Protéza - Prosthesis

Muž s protézou dolních končetin

V medicíně je protéza (množné číslo: protézy; ze starořecké protézy , „adice, aplikace, připevnění“) nebo protetický implantát je umělé zařízení, které nahrazuje chybějící část těla, která může být ztracena traumatem, nemocí nebo přítomným stavem při narození ( vrozená porucha ). Protézy mají obnovit normální funkce chybějící části těla. Amputee rehabilitace je primárně koordinována fyziatrem jako součást interdisciplinárního týmu složeného z fyziatrů, protetiků, zdravotních sester, fyzioterapeutů a ergoterapeutů. Protézy lze vytvářet ručně nebo pomocí počítačem podporovaného návrhu (CAD), což je softwarové rozhraní, které pomáhá tvůrcům navrhovat a analyzovat tvorbu pomocí počítačem generované 2-D a 3-D grafiky a nástrojů pro analýzu a optimalizaci.

Typy

Protéza osoby by měla být navržena a sestavena podle vzhledu a funkčních potřeb osoby. Osoba může například potřebovat transradiální protézu, ale musí si vybrat mezi estetickým funkčním zařízením, myoelektrickým zařízením, zařízením poháněným tělem nebo zařízením specifickým pro aktivitu. Budoucí cíle a ekonomické možnosti dané osoby jí mohou pomoci vybrat si mezi jedním nebo více zařízeními.

Kraniofaciální protézy zahrnují intraorální a extraorální protézy. Extraorální protézy se dále dělí na hemifaciální, aurikulární (ušní), nosní, orbitální a oční . Intraorální protézy zahrnují zubní náhrady, jako jsou zubní protézy , obturátory a zubní implantáty .

Protézy krku zahrnují hrtanu náhražky , průdušnici a horní jícnových výměny,

Somato protézy trupu zahrnují prsní protézy, které mohou být buď jednoduché nebo oboustranné, plně prsní zařízení nebo bradavkové protézy .

Penilní protézy se používají k léčbě erektilní dysfunkce , korekci deformity penisu , provádění procedur falloplastiky a metoidioplastiky u biologických mužů a k vybudování nového penisu při operacích na změnu pohlaví mezi ženami a muži .

Protézy končetin

United States Marine s bilaterálními protetických končetin vede běh formace

Protézy končetin zahrnují protézy horních i dolních končetin.

Protézy horních končetin se používají na různých úrovních amputace: přední čtvrtina, disartikulace ramene, transhumerální protéza, disartikulace lokte, transradiální protéza, disartikulace zápěstí, plná ruka, částečná ruka, prst, částečný prst. Transradiální protéza je umělá končetina, která nahrazuje paži chybějící pod loktem.

Protézy horních končetin lze rozdělit do tří hlavních kategorií: pasivní zařízení, zařízení poháněná tělem a zařízení s externím napájením (myoelektrická). Pasivními zařízeními mohou být buď pasivní ruce, používané hlavně pro kosmetické účely, nebo pasivní nástroje, používané hlavně pro specifické činnosti (např. Volný čas nebo povolání). Rozsáhlý přehled a klasifikaci pasivních zařízení lze nalézt v přehledu literatury od Maat et.al. Pasivní zařízení může být statické, což znamená, že zařízení nemá žádné pohyblivé části, nebo může být nastavitelné, což znamená, že jeho konfiguraci lze upravit (např. Nastavitelné otevírání rukou). Navzdory absenci aktivního uchopení jsou pasivní zařízení velmi užitečná v bimanuálních úkolech, které vyžadují fixaci nebo podporu předmětu, nebo pro gestikulaci v sociální interakci. Podle vědeckých údajů používá třetina amputovaných horních končetin na celém světě pasivní protetickou ruku. Tělo Napájené nebo kabelově ovládané končetiny fungují tak, že kolem opačného ramene poškozené paže připevníte postroj a kabel. Třetí kategorií dostupných protetických prostředků jsou myoelektrická ramena. Ty fungují tak, že prostřednictvím elektrod snímají, když se svaly v nadloktí pohybují, což způsobí otevření nebo zavření umělé ruky. V protetickém průmyslu je transradiální protetická paže často označována jako „BE“ nebo pod loketní protézou.

Protézy dolních končetin poskytují náhradu na různých úrovních amputace. Patří sem disartikulace kyčle, transfemorální protéza, disartikulace kolene, transtibiální protéza, Symeova amputace, noha, částečná noha a prst na noze. Dvě hlavní podkategorie protetických zařízení dolních končetin jsou trans-tibiální (jakákoli amputace protínající kost holenní nebo vrozená anomálie vedoucí k nedostatku tibie) a trans-femorální (jakákoli amputace, která protíná kost stehenní kosti nebo vrozená anomálie vedoucí k nedostatku stehenní kosti ).

Transemoremorální protéza je umělá končetina, která nahrazuje nohu chybějící nad kolenem. Transfemorální amputaci mohou velmi obtížně získat zpět normální pohyb. Transferemorální amputát musí obecně na chůzi spotřebovat přibližně o 80% více energie než člověk se dvěma celými nohami. Je to dáno složitostí pohybu spojenou s kolenem. V novějších a vylepšených provedeních se hydraulika, uhlíková vlákna, mechanická spojení, motory, počítačové mikroprocesory a inovativní kombinace těchto technologií používají k lepšímu ovládání uživatele. V protetickém průmyslu je trans-femorální protetická noha často označována jako „AK“ nebo nad kolenní protézou.

Transtibiální protéza je umělá končetina, která nahrazuje nohu chybějící pod kolenem. Transtibiální amputát je obvykle schopen znovu získat normální pohyb rychleji než někdo s transemorální amputací, což je z velké části způsobeno zadržením kolena, což umožňuje snazší pohyb. Protetika dolních končetin popisuje uměle nahrazené končetiny umístěné na úrovni kyčle nebo níže. V protetickém průmyslu je transibibiální protetická noha často označována jako „BK“ nebo pod kolenní protézou.

Fyzikální terapeuti jsou vyškoleni, aby naučili člověka chodit s protézou nohou. K tomu může fyzický terapeut poskytnout slovní pokyny a může také pomoci vést osobu pomocí dotykových nebo hmatových podnětů. To lze provést na klinice nebo doma. Existuje nějaký výzkum, který naznačuje, že takový trénink v domácnosti může být úspěšnější, pokud léčba zahrnuje použití běžeckého pásu. Používání běžeckého pásu spolu s fyzioