывают разных форм, включая пассивные, с телесным питанием, миоэлектрические, гибридные системы и протезы для конкретных видов деятельности.

Выведение локтя

Разъединение локтевого сустава — это когда уровень ампутации находится в локтевом суставе, и нижняя часть руки удаляется при сохранении всей верхней части руки (плечевой кости).Протезирование для разобщения локтевого сустава обычно состоит из протеза локтевого сустава в дополнение к гнезду (на запястье) и оконечному устройству (ам) (рука), которое прикрепляется к гнезду.

Чрескожная ампутация

Чрескожная ампутация — это когда ампутация проходит через плечевую кость выше локтя.Протезирование при чрескожной ампутации обычно состоит из протеза локтевого сустава в дополнение к гнезду (на запястье) и оконечному устройству (ам) (рука), которое прикрепляется к гнезду.

Для этого уровня ампутации доступно несколько решений по протезированию, включая пассивные, с питанием от тела, миоэлектрические, гибридные системы и системы для конкретных видов деятельности.

Выведение плеча

Разъединение плеча относится к ампутации, при которой верхняя кость руки (плечевая кость) встречается с остальной частью плеча в области ключицы и лопатки.При разобщении плеча протезная система состоит из гнезда для лопатки и ключицы, протеза плечевого сустава, протеза локтевого сустава, гнезда на запястье и оконечного устройства (руки). Тесное сотрудничество с протезистом, который понимает всю сложность и имеет опыт подгонки ампутации такого уровня, имеет решающее значение для положительных результатов. Для этого уровня ампутации доступно несколько решений по протезированию, включая пассивные системы, системы с питанием от тела, миоэлектрические, гибридные системы и системы для конкретных видов деятельности.

Ампутация передней четвертины

Также известная как «внутрилопаточная грудная» ампутация, ампутация передней четвертины — это удаление всей руки и плеча, а также лопатки и ключицы.При ампутации передней четвертины протезная система состоит из гнезда для лопатки и ключицы (которое может включать ребра или верхние части туловища), протеза плечевого сустава, протеза локтевого сустава, гнезда на запястье и оконечного устройства. (рука). Для этого уровня ампутации доступно несколько решений по протезированию, включая пассивные системы, системы с питанием от тела, миоэлектрические, гибридные системы и системы для конкретных видов деятельности.

Детское протезирование верхних конечностей

Протезирование верхних конечностей для детей с врожденными пороками или ампутациями требует особого ухода и внимания.Поскольку дети с протезами растут физически и развивают коммуникативные навыки, они нуждаются в поддержке и координации со стороны педиатров-ортопедов. Детское протезирование обеспечивает наилучшие результаты в сочетании с постоянным мониторингом. Ваша команда должна работать с родителями и опекунами, чтобы отслеживать пригодность, усыновление и другие показатели прогресса, чтобы убедиться, что протезная система оптимальна для потребностей вашего ребенка.

Подход MCOP

Для детей с врожденными ампутированными конечностями наша команда успешно установила миоэлектрические протезы для детей в возрасте от 1 года.5 лет. Мы стремимся установить первую пассивную руку на наших педиатрических пациентах примерно в то же время, когда ребенок впервые сможет сидеть, что часто называют подходом «посадка с сидением». Исследования показывают, что это стадия развития, когда дети достаточно взрослые, чтобы выработать стратегии, необходимые для использования протеза руки, и когда они, скорее всего, будут воспринимать свой протез как нормальное и естественное продолжение самих себя.

После ампутации верхней конечности

Сразу после ампутации верхней конечности основное внимание будет уделяться восстановлению и исцелению вашей остаточной конечности.Фаза восстановления — важный шаг к началу вашей реабилитации и, в конечном итоге, к приобретению протеза верхней конечности.

Исходя из скорости вашего выздоровления, ваша терапевтическая бригада определит, когда вы достаточно выздоровели и когда ваша остаточная конечность будет иметь соответствующую форму и подготовиться к этапу реабилитации. Только после этого можно безопасно начать интенсивные реабилитационные процессы. Во время реабилитации вы узнаете, как правильно ухаживать за остаточной конечностью и другими частями тела, которые имеют решающее значение для полного выздоровления.Часть процесса реабилитации также включает установку специального протеза (и, возможно, временного протеза) и обучение его использованию.

Чего ожидать после ампутации руки

После ампутации начинается процесс заживления.На то, чтобы полностью приспособиться к жизни без конечностей, может потребоваться время, но именно поэтому собирается ваша терапевтическая бригада. Они помогут вам полностью выздороветь и поддержат вас, чтобы вернуться к нормальной жизни. Раннее заживление — это правильная перевязка, компрессия и поддержание чистоты раны. Частью этого процесса является оценка состояния после ампутации, при которой анализируются ваша остаточная конечность, потребности и варианты страхования, чтобы помочь вам определить наилучший путь вперед.

Восстановление в больнице

Как и при любой операции, выздоровление в больнице начинается в палате послеоперационного периода.Сразу после процедуры ампутации вы проснетесь от наркоза с дренажной трубкой, выводящей из остаточной конечности. Это позволяет крови и жидкости покинуть рану и способствует заживлению.

Сколько времени нужно, чтобы оправиться от ампутации руки?

Скорее всего, вы пробудете в больнице около 2 недель , но ваше пребывание в больнице во многом зависит от того, как заживет ваше тело, и от типа операции по ампутации.

На ранних стадиях также важно сохранять правильное положение в больнице, чтобы ваши мышцы и суставы не напрягались и не становились менее полезными в долгосрочной перспективе. Фактически, многие больницы рекомендуют вам пойти против своих естественных инстинктов, чтобы сохранить остаточную конечность в удобном, безболезненном положении, и вместо этого держать ее как можно более вытянутой. Лечащая бригада может посоветовать вам не поднимать конечность в течение длительного периода времени, что также может со временем привести к снижению подвижности.

Перевязка и компрессия

Вначале медсестры или терапевты будут регулярно менять повязки и начнут показывать вам, как держать их правильно сжатыми.Сжатие улучшает кровообращение и уменьшает боль, вызванную отеком. Эластичные повязки накладываются и оборачиваются вокруг кожи / области раны, чтобы жидкость не попала в остаточную конечность. Со временем вы будете все меньше и меньше сдавливать рану, особенно если вы начнете использовать временный протез. Вы будете продолжать компрессионную терапию, пока ваша рана и остаточная конечность не приобретут правильную форму и не заживут полностью.

Во время этого процесса вы можете услышать, что некоторые из этих бинтов и эластичных носков называются «усадителями » или «усадителями культи ».«Это термин в индустрии здравоохранения для обозначения компрессионных рукавов после ампутации.

При повторном использовании эластичных бинтов, силиконовых компрессионных манжет и т. Д. Вы должны регулярно чистить их мягким моющим средством или мылом и давать им достаточно времени для высыхания перед повторным наложением. Прежде чем вы сможете регулярно носить протез, вы должны полностью выздороветь, после чего удалить все жидкости и отек.

Очистка и уход за кожей

Кожа вокруг ампутации важна, потому что в конечном итоге она станет основной областью, в которой вы устанавливаете и контролируете многие движения с помощью протезного устройства.Ваш терапевт покажет вам, как поддерживать его в чистоте и увлажнении, чтобы избежать появления грубых чешуйчатых пятен на коже. Мойте оставшуюся конечность водой с мягким мылом два раза в день. Промокните насухо и нанесите крем. Крем помогает сохранить вашу конечность мягкой и податливой, чтобы она легко приняла протез.

Кожа остаточной конечности также может быть очень чувствительной после операции. Чтобы уменьшить эту чувствительность, используйте мягкую щетку или массажный шарик, чтобы почистить пораненную кожу и чувствительные участки настолько, насколько это возможно.В зависимости от вашего уровня ампутации, область поверхности ампутации должна покрыться рубцом в течение 3-4 недель, но шрам не будет полностью заживать изнутри в течение довольно длительного времени.

Оценка после ампутации

После процедуры ваша команда должна запланировать первоначальную клиническую оценку, на которой вы изучите свою остаточную конечность, свои протезные потребности и варианты страхования, чтобы определить свой индивидуальный наилучший путь вперед.

Уход за звуковым рычагом

Когда вы начнете приспосабливаться к новому физическому облику верхней части тела, вы начнете гораздо больше полагаться на свою неампутированную конечность.В конце концов, ваша оставшаяся рука теперь работает сверхурочно и, естественно, должна стать сильнее с увеличением использования. Так же, как вы сосредоточитесь на использовании своего нового протеза, поработайте со своим физиотерапевтом, чтобы должным образом подготовить здоровую руку с помощью упражнений и тренировки мышечной памяти.

Вы не только захотите начать укреплять и тренировать эту руку, но также должны позаботиться о том, чтобы никоим образом не подвергнуть ее опасности. Если вы ведете активный образ жизни, протез поможет вам вернуться к занятиям спортом или фитнесом.Поговорите со своим терапевтом о способах получения максимальной отдачи от протеза и о том, как избежать травм или чрезмерного использования здоровой руки.

Как выбрать протез плеча

Услуги по протезированию могут быть начаты через 2 недели после операции, в зависимости от продолжительности восстановления.В некоторых случаях наиболее целесообразным может быть немедленное или раннее послеоперационное протезирование. В идеале вы должны попытаться начать использовать протез в течение 30 дней после операции, что позволит вам быстрее адаптироваться к использованию устройства.

Выбор на основе образа жизни

Рука и кисть человека представляют собой сложные структуры, для каждого уровня ампутации мы часто рекомендуем несколько оконечных устройств или несколько протезов в соответствии с потребностями человека.Мы рекомендуем каждому выбрать лучший инструмент для работы или деятельности, в которой они участвуют, чтобы добиться наилучших возможных результатов.

Типы протезирования руки и кисти

Вопреки мнению многих людей, инвалидам верхней конечности обычно доступно множество различных вариантов протезов руки.В зависимости от множества факторов (например, уровня ампутации, вашего образа жизни и т. Д.) У вас есть разные варианты протезирования, предназначенные для разных нужд. Например, некоторые протезы можно настроить с помощью различных приспособлений, чтобы вы могли продолжать заниматься своими любимыми хобби на открытом воздухе, такими как гольф или стрельба из лука. Важно помнить, что у вас есть варианты, и вы не должны соглашаться ни на что, что вам не подходит.

Во многих случаях мы стараемся предложить несколько вариантов протезирования.Мы рассматриваем протезы верхних конечностей как «инструменты в ящике для инструментов»: каждый пациент должен выбрать лучший инструмент для той работы, которой он занимается.

Пассивное протезирование

Пассивные протезы руки — лучший вариант для людей, которые хотят, чтобы их протез был функциональным и выглядел более реалистичным.Существуют различные варианты пассивных протезов: от реставраций из ПВХ умеренной стоимости до пассивных силиконовых протезов, которые могут быть изготовлены из силикона разного качества, высокого или низкого разрешения. Силиконовые пассивные протезы высокого разрешения обычно являются наиболее желательными пассивными протезами. Художники могут даже тщательно воспроизвести и воспроизвести естественный оттенок вашей кожи в этих протезах. Хотя большинство из них предлагают ограниченную способность захвата и возможность заранее расположить руку, они в первую очередь выбираются из эстетических соображений и не так функциональны, как большинство других вариантов.

Помимо пассивных рук, очень многообещающими становятся некоторые из новейших технологий 3D-печати из стали и титановых пальцев. Сюда входят продукты от Point Design и Titan Fingers от Partial Hand Solutions, которые являются отличным решением для людей с частичной ампутацией пальцев.

Тело-силовое протезирование

Протезы с приводом от тела обычно представляют собой протезный крюк или руку, которые приводятся в действие комбинацией ремней безопасности, мышц верхней части тела и здоровой конечности человека, соединенных кабелем.Сдвиги в привязи и напряжение мышц тянут трос, позволяя пользователю открывать и закрывать крючок или руку. Из-за того, как работают эти протезы с тросом, владелец имеет преимущество ощущать обратную связь через величину давления, которое он прилагает через привязь и, в конечном итоге, на крючки или руки.

Крючки и руки в протезах с питанием от тела бывают в двух состояниях по умолчанию: произвольное открывание и произвольное закрытие, которые относятся к тому, открыто или закрыто устройство по умолчанию.Хотя руки могут выглядеть более естественно, важно учитывать преимущества крючков. Например, крючки особенно полезны для пациентов с двусторонней ампутацией и обеспечивают легкий доступ к карманам и сумкам.

Детский ручной протез с телесным питанием

Протезирование с внешним питанием (миоэлектрическое)

В этих протезах используются микропроцессоры для усиления сигналов ЭМГ от мышц, что позволяет управлять запястьем или рукой.Термин «миоэлектрический» используется для описания электрических импульсов в ваших мышцах, которые обрабатываются протезом, чтобы дать пользователю диапазон движений, близкий к естественному. Эти протезы могут сочетать естественный вид пассивного протезирования с высокой степенью функциональности и контроля и поэтому являются одними из самых популярных.

В то время как некоторые из более простых и прочных версий этих устройств обладают высокой силой захвата (часто прикладывая до 20-30 фунтов силы), более совершенные версии с несколькими шарнирами обычно обеспечивают немного меньшую силу захвата.Мультиартикулирующие устройства ориентированы не на силу, а на заранее запрограммированные захваты и в сочетании при использовании с расширенным распознаванием образов, что позволяет миоэлектрическому протезированию понимать и выполнять более сложные сигналы, чем традиционные технологии.

Миоэлектрический протез руки от Össur

Гибридное протезирование

Гибридное протезирование сочетает в себе силу тела и миоэлектрический контроль, чтобы дать пользователю возможность одновременно контролировать локоть и руку.Гибридные протезы часто сочетают в себе высокую силу захвата миоэлектрического устройства с биологической обратной связью устройств, управляемых телом, без лишних габаритов. Эта комбинация может уменьшить вес и сложность трансгумеральной протезной системы, позволяя быстро задействовать локоть для установки терминального устройства.

Гибридный протез руки от BeBionic

Профилактическое протезирование

Это устройства, предназначенные для определенной деятельности, например для рыбалки или плавания.В дополнение к протезам, изготовленным для определенного вида деятельности, существует несколько распространенных приспособлений, предназначенных для конкретных видов деятельности, для множества повседневных задач, таких как чистка зубов, расчесывание волос и т. Д. Каждая насадка для конкретного вида деятельности легко прикрепляется к существующему протезу для использования с конкретным видом деятельности. MCOP обычно рекомендует насадки от TRS, Texas Assistive Devices или MidWest Pro-Cad, которые предлагают отличные продукты практически для любого приложения.

Протез руки, ориентированный на конкретную деятельность

Продвинутое протезирование руки и кисти

Многие компании, такие как BeBionic, помогают людям с протезированием раздвинуть границы возможного.

Передовые исследования в области протезирования и «экспериментальная» технология

Это протезы, являющиеся передовыми технологиями в области протезирования, в которых используются новейшие интеллектуальные технологии в сочетании с самыми передовыми материалами.К ним относятся следующие.

Имплантируемые миоэлектрические датчики

Имплантируемые миоэлектрические датчики (IMES) имплантируются в определенные мышцы. Каждый имплантированный электрод работает с уникальными мышцами, что позволяет контролировать протез руки.Эти электроды позволяют очень точно контролировать протезирование с внешним питанием. Протезисты MCOP были первыми в мире , которые работали с этой передовой технологией, и мы заключили контракт с организациями на продолжение исследований в этой инновационной области.

Рычаг DEKA / LUKE

Рука DEKA / LUKE, в настоящее время производимая Mobius, является одной из двух протезных рук, финансируемых в рамках инициативы DARPA по развитию протезных технологий.Рука LUKE, разработанная Дином Каменом, разработчиком Segway, представляет собой сложную систему, производимую Mobius Bionics. Рука LUKE использует несколько способов управления функцией протеза. В большинстве случаев рука LUKE использует передовые гироскопические датчики для определения направленного движения и контроля плеча, локтя, запястья и кисти протеза.

Модульный протез конечности

Модульный протез конечности (MPL), разработанный Лабораторией прикладной физики Джона Хопкинса, также был разработан в рамках инициативы DARPA по продвинутому протезированию.MPL — это самое современное протезное устройство в мире, которое может воспроизводить все функции руки человека. В большинстве случаев модульный протез конечности использует распознавание образов для управления им. Система дорабатывается для использования с системами сенсорной обратной связи, чтобы передавать пользователю информацию из окружающей среды.

Остеоинтегрированное протезирование

Остеоинтегрированные протезы — это протезы, в которых используются интрамедуллярные стержни, вставляемые в кость и выходящие из кожи и дистального конца конечности пользователя.Пользователь напрямую подключает свой протез к титановому устройству, выходящему из конечности. Пользователь не использует обычную розетку с протезом, что исключает любые отклонения в установке протеза. Это может быть отличным решением для пациентов с трудно устанавливаемыми протезами конечностей или у которых есть проблемы с их ортопедическими суставами.

HAPTIX (ручной проприоцепционный и сенсорный интерфейсы)

HAPTIX (Hand Proprioception and Touch Interfaces) посылает нервные сигналы назад и вперед от оконечного устройства.Эта технология — текущая инициатива DARPA, направленная на усиление контроля над протезом, интегрируя контроль протеза с нейронной системой пользователя. Системы предназначены для отправки и получения информации от пользователя о протезе и протезе пользователю. Это позволяет создать более интегрированную протезную систему.

Выбор современных ортопедических систем

MCOP продолжает участвовать в нескольких исследовательских инициативах, проводимых различными компаниями и организациями.Обычно мы активно набираем или ищем потенциальных субъектов для участия в исследовательских проектах по протезированию верхних конечностей. Субъекты часто могут попытаться высказать свое мнение о передовых технологиях протезирования, прежде чем они станут общедоступными. Свяжитесь с нами, чтобы узнать больше об исследованиях, которыми мы в настоящее время занимаемся, поскольку эти исследования постоянно меняются по мере того, как мы начинаем и останавливаем новые проекты.

MCOP прилагает все усилия, чтобы оставаться в авангарде новейших технологий протезирования, но мы знаем, что многое из вышеперечисленного может быть ошеломляющим, и иногда проще просто поговорить с кем-то.Если у вас есть какие-либо вопросы, не стесняйтесь обращаться к нам.

Делайте больше с помощью передового протезирования руки

Этот протез руки iLimb достаточно отзывчив, чтобы эффективно использовать его для задач, для которых пассивные протезы руки были бы менее приспособлены.

Протез «Жизнь без руки»

Другой вариант, конечно же, — не носить протез, который мы видим примерно у половины людей с ампутированными конечностями.Как правило, люди отказываются от протеза из-за плохого опыта работы со старыми технологиями. Однако последние достижения делают ношение протезов более привлекательным, чем когда-либо. За последние несколько лет не только значительно улучшилось протезирование, но и отсутствие протеза имеет ряд серьезных недостатков, в том числе:

• Синдромы перенапряжения (запястный канал и т. Д.)
• Пониженная функция
• Неуравновешенные движения, приводящие к боли в спине или шее

Используя наши современные подходы, более 80% пациентов, которым мы подошли, выбирают протез .

Взвешивание опционов

Если вы или ваш любимый человек подумываете о протезировании верхней конечности, вам не нужно принимать это решение в одиночку. Ваша команда в MCOP имеет большой опыт в протезировании верхних конечностей, и мы всегда рады помочь.Если вы заинтересованы в экспертной поддержке и руководстве, вы можете позвонить одному из экспертов здесь. Помогая вам разобраться в возможных вариантах, лучше всего затронуть самые разные темы, чтобы ваша команда могла узнать вас лучше. После этого вы можете запланировать первоначальную клиническую оценку, в ходе которой специалист изучит вашу здоровую конечность, текущее устройство, а также ваши потребности и цели, чтобы мы могли помочь вам построить ваш лучший путь вперед.

Страхование и протезирование плеча

Люк с миоэлектрической рукой

Эта специально подогнанная рука BeBionic позволяет одному из наших самых романтичных клиентов всегда носить обручальное кольцо.

Страхование вашего протеза верхней конечности

Следующим шагом будет поиск путей получения страхового покрытия для вашего устройства.Если у вас есть производственная травма, ваша команда может работать с менеджером по компенсации ваших рабочих, чтобы получить лучшее устройство для ваших нужд. В зависимости от ваших целей может быть определено, что для обеспечения полной функциональности требуется несколько устройств. Независимо от того, есть ли у вас частная или государственная страховка, VA, Tricare или Medicare / Medicaid, большинство страховых компаний предлагают несколько вариантов протезирования верхних конечностей.

Следуя этому решению, специалисты по страхованию протезов будут работать над получением предварительного разрешения от вашей страховки на продукты, которые лучше всего подходят для вашего образа жизни.Также важно, чтобы ваша команда проверила ваши льготы, чтобы убедиться, что в вашем страховом полисе нет исключений.

Первичная установка вашего протеза

Как только будет получено предварительное разрешение, протезист закажет компоненты, и вы сделаете оттиск.Для частичной реставрации кисти протезисты используют силикон. Для ампутации более высокого уровня обычно лучше всего использовать гипсовый слепок.

В MCOP мы предпочитаем гипс и физические слепки цифровым / трехмерным изображениям, потому что это позволяет нам чувствовать и планировать протезирование — иногда есть разная плотность, костные выступы, невриномы и многое другое, и мы обнаруживаем, что гипс позволяет нам создайте наиболее удобную и подходящую розетку для удовлетворения ваших потребностей.

Затем ваша команда создаст тестовую или «контрольную» розетку, чтобы вы попытались проверить комфорт и диапазон движений.Для миоэлектрических протезов на этом этапе будут оцениваться участки ЭМГ (электромиографа), чтобы проверить силу и интенсивность сигнала. Это также когда необходимо создать диагностическую установку окончательного протеза для определения длины, совмещения и т. Д. Это важно, потому что как только розетка утяжелится вместе с устройством, вы можете заметить изменение посадки.

Окончательная установка вашего протеза

После того, как у вас будет правильная диагностическая установка, ваша команда изготовит окончательный протез из ламинированного углеродного волокна.На этом этапе ваш протезист запрограммирует протез верхней конечности, чтобы настроить его функциональность в соответствии с вашими потребностями. Они должны пройти первоначальное обучение протезированию и поработать с вашим терапевтом, который поддержит ваше долгосрочное обучение и реабилитацию.

Жизнь с протезом верхней части руки

После первой примерки у вас будет повторное наблюдение через 1-2 недели.После того, как вы наденете протез в течение некоторого времени, могут произойти некоторые изменения объема мышц или конечностей, и эта встреча дает возможность оценить их и обсудить ваш комфорт и использование протеза. Кроме того, большинство протезов рук требует определенного уровня обслуживания. После первоначального наблюдения мы рекомендуем вам встречаться каждые 3-6 месяцев для планового обслуживания и последующего наблюдения.

Гарантия на протезы

На каждый компонент протеза, используемый при изготовлении протеза, распространяется гарантия производителя, предлагающая различные варианты гарантии в зависимости от производителя и устройства.

Ортопедический крючок Ottobock

Крючковое протезирование отлично подходит для повседневной деятельности, например, для работы или учебы.

Обучение и терапия

Любой хороший протезист должен убедиться, что вы станете экспертом в использовании и управлении устройством. Один из способов добиться этого — работать в партнерстве с эрготерапевтами и физиотерапевтами, чтобы установить цели и вехи и помочь вам достичь их с помощью образования, физической подготовки и повторяющихся упражнений.При надлежащей поддержке ваша новая конечность будет в максимальной степени ощущаться как естественное продолжение вашего тела.

Надевание и снятие протеза руки или кисти

Ваш протез руки или кисти, несомненно, станет частью вашей повседневной жизни.Хотя вначале вам может потребоваться помощь в надевании и / или снятии протеза со стороны вашей семьи или друзей, хорошая команда специалистов по протезированию научит вас делать это самостоятельно. Они обсудят с вами, как правильно его носить и обеспечить идеальную посадку. Ваша терапия будет включать инструкции о том, как ее надевать, чтобы поверхность остаточной конечности не сморщилась и не сморщилась, что может вызвать повреждение кожи и повлиять на протезирование.

Ваша команда также будет работать с вами, чтобы выявить признаки неправильной подгонки, которые могут привести к образованию волдырей и язв.Кроме того, вы узнаете, как прикреплять различные части протезной системы, как ее снимать, как использовать и ухаживать за любыми носками или силиконовыми рукавами, а также некоторые другие основные инструкции по уходу, чтобы поддерживать работу протеза и необходимых принадлежностей. оптимально.

Использование нового протеза

Когда вы научитесь носить его, научитесь пользоваться новым протезом руки или кисти — следующим приоритетом.Ваш терапевт проведет вас через базовое использование, чтобы помочь вам достичь максимальной мобильности и независимости.

Вас также научат правильно ухаживать за протезом. Очистка поверхности протеза, вкладышей, гнезда и внутренней части гнезда поможет сохранить устройство в рабочем состоянии и избежать возможных раздражений кожи. Имейте в виду, что каждое устройство и каждый индивидуум различаются, поэтому ваше обучение использованию будет основано на вашей уникальной ситуации. Например, если ваша новая конечность представляет собой миоэлектрическую систему, вы научитесь заряжать и / или заменять батареи.Для изучения некоторых более совершенных протезных устройств может потребоваться время, но — это то, что вам нужно для !

Управление протезом

В зависимости от компонентов, используемых в вашем протезе, ваше обучение научит вас контролировать ряд важных движений, в том числе:

• Открытие и закрытие оконечного устройства (рука)
• Вращение внутри и снаружи
• Сгибание или разгибание локтя (ампутации более высокого уровня)
• Сгибание или разгибание плеча (ампутации более высокого уровня)

С помощью некоторых из наиболее технологически продвинутых протезных систем вы научитесь контролировать определенные движения, используя различные мышцы верхней части тела.

Миоэлектрическое программирование

Миоэлектрическое протезирование руки и кисти контролируется электрическими сигналами от остаточной конечности.Специалист поможет подготовить вас к работе с миоэлектрической рукой, запрограммировав элементы управления и скорость реакции. Это позволяет специалистам настраивать управление в соответствии с вашими потребностями и образом жизни, чтобы вы могли получить максимальную отдачу от миоэлектрического протезирования.

Повторные упражнения

Повторяющиеся упражнения — это повторное обучение тому, как выполнять повседневные действия естественно и уверенно, одновременно овладевая управлением новым протезом.Тренеры MCOP могут попросить вас выполнить определенные задания несколько раз, пока вы не почувствуете себя комфортно и расслабленно. При достаточном повторении вы сможете делать движения (наливать воду, водить машину, поднимать мелкие предметы и т. Д.) Автоматически, не думая о них.

Продолжение поддержки

В MCOP вы будете получать постоянную поддержку на протяжении всего пути вперед.Среди прочего, это будет включать перепрограммирование и переоборудование вашего протеза верхней конечности. У нас также есть штатные терапевты и физиотерапевты из MedStar National Rehabilitation, которые помогают с продолжающейся физиотерапией, но вы можете использовать любую терапевтическую группу, с которой вам удобнее всего. Мы будем с вами на каждом этапе пути, чтобы помочь вам двигаться вперед.

Часто задаваемые вопросы и ресурсы

Наша команда будет рада ответить на любые вопросы или решить любые проблемы, которые могут у вас возникнуть.Если вам нужна информация, не представленная на нашем веб-сайте, мы будем рады поговорить с вами напрямую. Просмотрите блог MCOP, чтобы прочитать информацию по актуальным темам и полезную информацию для сообщества инвалидов.

Часто задаваемые вопросы

К нам все время приходят вопросы.Ниже приведен список некоторых из наиболее часто задаваемых тем, но если вы не видите, что вас интересует, спросите об этом здесь.

Сколько времени нужно, чтобы оправиться от ампутации руки?

В среднем, может потребоваться от одного до двух месяцев после операции , чтобы физически восстановиться после ампутации руки.Использование вашего нового протеза конечности может начаться через неделю после ампутации.

Сколько стоит ампутация руки?

Стоимость зависит от вашей больницы и страховки.Как правило, ампутация руки в больнице может стоить от 10 000 до 30 000 долларов и более. Если ваша страховка покрывает это, вы можете в конечном итоге заплатить от 10 до 20% от общей суммы, что ограничено годовым максимумом из собственного кармана.

Сколько стоит протез руки или кисти?

Без страховки вы можете рассчитывать заплатить около 5000 долларов за косметический протез, до 10000 долларов за функциональный протез с крючком и от 20000 до 100000 долларов за новейшую технологию миоэлектрической руки.

Исследование, проведенное Департаментом по делам ветеранов в 2010 году, дает более подробную информацию о миоэлектрическом протезировании в зависимости от степени потери конечности:

• Частичная потеря руки: $ 18 703
• Убыток до середины нижнего плеча: 20, 329
• Убыток до середины плеча: 59 664 долл.
• Убыток до плеча: 61 655 долларов

Обратите внимание, что эти затраты являются базовыми оценками. Фактические затраты определяются сложностью желаемой протезной системы.Мы специализируемся на страховании передовых протезов, таких как миоэлектрические руки, чтобы облегчить финансовое бремя протезной конечности.

Сколько времени длится операция по ампутации?

Для большинства ампутаций требуется от пяти до 14 дней в больнице .Продолжительность самой операции может сильно варьироваться, и любые осложнения могут увеличить этот срок.

Каковы частые причины ампутации верхних конечностей?

Чаще всего причиной ампутации верхней конечности является травма.Другие частые причины — инфекции, опухоли, врожденные проблемы и крайне плохое кровообращение.

Внешние ресурсы

Мы сотрудничаем с различными организациями, чтобы предоставить вам наиболее полный и исчерпывающий список полезных ресурсов для людей с ампутированными конечностями и их близких.Просмотрите наш исчерпывающий список ресурсов для людей с ампутированными конечностями или свяжитесь с нами, и мы укажем вам верное направление, чтобы получить ответы, которые вы ищете.

Об авторе

Джейми Вандерси — специалист по протезированию верхних конечностей (руки) с более чем 20-летним опытом.Он присоединился к Медицинскому центру ортопедии и протезирования из Медицинского центра армии Уолтера Рида, где он работал специалистом по верхним конечностям, обслуживая героев нашей страны. Он продолжает проявлять свою страсть к помощи другим, обеспечивая своих пациентов новейшими технологиями и технологиями протезирования верхних конечностей. В профессиональном плане Джейми имеет звание CPO и является членом Американской академии ортопедии и протезирования.

Протезирование рук и пальцев — Access Prosthetics

PIPDriver от Naked Prosthetics

Это все о функции . Naked Prosthetics разрабатывает и производит прочные индивидуальные протезы специально для лечения потери пальцев. Наша миссия — помогать людям с ампутацией пальцев и оказывать положительное влияние на их жизнь, предоставляя функциональные высококачественные протезы пальцев.

PIPDriver разработан для людей с ампутацией средней или дистальной фаланги. В качестве шарнирного протеза с приводом от тела PIPDriver восстанавливает длину, обеспечивает подвижность, заменяет отсутствующий сустав DIP и защищает чувствительные остатки.Каждое устройство разрабатывается по индивидуальному заказу и изготавливается с точностью до миллиметра от уникальной анатомии пациента, чтобы успешно имитировать сложное движение пальца.

Для получения дополнительной информации о PIPDriver и других продуктах Naked Prosthetics: https://www.npdevices.com/product/

Livingskin от Össur

Протез Livingskin ™ разработан, чтобы оставаться незамеченным. Устройства Livingskin изготовлены вручную из силикона высокого разрешения и расписаны вручную, чтобы соответствовать тону кожи и внешнему виду.Livingskin разрабатывает протезы для клиентов с недостатками пальцев, кистей, кистей, а также пальцев ног и стопы. Каждый протез окрашивается индивидуально, чтобы соответствовать индивидуальным особенностям каждого клиента. С живой кожей клиенты получают наиболее реалистичную, эстетичную и функциональную пассивную реставрацию.

Изготовленные вручную из силикона высокого разрешения и раскрашенные вручную в соответствии с оттенком кожи и внешним видом, наши протезы Livingskin ™ очень реалистичны. Мы заботимся о том, чтобы детали этих протезов были замечательными, добавляя такие особенности, как веснушки и волосы.

В дополнение к реалистичному внешнему виду наших продуктов Livingskin ™, важно помнить, что подобные пассивные протезы по-прежнему обладают важными функциональными возможностями. Это включает в себя такие действия, как толкание, вытягивание, стабилизация, поддержка, легкое схватывание и набор текста.

https://www.ossur.com/prosthetic-solutions/products/touch-solutions/livingskin

MCPDriver — Naked Prosthetics

MCPDriver разработан для людей с ампутациями проксимальной фаланги. MCPDriver восстанавливает среднюю и дистальную фаланги. Эти шарнирные устройства, приводимые в движение телом, позволяют пациентам восстановить прекрасную ловкость и естественный захват. MCPDriver отлично восстанавливает зажимные, шпоночные, цилиндрические и силовые захваты, а также стабильность захвата. Каждое устройство разработано по индивидуальному заказу с точностью до миллиметра от уникальной анатомии пациента, чтобы успешно имитировать сложную функцию пальца.

MCPDriver получает свою прочность благодаря комбинации жестких рычагов из нержавеющей стали, приводимых в движение остатком, и удобно закрепляется на тыльной поверхности руки.Функциональная сила на кончике пальца зависит от прилагаемой пациентом силы. Типичный мужчина может достигать 7-9 фунтов силы на каждом кончике пальца. Кроме того, положение захвата с помощью силового крюка позволяет пациентам поднимать предметы значительного веса, поскольку нагрузка эффективно передается на подвеску вокруг запястья.

MCPDriver приводится в движение неповрежденным шарниром MCP с достаточным остатком дистальнее шарнира для зацепления с кольцом. Для инвалида, не отвечающего этим минимальным требованиям, это устройство все еще может получить функциональные преимущества.Однако перед заказом протеза необходимо уделить особое внимание.

ДРУГИЕ ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ ВКЛЮЧАЮТ:

• Силиконовый интерфейс задней панели для повышенного комфорта и защиты.
• Сменные кольца для подвешивания , позволяющие пациенту и протезистам найти идеальное приспособление для пользователя.
• Прокладки, которые можно добавлять или снимать для точной настройки посадки по мере необходимости пациенту из-за колебаний объема или предпочтений.
• Шайбы для отведения / приведения позволяют протезисту регулировать механический палец. Свобода движения в этом компоненте помогает пациенту получить оптимальный хват.
• Десять уникальных вариантов цвета и сочетания силиконовых задних пластин позволяют пациентам настраивать устройства в соответствии со своими стилевыми предпочтениями.
• Силиконовый наконечник напоминает натуральный кончик пальца и обеспечивает
  дополнительный захват .
• Клетчатая конструкция звеньев из нержавеющей стали обеспечивает защиту от сверхчувствительного остатка.

Для получения дополнительной информации о заказе, подборе, вариантах цвета или поиске протезиста, пожалуйста, свяжитесь с нашей группой обслуживания клиентов.
Для загрузки информации: РЕСУРСЫ

От железных протезов до трансплантации руки

Plast Surg (Oakv). 2014 Весна; 22 (1): 44–51.

Язык: английский | Французский

Кевин Дж. Зуо

¹ Факультет медицины и стоматологии, Университет Альберты, Эдмонтон, Альберта

Джарет Л. Олсон

² Отделение пластической хирургии, Университет Альберты, Эдмонтон,

07 Факультет медицины и стоматологии, Университет Альберты, Эдмонтон, Альберта

² Отделение пластической хирургии, Университет Альберты, Эдмонтон, Альберта

Для переписки: г-н Кевин Зуо, факультет медицины и стоматологии, Университет Альберты, 2J2.00 WC Mackenzie Health Sciences Center, 8440-112 Street Northwest, Эдмонтон, Альберта, T6R 3A5. Телефон 780-709-4598, электронная почта ac.atreblau@ouzk Авторские права © 2014 Канадское общество пластических хирургов. Все права защищеныЭта статья цитируется в других статьях в PMC.

Abstract

Рука — неотъемлемая часть человеческого тела с невероятным набором функций. В дополнение к наличию крупной и мелкой моторики, необходимой для физического выживания, рука имеет фундаментальное значение для социальных условностей, позволяя приветствовать, ухаживать за собой, художественное выражение и синтаксическое общение.Таким образом, потеря одной или обеих рук — это разрушительный опыт, требующий значительной психологической поддержки и физической реабилитации. Большинство ампутаций рук происходит у мужчин трудоспособного возраста, чаще всего в результате производственных травм или ранений, полученных во время боевых действий. На протяжении тысячелетий люди использовали самые современные технологии для разработки умных устройств, способствующих реинтеграции людей с ампутированными конечностями в общество. В данной статье представлен исторический обзор прогресса в замене отсутствующей руки, от ранних железных рук, предназначенных в основном для использования в бою, до сегодняшних стандартных протезов с питанием от тела и миоэлектрических протезов, до революционных достижений в восстановлении сенсомоторного контроля с целенаправленной реиннервацией и трансплантация руки.

Ключевые слова: ампутация руки, человек с ампутированной конечностью, протез руки, трансплантация руки, миоэлетрический протез, целевая реиннервация

Резюме

Главное, dont le specter fonctionnel est incroyable, fait partie intégrante du corps humain. En plus de la motricité globale et de la motricité fine essentielles à la Survie Physique, la main est fondamentale dans le cadre des Conventions sociales, permettant de souhaiter la bienvenue, de se nettoyer, de montrer, сын художественного выражения и синтаксического общения.La perte d’une main ou de deux mains est donc une expérience dévastatrice, qui exige un soutien Psychologique et une réadaptation body considérables. Большинство ампутаций в основном производят людей, живущих в трудных условиях, в период после травм, оставшихся после родов или происшествий в боях. Депутаты миллионеров, люди, занимающиеся созданием инженерных систем в соответствии с технологией пуантов для создания устройств, обеспечивающих работу по возвращению людей в общество. В настоящей статье предлагается un aperçu Historique de l’évolution du remplacement d’une main manquante, en commençant par les premières mains de fer conçues Principalement pour les battle, en passant par les prothèses стандарты myoélectriques ou activées par le corps actuelles, jusqu’aux революционные программы в реставрации сенсорного управления с восстановлением свободы и основной трансплантации.

От схватывания и манипулирования объектами до ухода за собой и общения — универсальность человеческой руки является неотъемлемой частью как физического выживания, так и социальных условностей. Таким образом, потеря одной или нескольких рук — это разрушительный опыт, требующий значительной психологической поддержки и физической реабилитации. Большинство ампутаций верхних конечностей происходит у мужчин трудоспособного возраста, чаще всего в результате профессиональных или боевых травм. Врожденные пороки развития, рак и сосудистые заболевания также являются основными причинами ампутаций (1).На протяжении тысячелетий люди использовали самые современные технологии, чтобы помочь инвалидам реинтегрироваться в общество. Однако, несмотря на выдающийся прогресс в этой области, создание идеальной функциональной и косметической замены отсутствующей руки по-прежнему является сложной задачей для врачей и исследователей. В данной статье представлен исторический обзор подходов к замене отсутствующей руки, от ранних железных рук до современных стандартных протезов и революционных достижений в сенсомоторной реставрации.

ОТ ДРЕВНОСТИ К СРЕДНЕВЕКОВЫМ ВЕКАМ: ЖЕЛЕЗНЫЕ РУКИ

Одно из самых ранних упоминаний о протезе руки было описано в 77 г. н.э. римским ученым Плинием Старшим в его энциклопедии Naturalis Historia .Потеряв руку во Второй Пунической войне (218–201 гг. До н.э.), римский полководец Марк Сергий получил протез, который позволил ему успешно вернуться в битву.

Сергий во втором походе потерял правую руку … Он сделал для него железную правую руку и, вступая в бой, привязал ее к руке, снял осаду Кремоны …

Среди самых известных примеров Ранний протез руки был железной рукой немецкого рыцаря Гёца фон Берлихингена (3). После того, как Гётц потерял руку во время осады Ландсхута (около 1505 г.) в Баварии, ремесленник создал ему железную руку с пальцами, которые можно было пассивно сгибать и разгибать в пястно-фаланговых, проксимальных межфаланговых и дистальных межфаланговых суставах, а также в межфаланговых суставах большого пальца. сустав (и).Привязав протез, Гётц смог удержать поводья, схватить оружие и вернуться в бой. Устройство было смоделировано как продолжение боевой брони, а не человеческой руки, и из-за его веса необходимо было прикрепить к броне Гётца толстыми кожаными ремнями.

Железная рука Гетца фон Берлихингена имела суставы пястно-фаланговых, проксимальных межфаланговых и дистальных межфаланговых суставов, а также межфалангового сустава большого пальца. Протез был прикреплен к броне Гётца кожаными ремнями.Изображение взято с Wikimedia Commons

Иллюстрация многочисленных компонентов средневекового протеза руки Гётца. Изображение получено с Wikimedia Commons

Итальянский историк и врач Паоло Джовио записал, что турецкий пират Хорук Барбаросса потерял правую руку в битве при Бугии (около 1517 г.) против Испании и получил железную замену. что позволило ему продолжить бой. Другой пример железной руки — это рука, созданная голландским мастером для герцога Кристиана Брауншвейгского, потерявшего левую руку в битве при Флери (около 1622 г.).Одно из первых описаний протеза руки без боевых действий было сделано в 1600 году итальянским хирургом Джованни Томмазо Минадои, который описал инвалида, который мог снимать шляпу, развязывать кошелек и даже писать пером (3). В XVI веке французский военный хирург Амбруаз Паре нарисовал первый подробный проект подпружиненного протеза руки, получившего прозвище « Le Petit Lorrain » в честь мастера, создавшего его (). Паре также нарисовал протез руки для ампутации выше локтя () (4).

Иллюстрация Амбруаза Паре протеза руки Le Petit Lorrain, опубликованная в 1575 году в его книге Les oeuvres d’Ambroise Paré (Работы Амбруаза Паре).Хотя запястье неподвижно, пальцы удерживаются в разгибании четырьмя пружинами, закрепленными в ладони. Пальцы могут сгибаться и удерживаться на месте с помощью звездочек, управляемых металлическими рычагами, что позволяет надежно захватывать предметы. Рука соединена с культей предплечья двумя металлическими стержнями и кожаными ремнями. Изображение получено из Национальной медицинской библиотеки США

Несмотря на то, что они были тяжелыми и требовали контроля контралатеральной неповрежденной рукой инвалида, первые протезы руки успешно восстановили рыцарь. умение держать в бою щит или оружие.Эти протезы были тщательно продуманы по форме и внешнему виду человеческих рук, а не просто неодушевленных инструментов для удержания предметов. Тем не менее, сообщения о ранних протезах рук редки, потому что тяжелая травма неизбежно приводила к кровотечению и инфекции, и только богатые могли позволить себе такие индивидуальные устройства.

ПРОТЕЗЫ С ТЕЛЕСНЫМ ПИТАНИЕМ, ДВЕ МИРОВЫЕ ВОЙНЫ И СОЗДАНИЕ СПЕЦИАЛЬНЫХ ОРГАНИЗАЦИЙ ПО ПРОТЕЗИРОВАНИЮ

Концепция «автоматического» протеза верхней конечности с телесным приводом была впервые предложена немецким дантистом Питером Балиффом в 1818 году (5).Используя передачу напряжения через кожаные ремни, устройство Балиффа позволило неповрежденным мышцам туловища и плечевого пояса вызвать движение в оконечном устройстве, прикрепленном к культи после ампутации. Впервые человек с ампутированной конечностью смог управлять своим протезом с помощью плавных движений тела, а не как отдельный инородный объект. В 1860-х годах модель Comte de Beaufort во Франции адаптировала дизайн для использования ранеными солдатами. Плечевой ремень с ремнем, пристегнутым к брюкам, пропускался через петлю к контралатеральной подмышечной впадине и отсутствующей конечности, что позволяло инвалиду манипулировать натяжением ремня, чтобы открывать и закрывать двойной пружинный крючок или сгибать и разгибать большой палец на простой руке с сросшимися пальцами (5,6).

В 1916 году немецкий хирург д-р Фердинанд Зауэрбрух описал свой протез с цифрами, управляемыми посредством передачи движений мышц плеча () (7). На видеозаписях той эпохи показано, как инвалиды эффективно использовали протез, чтобы пить из чашки и даже вынуть спичку из коробки, чтобы зажечь сигарету (8). К сожалению, из-за высокой стоимости производства, немногие люди могли позволить себе устройство.

Первая мировая война (1914–1918) привела к невиданным ранее жертвам.В Соединенных Штатах (США) были созданы программы реабилитации лиц с ампутированными конечностями, чтобы помочь более чем 4400 инвалидам, большинство из которых (54%) имели верхние конечности (9), восстановить некоторую способность работать на фермах или фабриках. Распространение протезов с розетками и универсальным оконечным устройством позволяло прикреплять различные рабочие инструменты () (5). В 1917 году генеральный хирург армии США направил мастерам конечностей знаковое приглашение на встречу в Вашингтоне, округ Колумбия. Результатом стало создание Американской ассоциации производителей конечностей, ныне Американской ассоциации ортопедов и протезов.В Канаде национальная хартия 1920 г. признала необходимость оказания поддержки инвалидам, что привело к созданию Ассоциации ампутаций времен Великой войны, ныне известной как War Amps (10).

Взаимозаменяемость оконечных устройств позволяла выполнять различные работы с помощью телесного протеза. Изображение перепечатано с разрешения Elsevier: Marshall CJ. Современные протезы: работа центра тренировки рук в Рохэмптоне. Ланцет. 25 июня 1921 г.

Во время Второй мировой войны (1939–1945) улучшенное управление шоком и антибиотики спасли жизни, но привели к 3475 ампутациям верхней конечности в США (9).Огромный спрос на протезы привел к созданию Комитета США по исследованиям и разработкам в области протезирования в 1945 году и Канадской ассоциации протезирования и ортопедии в 1955 году (11,12). Трагедия с талидомидом (1958–1962 гг.) Привела к рождению многих детей с укороченными конечностями, что увеличило спрос и инвестиции в улучшение протезирования (13).

В 1948 году был представлен протез с тросом Боудена, который заменил громоздкие ремни на гладкий и прочный трос. Несмотря на новые материалы и улучшенное мастерство, сегодняшние протезы с телесным питанием, по сути, являются адаптацией конструкции Боудена ().Прочные, портативные и относительно доступные протезы с питанием от тела позволяют пользователю добиться впечатляющего диапазона движений, скорости и силы при работе с оконечным устройством — чаще всего с двусторонним крюком — за счет изменения натяжения троса за счет сохраненных движений плеч и тела. . Возможность использовать обе руки одновременно вместо того, чтобы управлять протезом здоровой рукой, позволяет пользователю выполнять задачи более эффективно. Кроме того, ощущая натяжение кабеля, человек с ампутированной конечностью может прогнозировать и регулировать положение протеза без визуальной обратной связи.Хотя длительное ношение может быть неудобным, сложные двигательные задачи ограничены, а внешний вид не похож на человеческий, широко используются протезы с питанием от тела (14).

Протез с телом с тросом Боудена. Изображение перепечатано с разрешения Интернет-библиотеки Journal of Prosthetics & Orthotics: Billock JN. Конечные протезы верхних конечностей: руки против крючков. Clin Prosthet Orthot 1986; 10: 57–65

РОБОТИЧЕСКИЕ ТЕХНОЛОГИИ МИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПРОТЕЗЫ

В 1919 году в немецкой книге под названием Ersatzglieder und Arbeitshilfen ( заменители конечностей и рабочие вспомогательные средства были впервые использованы внешние конструкции протезов с внешним видом) пневматические и электрические источники энергии (а).К сожалению, эти революционные конструкции были слишком сложными, чтобы их можно было реализовать с помощью современных технологий (11).

Ранний протез руки на сжатом газе из немецкой книги 1919 года Ersatzglieder под Arbeitshilfen (Заменители конечностей и рабочие вспомогательные средства). Изображение перепечатано с разрешения Интернет-библиотеки Journal of Prosthetics & Orthotics: Childress DS. Исторические аспекты механических протезов конечностей. Clin Prosthet Orthot 1985: 9: 2–13

Электромагнитный протез руки из немецкой книги 1919 года Ersatzglieder под Arbeitshilfen (Заменители конечностей и вспомогательные средства).Изображение перепечатано с разрешения онлайн-библиотеки J Prosthet Orthot: Childress DS. Исторические аспекты механических протезов конечностей. Clin Prosthet Orthot 1985: 9: 2–13

В 1948 году Рейнхольд Райтер, студент физики в Мюнхенском университете (Мюнхен, Германия), создал первый миоэлектрический протез, устройство, которое усиливает потенциалы поверхностной электромиографии (ЭМГ) для питания моторизованных части. Хотя Рейтер опубликовал свою работу (15), она не получила широкого признания, и это потенциально революционное изобретение не получило коммерческого или клинического признания (16).

Первый клинически значимый миоэлектрический протез был представлен российским ученым Александром Кобринским в 1960 году. Использование транзисторов уменьшило габариты и сделало устройство портативным, при этом батареи и электроника носились на ремне и соединялись с протезом с помощью проводов. В протезе также использовалась резиновая косметическая перчатка телесного цвета (17). Хотя эта «Русская рука» продавалась в Великобритании и Канаде, она имела множество проблем: она была тяжелой, движение было медленным, сила сжатия была слабой, соединения проводов были подвержены повреждениям, а электрические помехи снижали надежность (16).

К 1980-м годам миоэлектрические протезы использовались в реабилитационных центрах по всему миру, а сегодня они стали обычным вариантом для людей с ампутированными конечностями () (18). Улучшение материалов позволило создать более легкие и эргономичные конструкции, в то время как энергия эволюционировала от сжатого газа до перезаряжаемых никель-кадмиевых батарей (19). По сравнению с протезами с питанием от тела, миоэлектрические протезы отличаются превосходным комфортом и эстетикой, не имеют неприглядных кабелей и разнообразного набора реалистичных силиконовых накладок для рук и кожи ().Кроме того, обнаружение сигнала на поверхности кожи неинвазивно, а усилия при операции сопоставимы с нормальной конечностью (20). Контрольные мышцы различаются в зависимости от уровня ампутации пациента. Например, большинство людей с ампутацией ниже локтя (трансрадиальной) будут использовать сохраненные мышцы-сгибатели и разгибатели запястья для управления протезом руки, в то время как пациенты с ампутированной конечностью выше локтя (транс-плечевые) будут также задействовать мышцы бицепса и трицепса для управления протезом локтя (21). .

Миоэлектрический протез ниже локтя, контролируемый электромиографическими (ЭМГ) потенциалами от остаточных мышц на культе ампутации.Изображение перепечатано с разрешения онлайн-библиотеки J Prosthet Orthot: Billock JN. Конечные протезы верхних конечностей: руки против крючков. Clin Prosthet Orthot 1986; 10: 57–65

Миоэлектрические протезы могут быть покрыты реалистичными силиконовыми кожными накладками, разработанными, чтобы соответствовать размеру, тону кожи, распределению волос, характеристикам ногтей и т. Д. Человека с ампутированной конечностью. Изображение предоставлено: Лаборатория прикладной физики Университета Джонса Хопкинса

Однако, в отличие от протезов с питанием от тела, миоэлектрические протезы имеют внешнее питание и их необходимо регулярно заряжать (22,23). Обучение выделению мышечных сигналов утомительно, включает несколько этапов тренировки, а сложные движения, требующие одновременной артикуляции пальцев, запястья и локтя, могут быть невозможны (24). Существует задержка между инициированием команды движения и механической реакцией, а мелкие колебания, такие как смещение положения электродов или изменение состояния кожи (например, потоотделение), могут мешать сигналам ЭМГ (21).Из-за отсутствия сенсорной обратной связи визуальный ввод должен быть постоянным, что утомительно, подвержено ошибкам и неестественно (25). Хотя косметические накладки впечатляют своей реалистичностью, их долговечность является проблемой, поскольку пользователи жалуются на частую замену перчаток из-за износа, порезов и пятен (19).

Использование остеоинтеграции, прямого крепления титанового фиксатора к живой кости, устраняет необходимость в гнезде и увеличивает стабильность и комфорт на стыке между протезом и остаточной конечностью ().Остеоинтеграция была разработана в 1950-х годах шведским хирургом Пер-Ингваром Бранемарком, но именно его сын Рикард Бранемарк первым применил ее для протезов конечностей (26). Обеспечивая стабильную фиксацию, остеоинтегрированные протезы устраняют проблемы, связанные с лунками, такие как натирания и потоотделение, одновременно увеличивая диапазон движений инвалида (27). Соединение интимного протеза и скелета также позволяет пользователям испытывать повышенное давление и ощущение вибрации (28). В период с 1990 по 2010 год команда Бранемарка установила 10 трансрадиальных и 16 чрескожных остеоинтегрированных протезов.Только три пациента позже не смогли использовать свой протез из-за перелома имплантата, травматического повреждения или неполной интеграции (27). Инфекция и стоимость имплантата являются основными ограничениями для более широкого внедрения остеоинтеграции у людей с ампутированными конечностями.

А
С по
С
С помощью остеоинтеграции титановый фиксатор хирургическим путем прикрепляется к кости в месте ампутации, что позволяет надежно подсоединить миоэлектрический протез. Прямое крепление устраняет необходимость в розетке и обеспечивает стабильную фиксацию, тем самым улучшая функцию.Изображение перепечатано с разрешения Elsevier: Канг Н.В., Пендеграсс С., Маркс, Л., Бланн Г. Костно-кожная интеграция имплантата внутрикостной чрескожной ампутации, использованного для реконструкции чрескожного ампутации конечности: описание случая. J Hand Surg Am 2010; 35: 1130–4

Несмотря на широкую доступность, миоэлектрическая технология стоит дорого и не может покрываться страховыми планами. В 1990-х годах миоэлектрический протез с оконечным устройством стоил примерно в шесть раз больше для инвалида ниже локтя, чем протез с питанием от тела.В Канаде трансрадиальные миоэлектрические руки стоят от 7500 до 29 500 долларов, а трансрадиальные миоэлектрические протезы — до 80 000 долларов; для сравнения, обычный протез с телесным питанием может стоить приблизительно 5 500 долларов США (22).

ИНТУИТИВНЫЙ МИОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ С НАПРАВЛЕННОЙ РЕИННЕРВАЦИЕЙ

Основным достижением в интуитивном управлении искусственными конечностями стала техника целевой двигательной реиннервации (TMR), впервые описанная в 2004 году доктором Тоддом Куикеном и доктором Грегори Думаняном в США (29).Путем перенаправления перерезанных (т.е. ампутированных) периферических нервов от ампутированной конечности к неповрежденным запасным (целевым) мышцам, результирующие ЭМГ-сигналы целевых мышц теперь представляют собой моторный вход в недостающие мышцы конечности (30). Например, если срединный нерв переносится в брюшко средней грудной мышцы, тогда, когда человек с ампутированной конечностью думает «согнуть пальцы», средняя область большой грудной мышцы сжимается, генерируя надежную ЭМГ, чтобы закрыть протез руки. В отличие от обычных миоэлектрических протезов с питанием от тела и обычных миоэлектрических протезов, TMR интуитивно понятен и позволяет пациентам одновременно перемещать несколько суставов, например открывать и закрывать протез, сгибая и разгибая локоть, увеличивая скорость выполнения задачи в 2-6 раз (21,31 ).

Нацеленная реиннервация двигательной активности ( , панель A, , ) и нацеленная сенсорная реиннервация (, , панель B, , ) включают хирургическое перенаправление нервов культи к денервированной целевой мышце или кожной области. Сокращение реиннервируемой целевой мышцы позволяет интуитивно управлять миоэлектрическим протезом, а стимуляция реиннервируемой кожи обеспечивает сенсорную обратную связь. Изображение перепечатано с разрешения Elsevier: Kuiken TA, Miller LA, Lipschutz RD, et al.Целенаправленная реиннервация для улучшения функции протеза руки у женщины с проксимальной ампутацией: тематическое исследование. Lancet 2007; 369 (9559): 371–80

Было обнаружено, что помимо улучшенного моторного контроля, у пациентов с ранней TMR наблюдалось восстановление чувствительности кожи над реиннервируемой мышцей. Когда стимулировали повторно иннервируемую кожу, ощущалось ощущение в той области тела, где ампутированный нерв использовался для иннервации; то есть человек с ампутированной конечностью почувствовал прикосновение к определенной части отсутствующей конечности () (32).Обладая этими знаниями, метод целевой реиннервации был расширен и теперь включает повторное прикрепление сенсорных нервов к основным периферическим нервным стволам (30). Разновидность этого хирургического метода для выявления, отделения и перенаправления отдельных сенсорных нервных волокон от срединного и локтевого нервов к кожным сенсорным областям, удаленным от реиннервируемой мышцы, разрабатывается мультидисциплинарной группой в Университете Альберты (Эдмонтон, Альберта). Этот метод, известный как сенсорная реиннервация, нацеленная на пучки, создает дискретную пространственную сенсорную карту руки над выбранной областью рецепторной кожи вдали от интерфейса протеза.За счет включения устройства сенсорной обратной связи пациент может чувствовать и, таким образом, координировать силу силы, прилагаемой миоэлектрическим протезом при обращении с предметом. Ранние результаты показывают эффективное восстановление дискриминирующего ощущения давления (до четырех дискретных уровней силы с точностью от 75% до 85%), способность захватывать и отпускать предметы, а также способность различать размер (среднее значение [± стандартное отклонение] 93 ± 6 % точности) и плотности (точность 100%) без визуальных или слуховых стимулов (33).

Целенаправленная сенсорная реиннервация позволяет создавать кожные «карты», которые при стимуляции вызывают у пациента ощущение ощущения отсутствующей руки. Изображение перепечатано с разрешения Elsevier: Kuiken TA, Miller LA, Lipschutz RD, et al. Целенаправленная реиннервация для улучшения функции протеза руки у женщины с проксимальной ампутацией: тематическое исследование. Lancet 2007; 369: 371–80

Сообщенные осложнения процедуры целевой реиннервации включают целлюлит, серому и временно усиливающуюся фантомную боль в конечностях.Стоимость хирургической процедуры, госпитализации, протезирования и реабилитации колеблется от 150 000 до 250 000 долларов США (34). Хотя на ранней стадии своего развития, по состоянию на 2011 г., таргетная реиннервация была проведена более чем у 40 пациентов во всем мире (21).

БИОЛОГИЧЕСКОЕ ВОССТАНОВЛЕНИЕ РУК: ТРАНСПЛАНТАЦИЯ КИСТИ функциональный блок ().

Первая попытка трансплантации кисти была сделана в Эквадоре в 1964 году доктором Робертом Гилбертом. К сожалению, через три недели рука была ампутирована из-за острого отторжения органа (35,36). В 1998 году первая в мире успешная трансплантация руки была проведена в Лионе, Франция, международной командой под руководством доктора Жан-Мишеля Дюбернара (37). 48-летний пациент получил правую руку 41-летнего донора с мертвым мозгом за 13 часов (38,39). Несмотря на технический успех и прогресс в реабилитации, плохое соблюдение режима лечения привело к отторжению трансплантата, и рука была удалена через 29 месяцев (40).Последующая трансплантация, проведенная в 1999 г. в Луисвилле (Кентукки, США) 37-летнему Мэтью Скотту, имела больший послеоперационный успех. Скотт, которому сейчас 50 лет, является самым долгоживущим реципиентом трансплантата руки в мире (38). В 2000 году первая в мире двусторонняя трансплантация руки была проведена в Лионе, Франция, 33-летнему мужчине, который потерял обе руки в результате взрывной травмы (41).

Для мотивированных и послушных пациентов Международная федерация обществ хирургии кисти заявила, что:

… замечательно хорошее восстановление чувствительности было зарегистрировано на всех пересаженных руках… защитная чувствительность была достигнута у всех пациентов в течение 6–12 месяцев… 90% проявили тактильную и 72% дискриминирующую чувствительность, что дает реальное преимущество перед протезами носить

В течение одного года пациенты могут поворачивать дверные ручки, поднимать предметы, держать посуду, ловить мячи и завязывать обувь (42).Трансплантация руки также восстанавливает нормальный внешний вид конечностей человека с неизмеримой психологической пользой (34). Улучшение качества жизни констатировали 75% реципиентов трансплантата руки, многие из которых вернулись к работе () (43).

Несмотря на эти успехи, трансплантация руки является предметом интенсивных споров из-за связанных с ней осложнений, этических соображений и особых соображений пациентов. Иммуносупрессия имеет решающее значение, поскольку каждая ткань в составном аллотрансплантате отличается по своей антигенности и может быть отторгнута уникальными гуморальными или клеточными механизмами.Типичные протоколы включают преднизон, такролимус и микофенолят мофетил с осложнениями, включая оппортунистические инфекции, рак кожи, сепсис и почечную недостаточность (43). Долгосрочные эффекты неизвестны, но хроническое отторжение органов еще не наблюдалось. Однако, в отличие от трансплантации твердых органов, цель трансплантации руки — не в спасении жизни, а в улучшении ее качества. Имея это в виду, критики ставят под сомнение этичность подвергать пациента последствиям пожизненной иммуносупрессии, когда другие варианты замены руки широко доступны.Другие подчеркивают, что не все пациенты после трансплантации достигают удовлетворительного тактильного контроля, силы захвата или терморегуляции (44). Предварительный психологический скрининг для высокомотивированных пациентов имеет решающее значение, потому что приверженность пациента строгой реабилитации и иммуносупрессии имеет первостепенное значение для общего успеха процедуры.

В настоящее время во всем мире выполнено 30 трансплантаций одной руки и 21 трансплантация двойной руки (45). Хотя затраты оцениваются в> 500 000 долларов США (46), трансплантация руки является наиболее часто выполняемой процедурой VCA.В 2010 г. в клинике Мэйо в Рочестере (Миннесота, США) была создана первая в Северной Америке программа неэкспериментальной трансплантации руки (47). В Канаде еще не проводились трансплантации рук, но ведется работа по разработке программы VCA в Онтарио. Университет Торонто (Торонто, Онтарио) подал заявку на трансплантацию верхних конечностей в Министерство здравоохранения на утверждение. Прогресс в иммунорегуляторных протоколах со снижением токсичности — важный шаг на пути к более широкому распространению трансплантации рук.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И БУДУЩЕЕ

Акт замены отсутствующей руки для восстановления функций и формы на протяжении тысячелетий бросал вызов людям. Хотя материалы и конструкции претерпели значительные изменения, нам еще предстоит построить или создать полностью удовлетворительную замену 41 000 человек в США с обширными ампутациями верхних конечностей (48).

Будущее замены рук — захватывающее. Нет сомнений в том, что современные технологии — протезы с питанием от тела, миоэлектрические протезы, целенаправленная реиннервация и трансплантация руки — будут совершенствоваться и станут более доступными.Однако, благодаря передовым достижениям в регенеративной медицине и тканевой инженерии, однажды протезы могут устареть. Идея «чашки Петри» особенно интригует; Возможность создать фенотипически идентичную руку вместо оторванной может обеспечить оптимальную интеграцию с точки зрения биологической совместимости, функционального контроля, социальной коммуникации, сенсорной обратной связи и, конечно же, эстетики.

Выражение признательности

Авторы благодарят доктора Дауну М. Гилкрист, директора программы истории медицины Университета Альберты, и доктора Жаклин С. Хеберт, младшего научного сотрудника кафедры клинической реабилитации Университета Альберты, за их щедрую поддержку и руководство в подготовка этой работы.

ССЫЛКИ

1. Диллингем Т.Р., Пеззин Л.Е., Маккензи Э.Дж. Ампутация конечности и дефицит конечности: эпидемиология и последние тенденции в Соединенных Штатах. Саут Мед Дж. 2002; 95: 875–83. [PubMed] [Google Scholar] 3. Путти В. Исторические протезы. Скритти Медичи. 1925; IX (4–5) Впервые опубликовано La chirurgia degli organi di movimento. [Google Scholar] 5. Meier RH. Функциональное восстановление взрослых и детей с ампутацией верхних конечностей. Нью-Йорк: издательство Demos Medical Publishing; 2004 г. История ампутации руки, протезирования и реабилитации после ампутации руки; стр.1–8. [Google Scholar] 7. Sauerbruch F. Die willkürlich bewegbare künstliche Hand Eine Anleitung für Chirurgen und Techniker. Берлин: Дж. Спрингер; 1916. [Google Scholar] 9. Петри Р.П., Агила Э. Военный человек с ампутированной конечностью. Phys Med Rehabil Clin N Am. 2002; 13: 17–43. [PubMed] [Google Scholar] 11. Чайлдресс Д.С. Исторические аспекты механических протезов конечностей. Clin Prosthet Orthot. 1985; 9: 2–13. [Google Scholar] 13. Гейн В.Дж., Смарт С., Брансби-Захари М. Травматические ампутанты верхней конечности. J Hand Surg (Британский и европейский объем) 1997; 22: 73–6.[PubMed] [Google Scholar] 14. Остли К., Лешё И.М., Франклин Р.Дж. и др. Использование протезов у ​​взрослых, получивших серьезные ампутанты верхних конечностей: модели износа, протезные навыки и фактическое использование протезов в повседневной жизни. Disabil Rehabil Assist Technol. 2012; 7: 479–93. [PubMed] [Google Scholar] 15. Reiter R. Eine neue Electrokunsthand. Grenzgebiete der Medizin. 1948; 4: 133–5. [PubMed] [Google Scholar] 16. Скотт Р.Н. Миоэлектрический контроль протезов: краткая история. Презентация на Слушаниях симпозиума по MyoElectric Controls / Powered Prosthetics 1992 г .; Фредериктон.Август 1992 г. [Google Scholar] 18. Беренд С., Райзнер В., Маршессо Дж. А. и др. Обновленная информация о достижениях в протезировании верхних конечностей. J Hand Surg Am. 2011; 36: 1711–7. [PubMed] [Google Scholar] 19. Скотт Р.Н., Паркер ПА. Миоэлектрические протезы: современное состояние. J Med Eng Technol. 1988. 12: 143–51. [PubMed] [Google Scholar] 20. Паркер П., Энглхарт К., Хаджинс Б. Обработка миоэлектрических сигналов для управления протезами конечностей с приводом. J Electromyogr Kinesiol. 2006; 16: 541–8. [PubMed] [Google Scholar] 21. Шульц А.Е., Куикен Т.А.Нейроинтерфейсы для управления протезами верхних конечностей: современное состояние и возможности будущего. PMR. 2011; 3: 55–67. [PubMed] [Google Scholar] 23. МакФарланд Л.В., Хаббард Винклер С.Л., Хайнеманн А.В. и др. Односторонняя потеря верхней конечности: удовлетворенность и использование протезов ветеранами и военнослужащими из Вьетнама и конфликтов OIF / OEF. J Rehabil Res Dev. 2010. 47: 299–316. [PubMed] [Google Scholar] 25. Light CM, Chappell PH, Hudgins B, et al. Интеллектуальное многофункциональное миоэлектрическое управление протезами рук.J Med Eng Technol. 2002; 26: 139–46. [PubMed] [Google Scholar] 26. Бранемарк Р., Орнелл Л.О., Нильссон П. и др. Биомеханическая характеристика остеоинтеграции во время заживления: экспериментальное исследование in vivo на крысах. Биоматериалы. 1997; 18: 969–78. [PubMed] [Google Scholar] 27. Йонссон С., Кейн-Винтербергер К., Бранемарк Р. Остеоинтеграционные ампутационные протезы верхних конечностей: методы, протезирование и реабилитация. Prosthet Orthot Int. 2011; 35: 190–200. [PubMed] [Google Scholar] 28. Якобс Р., Бранемарк Р., Ольмаркер К. и др.Оценка уровня психофизического порога обнаружения вибротактильной стимуляции и стимуляции давлением протезных конечностей с использованием костной фиксации или опоры для мягких тканей. Prosthet Orthot Int. 2000; 24: 133–42. [PubMed] [Google Scholar] 29. Куикен Т.А., Думанян Г.А., Липшуц Р.Д. и др. Использование целевой реиннервации мышц для улучшения контроля миоэлектрического протеза у пациента с двусторонней дисартикуляцией плеча. Prosthet Orthot Int. 2004. 28: 245–53. [PubMed] [Google Scholar] 30. Куикен Т.А., Миллер Л.А., Липшуц Р.Д. и др.Целенаправленная реиннервация для улучшения функции протеза руки у женщины с проксимальной ампутацией: тематическое исследование. Ланцет. 2007; 369: 371–80. [PubMed] [Google Scholar] 31. Миллер Л.А., Липшуц Р.Д., Стабблфилд К.А. и др. Контроль протеза руки с шестью степенями свободы после целенаправленной реиннервации мышц. Arch Phys Med Rehabil. 2008; 89: 2057–65. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 32. Мараско П.Д., Шульц А.Э., Куикен Т.А. Сенсорная способность реиннервируемой кожи после перенаправления ампутированных нервов верхней конечности к груди.Мозг. 2009; 132: 1441–8. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 33. Хеберт Дж. С., Олсон Дж. Л., Морхарт М. Дж. И др. Новый метод сенсорной реиннервации для восстановления функциональной чувствительности руки после чрескожной ампутации. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. (В печати) [PubMed] [Google Scholar] 34. Агнью С.П., Ко Дж., Де Ла Гарза М. и др. Трансплантация конечностей и целенаправленная реиннервация: практическое сравнение. J Reconstr Microsurg. 2012; 28: 63–8. [PubMed] [Google Scholar] 35. Гилберта Р. Трансплантация трупного предплечья прошла успешно.Med Trib Med News. 1964; 5:20. [Google Scholar] 36. Гилберту Р. Повторно ампутирована рука, пересаженная от трупа. Med Trib Med News. 1964; 5: 23. [Google Scholar] 37. Dubernard JM, Owen E, Herzberg G, et al. Аллотрансплантат руки человека: отчет за первые 6 месяцев. Ланцет. 1999; 353: 1315–20. [PubMed] [Google Scholar] 39. Международная федерация обществ хирургии кисти. Moran SL. Трансплантация руки — Отчет IFSSH за 2010 г. (по состоянию на 2 сентября 2012 г.) 40. Канитакис Дж., Джуллиен Д., Петруццо П. и др.Клинико-патологические особенности отторжения первого аллотрансплантата руки человека. Трансплантация. 2003; 76: 688. [PubMed] [Google Scholar] 41. Дубернар Дж. М., Петруццо П., Ланцетта М. и др. Функциональные результаты первой двуручной трансплантации человеку. Ann Surg. 2003. 238: 128–36. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 42. Кауфман К.Л., Блэр Б., Мерфи Е. и др. Новая возможность для людей с ампутированными конечностями: трансплантация руки. J Rehabil Res Dev. 2009; 46: 395–404. [PubMed] [Google Scholar] 43. Петруццо П., Ланцетта М., Дубернар Дж. М. и др.Международный регистр трансплантации кистей и композитных тканей. Трансплантация. 2010; 90: 1590–4. [PubMed] [Google Scholar] 44. Джонс Н.Ф. Обеспокоенность трансплантацией руки человека в 21 веке. J Hand Surg Am. 2002; 27: 771–87. [PubMed] [Google Scholar] 46. Чунг К.С., Ода Т., Саддави-Конефка Д. и др. Экономический анализ трансплантации рук в США. Plast Reconstr Surg. 2010; 125: 589–98. [Бесплатная статья PMC] [PubMed] [Google Scholar] 47. Амер Х., Карлсен Б.Т., Дюссо Дж.Л. и др.Трансплантация рук. Миннесотская медицина. 2011; 94: 40–43. [PubMed] [Google Scholar] 48. Зиглер-Грэм К., Маккензи Э.Дж., Эфраим П.Л. и др. Оценка распространенности потери конечностей в США: с 2005 по 2050 год. Arch Phys Med Rehabil. 2008; 89: 422–9. [PubMed] [Google Scholar]

Одновременное управление несколькими функциями бионических протезов руки: производительность и надежность для конечных пользователей

Abstract

Миоэлектрические протезы руки обычно управляются двумя биполярными электродами, расположенными на мышцах сгибателя и разгибателя остаточной конечности .С помощью клинически установленных методик одновременно можно контролировать только одну функцию. Это громоздко и ограничивает преимущества дополнительных функций, предлагаемых современными протезами. Были проведены обширные исследования более совершенных методов контроля, но клиническое воздействие было ограниченным, в основном из-за недостаточной надежности в реальных условиях. Мы реализовали подход к контролю на основе регрессии, который позволяет одновременно и пропорционально управлять двумя степенями свободы, и оценили его на пяти конечных пользователях протезов.При оценке задач, имитирующих повседневную деятельность, мы включили факторы, ограничивающие надежность, такие как тесты в разных положениях рук и в разные дни. Подход регрессии был устойчивым в течение нескольких дней и лишь незначительно повлиял на изменение положения руки. Кроме того, регрессионный подход превзошел два подхода клинического контроля в большинстве состояний.

ВВЕДЕНИЕ

Отсутствующая рука после ампутации обычно сохраняет свое представительство в моторной коре, и большинство пациентов воспринимают потерянную конечность так, как будто она все еще присутствует ( 1 ).Активация этой так называемой фантомной руки вызывает сокращения остаточных мышц культи, которые можно обнаружить по миоэлектрическим потенциалам на поверхности кожи и использовать для управления протезом. Соответственно, протезы руки с электрическим приводом обычно управляются двумя электромиографическими (ЭМГ) сигналами, записанными с остаточной конечности. При обычном контроле, который был коммерчески и клинически доступен с 1960-х годов ( 2 ), два биполярных электрода ЭМГ интегрированы в протезное гнездо на сгибателях и разгибателях остаточной конечности и используются для пропорционального управления скоростью закрытия и открытия. протез.Это двухканальное управление ограничено одной степенью свободы (DOF) за раз. Для управления большим количеством степеней свободы активную глубину резкости можно переключить с помощью совместного сжатия или другой эвристики ( 3 ), которые требуют много времени или противоречат здравому смыслу и не позволяют одновременное управление несколькими степенями свободы.

Чтобы преодолеть ограничения обычного двухканального управления, были предложены различные методы машинного обучения для извлечения управляющей информации из большего числа каналов (обычно от 4 до 10) ( 4 — 6 ).Большинство предлагаемых подходов основано на классификации сигналов, которая присваивает характеристики ЭМГ дискретному набору движений ( 7 — 9 ). Это базовое управление включением / выключением может быть расширено путем включения пропорциональной активации каждого движения на основе амплитуды ЭМГ ( 8 , 10 ). Классификация в ее базовой форме позволяет только последовательную активацию отдельных протезных функций. Эту концепцию можно распространить на комбинированные движения ( 11 ). Однако это может снизить точность классификации и не позволяет осуществлять независимое управление скоростью одновременно активированных степеней свободы.

Недавно были исследованы подходы на основе регрессии для одновременного и пропорционального миоэлектрического контроля ( 12 — 17 ). Регрессия не отображает дискретные движения, а скорее оценивает пропорциональную активацию для каждой степени свободы. Это обеспечивает независимое, одновременное и пропорциональное управление всеми степенями свободы. Например, пользователь протеза может одновременно выполнять медленное вращение запястья и быстрое раскрытие руки. Как и в случае с классификационными подходами, для обучения регрессора требуются размеченные обучающие данные.Метки могут быть получены путем проведения двусторонне отраженных движений и измерения сил или кинематики на неповрежденной стороне ( 18 ). В качестве альтернативы пользователю могут быть предоставлены визуальные подсказки, которые могут быть применены также к инвалидам с двусторонней ампутацией ( 16 ).

Несмотря на исследования, проводившиеся в течение четырех десятилетий и многообещающие результаты в академических кругах, влияние подходов машинного обучения на клиническую практику все еще ограничено. Все основные производители протезов по-прежнему полагаются на обычное двухканальное управление; только одна дочерняя компания ( 19 ) предлагает контроллер на основе классификации в качестве дополнения к различным протезам.Основная причина ограниченного использования в клинических и коммерческих приложениях — это отсутствие устойчивости передовых подходов к контролю в реальных условиях ( 20 ). Высокие характеристики, достигаемые в контролируемых условиях, обычно существенно снижаются из-за таких факторов, как изменение положения рычага ( 21 ), небольшие смещения электродов ( 22 , 23 ), состояние кожи ( 20 ), механическая нагрузка из-за веса протеза ( 24 ) или времени между обучением алгоритма и применением ( 25 ).Большинство исследований миоэлектрического контроля на основе машинного обучения проводились в автономном режиме с записанными данными, анализируя только степень эффективности классификации. Другие были ограничены задачами виртуального управления, что исключает многие факторы, связанные с надежностью. Лишь в нескольких исследованиях оценивались системы, основанные на классификации, с пользователями протезами и в реальных протезных задачах. Альмстрём и др. . ( 26 ) оценили основанную на классификации систему с пятью пользователями протеза в 1981 году. Двое из участников использовали протез дома, но оценка функциональных характеристик не проводилась.Авторы сообщили о сильном ухудшении управляемости из-за усталости и повторяющихся отказов аппаратных средств прототипа протеза.

Амсюсс и др. . ( 10 ) провели функциональные лабораторные тесты с четырьмя пользователями протезами и протестировали две схемы классификации и стандартный контроль, который регулярно использовал каждый участник. Эффективность систем на основе классификации была в некоторых случаях лучше, а в некоторых случаях хуже, чем у традиционного контроля.Однако честное сравнение оказалось невозможным, потому что уменьшенная глубина резкости и дополнительное обучение из-за ежедневного использования упростили задачи для традиционных схем управления. Недавно Kuiken et al . ( 27 ) оценили основанную на классификации систему в домашнем исследовании трех пользователей протезами. В этом исследовании три участника с ампутацией использовали протез на основе классификации с семью функциями и индивидуальный прототип контроллера на основе классификации. Функциональные задачи, такие как тест Southampton Hand Assessment Procedure (SHAP) ( 28 ), тест box-and-block ( 29 ) и тест на перемещение прищепки ( 30 ) были оценены и сравнены с традиционным контролем. подход.Насколько нам известно, аналогичное исследование для контроля на основе регрессии еще не доступно.

В этой статье мы оценили подход одновременного и пропорционального контроля с двумя степенями свободы, основанный на линейной регрессии (LR), на пяти пациентах с трансрадиальной ампутацией или врожденным дефектом конечности, уделяя особое внимание устойчивости в сложных условиях. Выполняя физические задачи с реальным протезом и в разных положениях рук и тестируя обученную регрессионную модель в два разных дня, мы включили соответствующие факторы, которые потенциально могут ухудшить производительность при повседневном использовании.Далее мы сравнили подход, основанный на регрессии, с двумя клинически хорошо зарекомендовавшими себя подходами к контролю с двумя степенями свободы [контроль совместного сокращения (CC) и контроль наклона (SC)]. Эффективность оценивалась в стандартизированных тестах «ящик и блоки» и на перемещение прищепки, причем последнее было расширено до трех различных положений рук. Мы предположили, что подход LR (i) превзошел традиционный контроль, (ii) ухудшился при оценке на второй день с моделью, обученной в первый день, и (iii) был чувствителен к изменениям положения руки.

РЕЗУЛЬТАТЫ

Основанный на регрессии (LR) и два традиционных метода контроля (CC и SC) были оценены в функциональных задачах. Результаты теста на перемещение прищепки для пяти участников (по одной панели для каждого) представлены на рис. 1 с отмеченными значимыми сравнениями апостериорных тестов (уровень значимости P <0,05 после поправки Бонферрони). Левая часть на каждой панели показывает объединенные результаты для всех положений рук, тогда как правая часть показывает результаты, зависящие от положения.На рис. 2 показаны результаты теста «box-and-block», во время которого требовалась только степень значимости «открытие / закрытие» (уровень значимости P <0,05 после поправки Бонферрони). Для интуитивного сравнения с тестом на перемещение прищепки результат был преобразован в среднее время на блок. Отмечены значимые сравнения апостериорных тестов.

Рис. 1 Результаты теста на перемещение прищепки.

Показано время, необходимое для перевода трех выводов из горизонтального положения в вертикальное.Эффективность контроля на основе LR в два разных дня без переобучения (LR1 и LR2) и двух традиционных стратегий управления, CC и SC, показаны отдельно для каждого участника (по одной панели для каждого). Три положения рук — вниз (D), спереди (F) и вверх (U) — показаны отдельно справа и объединены слева. Предложенный контроль на основе регрессии превзошел CC для всех участников и показал себя так же или лучше, чем SC. Он был устойчив к переносу сеанса и менее подвержен изменению положения руки, чем CC.Звездочки указывают на существенные различия; знаки плюс указывают на выбросы; планки ошибок указывают 25-й и 75-й процентили.

Рис. 2 Результаты тестирования блоков и блоков.

Сообщаемый показатель результата — это среднее время на блок. Выполнение контроля на основе LR в два разных дня без переобучения (LR1 и LR2) и двух традиционных стратегий управления, CC и SC, показаны отдельно для каждого участника (по одной панели для каждого). LR был устойчивым во время сеансов, и его производительность была аналогична или лучше, чем у обычных систем управления во второй день, хотя требовалась только одна степень свободы.n.a., не применимо.

Одновременный контроль превосходит традиционный контроль

Учитывая объединенные по позициям результаты теста прищепкой, в котором требовались обе степени свободы, четверо из пяти участников показали значительно лучшие результаты, с оценкой LR в первый день, чем с CC. Среднее время передачи трех кеглей с LR составляло от 12 до 22 с (медианы участников; в среднем 18,6 с). С CC участникам требовалось от 20 до 80 с (в среднем 37,4 с). Только для участника 4 не было статистически значимой разницы между LR и CC.По сравнению с SC (от 16 до 30 с; в среднем 21,8 с), два участника показали значительно лучшие результаты с LR, а остальные трое — одинаково хорошо. При прямом сравнении двух традиционных методов SC и CC, четыре участника показали значительно лучшие результаты с SC; для одного участника существенных различий не было.

В тесте блоков и блоков оценивалась производительность в задаче с одной степенью свободы (рис. 2). Поскольку элемент управления заблокирован в одной глубине резкости в CC, участники, как и ожидалось, лучше всего работали с CC в этой задаче.При оценке в первый день LR показал себя значительно хуже, чем CC для двух участников, и значительно хуже, чем SC для одного участника. Однако на второй день не было существенной разницы между LR и CC для любого из участников, и LR показал себя значительно лучше, чем SC для двух участников. При прямом сравнении SC и CC, два участника показали значительно худшие результаты с SC. Фильм S1 показывает тесты для различных методов контроля.

Одновременное управление устойчиво к надеванию / снятию и передаче сеанса

Когда LR оценивался на второй день без переобучения модели, производительность не ухудшалась по сравнению с первым днем ​​ни в одном из тестов.В тесте прищепкой не было значительной разницы в производительности между двумя сеансами LR ни у одного из участников (второй день LR: среднее время от 11 до 21 с; среднее значение 16,6 с).

Кроме того, в тесте box-and-block производительность не снизилась от первого ко второму сеансу ни у одного участника. Вместо этого производительность значительно увеличилась для одного участника. Участник 1 провел тест с блоками только во втором сеансе из-за усталости в первом сеансе, вызванной значительным количеством времени, затраченным на настройку розетки и проверку качества сигнала.

Одновременный контроль относительно устойчив к изменению положения руки

Учитывая эффект изменения положения руки в тесте прищепкой, SC показал самую высокую надежность, без значительных различий между тремя положениями для любого участника. Что касается LR, три участника не показали значительных различий между положениями рук, но два участника показали значительно худшие результаты в положении верхнего плеча. CC был подходом, на который больше всего повлияло изменение положения рук, при этом три участника показали значительно худшие результаты в некоторых положениях рук.

Количество выпавших кеглей в целом было низким (Таблица 1). В зависимости от техники контроля, от 0,73 до 1,47 кеглей выпало в среднем за 10 повторений (30 перенесенных кеглей). Не было значительных различий между методами или положением рук для любого из участников, за исключением участника 2, который сбросил значительно большее количество булавок с LR1, чем с CC, особенно в положении верхней руки.

Таблица 1 Количество выпавших штифтов.

Выпавшие штифты для всех техник управления и положений рук.Каждая комбинация техники / позиции включала 10 пробежек или 30 переданных кеглей на участника. То есть количество выпавших кеглей было относительно небольшим, практически без существенных различий между методами и условиями. D, вниз; F, лобная; U, вверх. Записи тире указывают на отсутствие падений.

ОБСУЖДЕНИЕ

Мы оценили основанный на регрессии метод одновременного и пропорционального миоэлектрического контроля (LR) в сравнении с двумя общепринятыми традиционными методами (CC и SC) на пяти конечных пользователях-протезах.Оценка была основана на стандартизированном перемещении прищепки и тестах с блоками. Тест на перемещение прищепки был расширен до трех положений рук, чтобы исследовать влияние этого фактора на производительность. При использовании LR участники обычно выполняли лучше или аналогично двум протестированным традиционным методикам.

LR оценивали за два сеанса, регрессионная модель обучалась только на первом сеансе. Мы ожидали снижения производительности из-за надевания и снятия, поскольку ранее сообщалось об управлении на основе классификации в автономных ( 25 ) и сетевых ( 31 ) приложениях, а также для автономного управления на основе регрессии ( 23 ). ).Однако в текущем онлайн-исследовании мы не наблюдали какого-либо снижения производительности управления на основе регрессии в сеансе передачи. Поскольку мы оценивали производительность только в режиме онлайн, мы не можем установить, была ли сама регрессионная модель устойчивой к факторам, связанным с передачей сеанса, или имело место ухудшение модели, которое могло быть компенсировано пользователем, как было недавно показано для ухудшения сигнала из-за к шуму ( 32 ). Однако ни один из пользователей не сообщил, что почувствовал разницу в контроле на второй день или активно компенсировал какие-либо изменения.Остается показать, будет ли обученная регрессионная модель стабильной в течение более длительного периода, например нескольких месяцев. При необходимости контроллер можно было бы повторно обучить менее чем за 3 мин, если бы в контроллер была включена функция повторной калибровки.

Ухудшение производительности из-за изменения положения руки ранее было показано в автономном режиме для управления на основе классификации ( 21 ) и регрессии ( 33 ). В нашем исследовании изменение положения руки ухудшило результативность с LR только у двух из пяти участников.Это может указывать на то, что влияние положения руки менее проблематично при оценке в режиме онлайн, поскольку пользователь может исправить недостатки алгоритма управления, как указано также в ( 23 ). Неожиданно на обычный CC больше повлияло изменение положения руки, чем на LR. Это соответствовало заявлению участника, который сообщил, что у него были аналогичные проблемы при использовании CC с собственным протезом в повседневной жизни.

В большинстве исследований расширенного миоэлектрического контроля КК рассматривается как современный клинический уровень техники.Однако SC — еще один не менее хорошо зарекомендовавший себя метод, являющийся стандартной настройкой в ​​блоке управления MyoRotonic (Otto Bock Healthcare GmbH, Дудерштадт, Германия), при котором все четыре функции доступны напрямую без переключения режима (аналогично подходу на основе классификации ). Хотя одновременные движения не могут выполняться с помощью SC, а абсолютная эффективность часто все еще ниже предлагаемого нами подхода LR, участники выполняли значительно лучше с SC, чем с CC, и контроль был устойчивым к изменению положения рук.Таким образом, мы считаем, что СК заслуживает большего внимания как клинически установленный базовый метод при оценке новых подходов к миоэлектрическому контролю.

Подход LR, с другой стороны, предлагает гораздо более высокую функциональность по сравнению с двумя традиционными подходами. Обе степени свободы могут быть задействованы одновременно, и их скорость может регулироваться независимо. Кроме того, он обеспечивает плавный переход между движениями, как при естественных движениях рук. Мы заметили, что некоторые из участников использовали эту функцию в тесте прищепкой, например, инициируя вращение запястья до того, как рука была полностью раскрыта при отпускании булавок.Тот факт, что производительность с LR в тесте box-and-block была сопоставима с характеристиками традиционных методов управления, указывает на то, что дополнительные функции, предлагаемые LR, не усложняли управление в задачах, требующих только одного DOF (т. Е. Очень мало ложных срабатываний. второй степени свободы).

Невозможно исследовать корреляции между факторами, специфичными для участников, такими как тип дефекта конечности (ампутант или врожденный) или длина остаточной конечности и работоспособность из-за небольшого размера выборки.Однако короткая остаточная конечность и тот факт, что у участника 2 были наложены только четыре электрода вместо восьми, возможно, способствовали относительно большому влиянию положения руки у этого участника. Более того, участник с лучшими показателями в LR (участник 1) имел наибольший опыт с расширенным контролем (в основном контролем на основе классификации). Вполне вероятно, что этот опыт был перенесен в регрессионный контроль. Подобный тренировочный эффект, вероятно, присутствует и для типа контроля, используемого участниками в повседневной жизни.Двое из трех участников, которые одинаково хорошо показали себя как с SC, так и с LR (участники 2 и 4), используют SC в своих обычных повседневных протезах. Таким образом, у них было значительно больше тренировок с SC, чем с другими методами. Дополнительный потенциальный тренировочный эффект связан с двусторонним участником 4, который использует CC в одном из своих обычных протезов повседневного использования. Среди пяти участников он показал лучшее выступление с CC.

Один пользователь решил остановить эксперимент в первый день эксперимента перед проведением теста с блоками и блоками из-за усталости.Однако это произошло из-за времени, необходимого для окончательной настройки разъема, что потребовало многократного тестирования качества сигнала во время сокращений. Настройка сокета не была связана с конкретным методом управления, но связана с качеством сигнала, необходимым для всех методов. Мы не исследовали степень, в которой различные методы контроля вызывают утомление, но при сопоставимых корректировках коэффициентов усиления и пороговых значений мы не ожидаем более высокого уровня утомляемости в LR, чем в традиционном контроле.

Хотя использовались стандартизированные показатели производительности, сравнение с другими исследованиями затруднено из-за различных экспериментальных условий (например, количества доступных степеней свободы) и очень больших межучастных вариаций, которые наблюдались в этом исследовании. С классификационным контролем, оцененным в ( 27 ), трем участникам потребовалось от 54,9 до 99,4 с (в среднем 73,1 с) для передачи трех кеглей в первом сеансе, что значительно дольше, чем время, наблюдаемое с нашим подходом LR ( LR1, 13.От 4 до 24,1 с; среднее, 20,5 с). Однако их протезы позволяли контролировать семь функций по сравнению с четырьмя в нашем случае, что может затруднить надежный контроль. После периода использования в домашних условиях продолжительностью не менее 4 недель их производительность улучшилась до 14,1–37,6 с (среднее значение 24,2 с), что все еще дольше, чем мы наблюдали для LR (LR2, от 10,9 до 21,5 с; среднее значение 17,6 с), но подчеркивает важность продольного обучения пользователей. В ( 10 ), где оценивались два разных подхода на основе классификации с пятью-семью протезными функциями (в зависимости от участника), участникам требовалось от 10 до 50 секунд (в среднем, прибл.22 с) сдвинуть три булавки в испытании прищепкой. Этот диапазон аналогичен нашему подходу LR, но в исследование были включены только участники, которые имели опыт работы с подходами к управлению на основе классификации и участвовали в продольной программе обучения повторяющимся моделям ЭМГ до экспериментов. Ожидается, что при таком продольном обучении эффективность нашего подхода LR улучшится.

Ограничение применяемого метода управления, а также большинства других подходов, основанных на машинном обучении, заключается в том, что пользователи должны иметь возможность генерировать по крайней мере четыре различных шаблона сигналов.В нашем исследовании пять из восьми человек, прошедших скрининг, сразу выполнили это условие без какой-либо реабилитационной подготовки. При специальном продольном обучении, например, предложенном в ( 10 ), число людей, которым может быть полезен наш подход, скорее всего, увеличится.

В целом отзывы участников об управлении LR были очень положительными. Пользователи нашли управление очень интуитивно понятным и оценили тот факт, что им не нужно переключаться между функциями или концентрироваться на скорости нарастания сигналов ЭМГ.В будущей работе мы исследуем диапазон движений и степень компенсирующих движений в зависимости от контроллера.

Заключение

В этом исследовании на пяти пациентах мы продемонстрировали возможность надежного одновременного и пропорционального управления протезами руки даже в сложных условиях. Предложенный подход, основанный на регрессии с двумя степенями свободы, превзошел два клинически и коммерчески хорошо зарекомендовавших себя методов контроля, что подтверждает нашу гипотезу 1. Никакого снижения производительности не наблюдалось, когда регрессионная модель была обучена в первый день и протестирована на второй день, что неожиданно опровергает гипотезу 2.Это показывает, что эта довольно распространенная проблема распознавания образов не применима к представленному методу или что ухудшение отображения может быть полностью компенсировано пользователями. Гипотеза 3 подтверждается лишь частично, потому что влияние изменения положения рук было относительно слабым (значимым только у двух участников) и меньшим, чем при традиционном контроле, основанном на совместном сокращении. Помимо более высоких показателей производительности, регрессионный подход является более естественным и гибким, поскольку все функции доступны интуитивно и в комбинации, а их скорость контролируется независимо.Следовательно, подход к контролю на основе регрессии имеет высокий потенциал для успешного внедрения в клиническую практику. В будущем подход LR следует оценивать в течение более длительного периода повседневной жизни и на большем количестве пользователей. Кроме того, прямое сравнение с подходом, основанным на классификации, и более систематическая оценка удовлетворенности пользователей с помощью вопросников предоставят дополнительную релевантную информацию для трансляционной работы в миоконтроле.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Оборудование, скрининг и подготовка к установке

Мы набрали людей с трансрадиальными ампутациями или врожденными дефектами конечностей.Все кандидаты сначала участвовали в первоначальном скрининге, в котором восемь равноотстоящих датчиков ЭМГ были прикреплены по окружности к их остаточному предплечью на уровне наибольшего диаметра. Интуитивно понятное графическое представление в реальном времени среднеквадратичного сигнала восьми каналов было предоставлено кандидату и экспериментатору, в то время как кандидата попросили выполнить различные сокращения с остаточными мышцами. Все кандидаты с ампутацией сообщили о ярком фантомном изображении отсутствующей руки и были мотивированы на выполнение различных фантомных движений конечностями.Кандидатам с врожденным пороком конечностей было предложено переместить остаточный лучезапястный сустав в разные стороны. На основе визуального осмотра мы включили кандидатов, которые смогли сгенерировать четыре различных амплитудных паттерна ЭМГ. Всего было отобрано восемь кандидатов, и пятеро из них были включены в это исследование. У двоих была трансрадиальная ампутация, а у трех — врожденный порок конечности. Обзор характеристик участников приведен в таблице 2. Эксперименты проводились в соответствии с Хельсинкской декларацией и одобрены местным комитетом по этике (Ethikkommission der Universitätsmedizin Göttingen).Все участники дали свое письменное и устное информированное согласие перед участием в исследовании.

Таблица 2 Характеристики участников.

Записи тире обозначают ноль.

Для каждого участника был изготовлен индивидуальный экспериментальный протез. Процесс строительства был основан на хорошо зарекомендовавших себя методах подгонки обычных протезов. Был взят гипсовый негатив остаточной конечности, который был использован для формирования гипсового позитива из гипса. Восемь фиктивных электродов были закреплены на положительной форме в заданных положениях электродов (на равном расстоянии друг от друга на уровне наибольшего диаметра).Последний внутренний патрубок был изготовлен из термопласта методом глубокой вытяжки. Восемь стандартных электродных модулей (13E200, Otto Bock) были интегрированы в розетку, за исключением участника 2, для которого были интегрированы только четыре электрода из-за относительно короткой и тонкой остаточной конечности. Использовали протез с двумя степенями свободы (захват и вращение) (рука DMC с электрическим вращателем запястья, Отто Бок). Протез руки был механически соединен с внутренним гнездом либо с помощью обычного внешнего гнезда (участники 1 и 2), либо с помощью специального адаптера, который напрямую соединялся с внутренним гнездом (участники от 3 до 5).

Одновременное и пропорциональное управление на основе регрессии

Одновременное и пропорциональное управление на основе LR было реализовано с помощью специализированной встроенной системы на основе 8-разрядного микроконтроллера (MC) Atmel AT-XMEGA32-A4U с тактовой частотой 32 МГц. Огибающие ЭМГ восьми электродных модулей были оцифрованы внутренними аналого-цифровыми преобразователями МК. Чтобы связать функцию захвата протеза, мы сгенерировали два аналоговых сигнала, имитирующих электроды в обычном приложении с одной глубиной резкости, с внутренними широтно-импульсными модуляторами MC и внешними RC-фильтрами.Для пропорционального управления вращением мы применили внешний драйвер двигателя (LV8548MC, ON Semiconductor).

Для обучения встроенная система была подключена через изолированный мост универсальной последовательной шины (USB) к ПК (рис. 3). При поддержке визуализации огибающих ЭМГ в реальном времени участник и экспериментатор выбрали четыре мышечных сокращения для сопоставления с четырьмя ортопедическими функциями. Критериями выбора подходящих паттернов были (i) непохожесть, (ii) повторяемость паттернов ЭМГ и (iii) интуитивность сокращения.Для всех пяти участников сгибание и разгибание запястья использовались для открытия и закрытия протеза, как и при обычном контроле. У всех врожденных пациентов для протезирования пронации и супинации использовались локтевые и лучевые отклонения. Оба участника с ампутацией использовали пронацию фантомных движений и сгибание мизинца для функции вращения протеза. Обучение алгоритма регрессии и пользователя на ПК проводилось на основе протокола, разработанного в ( 34 ).Участники сначала выполнили серию сокращений после визуальных сигналов и без какой-либо обратной связи, чтобы записать данные калибровки для обучения алгоритма. В частности, участников просили следовать трапециевидным профилям сокращения с фазой нарастания (3 с), фазой статического сокращения на сильном, но комфортном уровне (2 с) и фазой замедления (3 с). Всего было собрано три прогона тренировочных данных, каждый из которых состоял из одного профиля для каждого из четырех движений и 8 секунд отдыха.Собранные данные были использованы для обучения модели линейного отображения W от восьмерных огибающих ЭМГ x до двумерного управляющего сигнала ŷ (1)

Рис. 3 Экспериментальная установка.

( A ) Настройка для обучения пользователей на ПК с алгоритмом регрессии. Во время тренировки протез был подключен к ПК для записи сигналов ЭМГ, в то время как пользователь получал инструкции через экран пользователя. Первоначальная регрессионная модель применялась для задач виртуального управления для обучения пользователя игровой программной среде и дополнительного коадаптивного обучения между пользователем и алгоритмом.( B ) Компьютерная игра для обучения пользователя выполнению некомбинированных и комбинированных движений с разными уровнями активации с управлением на основе регрессии. Оценка в тесте на перемещение прищепки, выполняемом в положениях руки вниз ( C ), спереди ( D ) и вверх ( E ). ( F ) Оценка в тесте блоков и блоков.

Размерная матрица коэффициентов <8 × 2> отображения W была получена с обычным LR, то есть путем минимизации среднеквадратичной ошибки.Если X и Y являются матрицами с собранными обучающими данными и метками, соответственно, решение дается в закрытой форме по формуле. 2. Что касается этикеток, мы полагались на визуальные подсказки, которые были даны пользователю во время записи. (2)

Была реализована схема управления положением, позволяющая управлять курсором в режиме реального времени в двухмерной системе координат на экран компьютера. Без сокращения остаточных мышц курсор оставался в центре экрана.Чем сильнее сжимался пользователь, тем дальше курсор удалялся от центра. Каждое направление соответствовало одному из четырех выбранных фантомных движений. Как показано ранее ( 13 ), хотя в данные калибровки были включены только некомбинированные движения, комбинированные движения можно было оценить с помощью функции линейного картирования (рис. 4A). В этом случае курсор перемещался по диагонали, и его угол зависел от коэффициента активации двух активных сокращений. После краткого ознакомления (<5 мин) была проведена систематическая оценка способности управления с помощью компьютерной игры (рис.3Б). Круги появлялись в случайном порядке в заранее определенных положениях (8 равноотстоящих целей при уровне сокращения 50% и 16 целей при уровне сокращения 80%). Для каждого круга пользователя просили переместить курсор в круг (радиус 15%) и оставаться внутри круга в течение 1 секунды. Между двумя целями в исходной точке появилась цель «отдыха», которая заставила пользователя расслабиться. Для участников от 1 до 3 был проведен один прогон коадаптивного обучения, в котором коэффициенты сопоставления адаптировались непрерывно (т.е. каждые 40 мс) во время игры. Чтобы избежать нежелательной адаптации для целей, которые могут быть достигнуты с помощью текущей регрессионной модели, мы начали адаптацию через 5 секунд после появления каждой цели. Подробнее о процедуре калибровки и коадаптивном обучении см. В нашем предыдущем исследовании ( 34 ). Участники 4 и 5 не проводили прогоны совместной адаптации, потому что они не могли поддерживать сокращения для стабильной алгоритмической адаптации.

Инжир.4 Схематическое объяснение оцененных методов контроля.

( A ) Управление на основе регрессии использует восемь каналов, которые отображаются в две степени свободы, которые могут быть активированы пропорционально и одновременно. ( B ) CC основан на двух каналах. Для переключения активной глубины резкости требуется короткая и сильная совместная активация. ( C ) В SC, который также использует два канала, скорость увеличения огибающей ЭМГ определяет активированную глубину резкости.

После обучения алгоритма и пользователя регрессионная модель была загружена во встроенную систему и использовалась для управления протезом вместо виртуального курсора.Как и при обычном контроле, протез управлялся в режиме контроля скорости. Чем сильнее сжался пользователь, тем быстрее двигался протез. При релаксации протез не возвращался в нейтральное положение, а оставался в текущем положении. Отображение было мгновенным, а частота обновления встроенной системы была установлена ​​на 25 Гц; то есть каждые 40 мс генерировался новый вывод. Из-за использования обычных электродов ЭМГ, которые обеспечивают условные огибающие ЭМГ в качестве выходных сигналов, не требуется никакого окна или выделения признаков.Дополнительная задержка, введенная нашим контроллером, была намного ниже рекомендованной максимальной задержки от 200 до 300 мс ( 35 ) и не была замечена ни одним из пользователей.

Для точной настройки скорости протеза, что позволяет более точно контролировать и снизить риск нежелательного срабатывания протеза, мы индивидуально отрегулировали два пороговых значения для каждой из четырех функций протеза. Нижний порог определяет уровень сокращения, при котором протез начнет двигаться, а верхний порог определяет уровень сокращения, при котором протез будет двигаться с максимальной скоростью.Процедура настройки порогов была следующей. После калибровки и потенциальной совместной адаптации в контроллер были загружены регрессионная модель и значения по умолчанию 10 и 100% для нижнего и верхнего пороговых значений соответственно. Затем мы попросили пользователя выполнить все четыре движения протезом последовательно и с разной скоростью, одновременно визуализируя курсор в реальном времени. Во время выполнения этих задач пользователь сообщал о качестве контроля, и пороговые значения были скорректированы для максимальной функциональности.Например, верхний порог снижался, когда максимальная скорость могла быть достигнута только при больших усилиях, а верхний порог повышался, когда было трудно выполнять медленные движения. Если протезная функция постоянно коактивировалась, в то время как предполагалось другое, некомбинированное движение, ее нижний порог немного повышался, чтобы снизить риск нежелательной активации. Верхний и нижний пороги были графически визуализированы на панели управления. Таким образом, и экспериментатор, и пользователь были полностью осведомлены о применяемых порогах.После регулировки применяемый диапазон варьировался от пользователя к пользователю и от различных ортопедических функций. Диапазоны нижнего и верхнего пороговых значений для пользователей составляли от 10 до 30% и от 60 до 150% соответственно. После того, как удовлетворительная настройка была найдена, все параметры были сохранены в EEprom MC и оставались неизменными в течение всей основанной на регрессии части эксперимента, включая второй сеанс в другой день.

Традиционные методы контроля

Две хорошо зарекомендовавшие себя традиционные стратегии контроля, а именно CC и SC, были оценены как эталонные методы.Они основаны только на двух каналах ЭМГ, расположенных на разгибателях и сгибателях остаточного предплечья. Были использованы те же гнезда, что и для регрессионного контроля, и выбраны два электрода с максимальными амплитудами ЭМГ при сгибании и разгибании запястья. Для обоих эталонных методов использовался коммерчески доступный блок управления MyoRotonic Otto Bock, настроенный с помощью инструмента MyoSelect. Оба метода обеспечивали пропорциональное управление: чем сильнее пользователь сокращал мышцы, тем быстрее двигался протез или тем выше сила захвата в случае, если объект был схвачен.С помощью обоих методов одновременно можно было контролировать только одну глубину резкости. Выбор активной глубины резкости (захват или вращение) был специфическим для каждого метода, как описано ниже.

Управление совместным сокращением

Обычный CC состоит из конечного автомата, который заблокирован либо в состоянии захвата, либо в состоянии вращения (рис. 4B). В состоянии захвата ЭМГ-активность в мышцах-разгибателях раскрывается, а активность в мышцах-сгибателях пропорционально закрывает протез.Чтобы изменить активное состояние, пользователь выполняет короткую и сильную активацию обеих групп мышц одновременно. Когда контроллер обнаруживает это совместное сокращение, пользователь информируется слуховым сигналом об изменении состояния. Затем активность мышц-разгибателей поддерживает протез, а активность электрода-сгибателя пронизывает его. При повторном сокращении контроллер снова переключается в состояние захвата.

Коэффициенты усиления электродов были скорректированы путем визуализации огибающих ЭМГ с помощью прибора Отто Бока в соответствии с рекомендациями обычного процесса подгонки.Совместное сокращение может быть обнаружено только в том случае, если оно инициировано из состояния покоя (т. Е. При низкой активности обоих каналов ЭМГ). При поднятой руке возникают непроизвольные сокращения мышц, которые компенсируют вес протеза. Базовая активация выше порогового значения для обнаружения совместного сжатия может поставить под угрозу управление, если усиление электрода установлено слишком высоким. Поэтому во время калибровки управление тестировалось во всех положениях рук при мониторинге огибающих ЭМГ с помощью MyoBoy, и был выбран лучший компромисс между надежным обнаружением совместного сокращения во всех положениях рук и достаточным усилением для достижения подходящей скорости. .

Контроль наклона

В SC, также известном как кодирование скорости, два электрода имеют те же функции, что и в CC (рис. 4C). Например, электрод на разгибателях мышц используется для раскрытия и супинации. Однако контроллер не остается заблокированным в пределах одной степени свободы. Вместо этого для каждого сокращения скорость увеличения (наклона) огибающей ЭМГ определяет тип движения. Медленное изменение ЭМГ отображается на открытие / закрытие, а быстрое изменение — на вращение. Это реализовано с двумя порогами и таймером.Когда сигнал EMG превышает нижний порог, запускается таймер. Если второй порог также превышен в течение 80 мс, протез выполняет вращение. В противном случае выполняется захват.

Также в SC пользователю необходимо вернуться в состояние покоя, чтобы изменить активную глубину резкости. Следовательно, те же проблемы, что и в CC, связанные с непроизвольными сокращениями мышц в сложных положениях рук, возникают при выборе высоких коэффициентов усиления. Таким образом, результаты были оптимизированы с помощью MyoBoy при тестировании контроля во всех положениях рук.

Оценка

Чтобы оценить и сравнить производительность, надежность и устойчивость исследуемых стратегий контроля, мы провели два стандартизированных клинических теста. Первый тест был основан на испытании на перемещение прищепки, в котором три штифта (сила захвата 10 Н) тренажера Rolyan Graded Pinch Exerciser перемещаются с горизонтальной на вертикальную планку ( 30 ). В качестве показателя результата измерялось время передачи всех трех кеглей. Этот тест требовал использования всех протезных функций (закрытие руки для захвата булавки, супинация для смещения к вертикальной перекладине, раскрытие руки для освобождения и пронация для захвата следующей булавки).Поскольку было сообщено, что изменение положения руки отрицательно влияет на производительность, особенно для продвинутых подходов к миоэлектрическому контролю, основанных на классификации ( 21 ) и регрессии ( 33 ), мы включили этот фактор в нашу оценку. В отличие от предыдущих исследований, тест прищепкой поэтому проводился в трех разных положениях руки: вниз, спереди и вверх (рис. 3, C и D). Участники выполнили тест блоками по пять повторений для каждого положения рук и повторили эту процедуру дважды (т.е. было измерено 30 прогонов для каждого метода за один сеанс).

Вторым тестом был стандартизированный тест с ячейками и блоками ( 29 ), который требовал от участника перенести как можно больше блоков из одного ящика в другой за 60 с (рис. 3E). Для этой задачи требовалось только открытие / закрытие глубины резкости, а непреднамеренное вращение запястья снизило бы производительность. Поскольку блоки не могли быть достигнуты во всех положениях рук и чтобы сохранить время эксперимента в приемлемом диапазоне, этот тест был проведен с одним положением руки, что позволило участникам удобно получить доступ к блокам.Для лучшей сопоставимости с результатами теста прищепкой метрика результата (блоков в минуту) была выражена как среднее время, необходимое для передачи одного блока. Обратите внимание, что статистический анализ дает те же результаты, когда проводится с исходной метрикой.

Модели ЭМГ могут отличаться из-за небольших сдвигов в размещении электродов после надевания и снятия гнезда ( 22 , 36 ), изменения состояния кожи ( 20 ) или времени между обучением и тестированием ( 31 ).Следовательно, если шаблоны меняются по сравнению с шаблонами, используемыми для обучения модели, то эффективность методов миоэлектрического управления на основе машинного обучения может существенно ухудшаться со временем ( 25 , 31 , 37 ). По этой причине одновременный контроль на основе регрессии оценивался в два разных дня (второй сеанс обычно через 2–3 дня после первого сеанса) без переобучения регрессионной модели для второго теста (LR2). Два традиционных метода контроля не основаны на моделях и, следовательно, были протестированы только в один день.

Порядок, в котором оценивались методы контроля, был рандомизирован, чтобы избежать систематической ошибки из-за увеличения опыта пользователей с экспериментальными задачами. Кроме того, порядок расположения рук для теста на перемещение прищепки был рандомизирован, но оставался неизменным для всех методов в пределах каждого участника.

Статистический анализ

Число участников в этой серии случаев было недостаточно большим для надежного статистического межпользовательского анализа. Поэтому результаты сообщаются для каждого участника индивидуально.Чтобы оценить эффекты между условиями внутри каждого участника, мы провели внутрипользовательский статистический анализ. Поскольку данные не были нормально распределены согласно критерию Колмогорова-Смирнова, использовались непараметрические критерии. Для теста прищепкой в ​​первом анализе один тест Краскела-Уоллиса на каждого участника сравнивал необходимое время (30 испытаний на метод) между четырьмя методами — LR1, LR2, CC и SC — без учета положения руки. При значимости (установленной на P <0,05 для всех анализов) с помощью апостериорных критериев суммы рангов Вилкоксона с поправкой Бонферрони оценивались попарные различия между методами.Во втором анализе для каждого метода по одному тесту Краскела-Уоллиса на каждого участника проверяли влияние положения руки (10 испытаний на каждое условие). При значимости были выполнены попарные апостериорные тесты, как описано выше. Для теста с блоками среднее время на блок было проанализировано с помощью теста Краскела-Уоллиса для каждого участника (пять испытаний на метод) и связанных апостериорных тестов, как описано в первом шаге анализа выше.

ССЫЛКИ И ПРИМЕЧАНИЯ

1. ↵
2. ↵
3. ↵

   A.Музумдар, Протезы верхних конечностей с приводом: контроль, реализация и клиническое применение (Springer, 2004).

4. ↵
6. ↵
7. ↵
8. ↵
9. ↵
10. ↵
11. ↵
12. ↵
13. ↵
16. ↵
18. ↵
19. ↵
20. ↵
21. ↵
22. ↵
23. ↵
25. ↵
27. ↵
28. ↵
29. ↵

    C. Cipriani, R. Sassu, M. Controzzi, MC Carrozza, Влияние весовых нагрузок протеза кисти на выполнение распознавания образов на основе миоэлектрического контроля: предварительное исследование, in Proceedings of Ежегодная международная конференция IEEE Engineering in Medicine and Biology Society , Бостон, Массачусетс, 30 августа — 3 сентября 2011 г. (IEEE, 2011), стр.1620–1623.

30. ↵

    S. Amsüss, L. P. Paredes, N. Rudigkeit, B. Graimann, M. J. Herrmann, D. Farina, Долгосрочная стабильность классификации паттернов поверхностной ЭМГ для ортопедического контроля, Conf. Proc. IEEE Eng. Med. Биол. Soc. , 2013, 3622–3625.

31. ↵
32. ↵
33. ↵
34. ↵
35. ↵
36. ↵
37. ↵
38. ↵
39. ↵
40. ↵
41. ↵
42. ↵

Благодарности: Мы хотели бы поблагодарить участникам за участие в исследовании и Т.Йошиде за редактирование рукописи. Финансирование: Эта работа была поддержана программой исследований и инноваций Европейского Союза Horizon 2020 в рамках грантового соглашения № 687795 (проект INPUT), Министерством образования и исследований Германии (BMBF) в рамках грантового соглашения № 16SV7657 (проект INOPRO) и Германской службой академических обменов (DAAD) под номером программы 57386478. Вклад авторов: JMH разработали аппаратное и программное обеспечение для одновременного управления.М.К. и J.M.H. построил протезы. J.M.H., M.A.S. и D.F. планировали эксперименты, и J.M.H. и M.A.S. провели эксперименты. J.M.H., M.A.S. и D.F. проанализировал результаты. J.M.H., M.A.S. и M.K. создал фигуры. J.M.H., M.A.S. и D.F. написал рукопись. Все авторы проверили рукопись на предмет важного интеллектуального содержания и одобрили представленную версию. Конкурирующие интересы: Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих интересов. Доступность данных и материалов: В документе представлены все данные, необходимые для оценки выводов, сделанных в статье.Свяжитесь с J.M.H. для материалов.

• Copyright © 2018 Авторы, некоторые права защищены; эксклюзивный лицензиат Американской ассоциации содействия развитию науки. Отсутствие претензий к оригиналу US Government Works

Протез руки — обзор

19.3.1 Дизайн протезных устройств

В области аппаратного обеспечения стандартным активным протезом руки де-факто, вероятно, является SensorHand Speed ​​ от Ottobock [22 ], чрезвычайно хорошо спроектированный однодвигательный захват с регулируемой скоростью, обычно активируемый двумя датчиками sEMG, как мы описали выше.Вся система зарекомендовала себя как надежная и доступная, и, кроме того, она может быть соединена с ручным «вращателем», которым можно управлять с помощью процедуры переключения. Таким образом, трансрадиальным инвалидам предлагаются в общей сложности две независимые степени свободы.

Стремясь повысить ловкость протеза руки, то есть, неофициально определяемое, количество движений, которыми он управляет, и, следовательно, количество движений, которые он может выполнять, исследователи попытались сохранить управление как можно более простым, фактически точным. как и раньше, но и для того, чтобы наделить устройство большей способностью.Очень интересной тенденцией в этом смысле является использование недоразвитости и ограничений окружающей среды для создания протеза руки, который, все еще используя только один двигатель, может адаптироваться к поверхностям окружающей среды, особенно соответствуя форме объекта, который нужно захватить. SoftHand [9,23,24] и Hannes Hand ³ — последние разработки в этой области. Обе руки работают только с одним приводом и, как утверждается, могут обеспечить до 90% функций, утраченных человеком с ампутированной рукой.Более того, по крайней мере, SoftHand работает по принципу синергии мышц [25,26].

Что касается другого пути, а именно создания устройства с большим количеством двигателей, что требует более тонкого и сложного управления (см. Раздел 19.3.2 для получения дополнительной информации по этому вопросу), то в отношении типичные устройства с одной степенью свободы с 2008 года. Первым является появление на клиническом рынке протезов рук с множеством пальцев, таких как, например, Ottobock Michelangelo , Touch Bionics i-LIMB Revolution и RSL Steeper BeBionic , до шести независимых двигателей, обычно один для сгибания каждого пальца и, возможно, один дополнительный для вращения большого пальца, или две разные конфигурации захвата, приводимые в действие с помощью двух двигателей и механизма переключения передач.С исключительно практической точки зрения, в настоящее время такие устройства не обладают должной управляемостью пациентом, и их полезность по отношению к одномоторным захватам или даже протезам с приводом от тела находится под вопросом, особенно с учетом связанных с этим затрат на покупку и обслуживание. Тем не менее, они ясно показывают, что более высокая маневренность может быть достигнута даже в области протезного оборудования, и это действительно коммерческая сила.

Второй прорыв в конструкции протезного оборудования представлен основными результатами программы Revolutionizing Prosthetics от DARPA (см.г., исх. [27]), а именно: модульный протез конечности Modular Prosthetic Limb (MPL) и его коммерческий аналог, Luke Arm [28]. Рука Люка была разработана для адаптации к большинству ампутаций верхних конечностей (транс-лучевой, транс-плечевой, на уровне плеча) и имеет по одному двигателю для каждой основной степени движения руки человека — фактически, 10 двигателей в наиболее сложная конфигурация: два мотора для плеча, два для ротации плечевой кости и сгибания в локтевом суставе, два на запястье и четыре в руке; рука, в частности, наделена гибким и вращающимся большим пальцем, а также сгибанием указательного и других (комбинированных) пальцев.Вес конфигурации с полной рукой менее 5 кг. В отличие от этого, MPL имеет 17 двигателей для управления 26 степенями свободы и оснащен большим количеством датчиков (крутящего момента, положения, контакта, тока, акселерометров). Хотя MPL все еще является академическим испытательным стендом и недоступен для клинического использования, его клинические испытания еще продолжаются [29]; Luke Arm недавно был сертифицирован как медицинское устройство, и хотя его цена и условия использования на момент написания статьи еще неизвестны, устройство можно купить на веб-сайте производителя.

Согласно недавнему исследованию, которое мы уже цитировали [3], активные протезные устройства еще не получили широкого распространения во всем мире и определенно не используются в клиниках. Активные протезы кисти / запястья имеют от двух до четырех степеней активации (на самом деле шесть в руке только для i-LIMB ), тогда как некоторые степени свободы пассивно управляются механической конструкцией, то есть они должны активироваться с помощью пользователь, использующий противодействующую поверхность или неповрежденную конечность.Вес таких устройств составляет несколько сотен граммов (в худшем случае — 570). Активные протезы локтей могут весить до килограмма (см. Снова [3]).

Механические частичные протезы кисти | Бионика для всех

Обычно мы не рассматриваем небионические устройства, но из-за отсутствия доступных вариантов для людей с частичной ампутацией руки мы делаем исключение.

Частичные протезы руки с приводом на тело

Частичный протез руки с телесным приводом — это, по сути, механическое расширение остаточной естественной кисти.

Источник: https://www.thelondonprosthetics.com/our-clinic/insights-and-case-studies/naked-prosthetics-body-driven-devices-innovative-t

Его цель дизайна такая же, как и у его бионического аналога, то есть позволить пользователям захватывать и удерживать предметы. Но это достигается с помощью строго механических средств, приводимых в движение за счет сгибания оставшихся мышц руки.

Степень, в которой это возможно, включая величину создаваемой силы, в значительной степени зависит от остающейся мускулатуры.Однако это можно усилить за счет оригинального использования кредитного плеча.

Naked Prosthetics является лидером в этой области и владеет этими методами, как показано на следующем видео:

Чтобы измерить эффективность своего продукта, Naked Prosthetics наблюдала за 102 пациентами через год после того, как они были оснащены его устройствами. 95 из этих пациентов все еще носили свои устройства ежедневно, что является чрезвычайно высоким показателем ретенции для любого протеза.

Эти устройства являются превосходным примером инженерной мысли и инноваций, но они не идеальны, если остаточная структура руки недостаточна для их поддержки или если у пользователя отсутствует необходимый мышечный контроль.

Механические частичные протезы кисти с храповым механизмом

Механический протез кисти руки с храповым механизмом не требует прямого мышечного контроля, поскольку он не принимает активного участия в захвате объектов. Вместо этого пользователь сгибает механические пальцы вокруг объекта другой рукой. Точно настроенный храповой механизм фиксирует пальцы на месте, обеспечивая надежный захват.

Вот короткое видео от одного из лидеров в этой области, Point Designs, в котором подробно рассматривается их храповой механизм:

Вот короткое видео, показывающее, как быстро опытный пользователь может расположить пальцы:

А вот пример того, насколько надежным и эффективным может быть устройство при правильном расположении пальцев:

Физические требования к этому типу устройств минимальны.Во-первых, должно быть достаточно остатков руки, чтобы поддерживать протез. Во-вторых, пользователь должен в достаточной степени использовать свою другую руку, чтобы согнуть механические пальцы на месте вокруг целевого объекта, а затем отпустить захват (обычно путем нажатия спусковой кнопки).

Преимущества данного типа частичного протеза кисти:

• высокая прочность за счет чисто механического характера цифр;
• высокая грузоподъемность после фиксации пальцев на месте.

Следует отметить, что Naked Prosthetics также имеет палец с храповым механизмом, называемый «палец GripLock». Мы просто хотели показать вам продукцию обеих ведущих компаний в этой сфере.

Как выбирать между различными вариантами частичного протеза руки

Самый важный шаг к выбору правильного частичного протеза кисти — это найти протезиста, хорошо знакомого со всеми доступными технологиями. Частично ручные решения сложны. Разработка наилучшего решения для вашей ситуации и целей включает в себя множество нюансов, и нет ничего лучше опыта при работе с нюансами.

Помимо этого, следует помнить о некоторых общих моментах:

• Бионические решения привлекательны, потому что они более интуитивно понятны и увеличивают силу ваших рук с помощью электроэнергии, но они также хрупки. Бионические пальцы плохо переносят повторяющиеся тяжелые нагрузки или сложные условия, связанные с водой, большим количеством пыли и т. Д. Если вы столкнетесь с этими проблемами, вам как минимум понадобятся два решения: бионический протез для легких задач и что-то еще. остальное для более тяжелых обязанностей.
• Если вы все же выбираете бионическое решение, сконцентрируйте много внимания на компоненте миоэлектрического контроля, как с точки зрения выбора решения, так и с точки зрения обучения его использованию. Чтобы понять почему, прочтите нашу статью о миоэлектрических системах управления.
• Если вы выберете небионическое решение, форма и состояние вашей остаточной руки, скорее всего, будут определять, нужно ли вам питаться от тела или храповик.

Связанная информация

Список всех вариантов частичной руки, включая бионические, см. В разделе «Все варианты частичной руки».

Подробное описание всех современных технологий, устройств и исследований в области верхних конечностей см. В нашем полном руководстве.

.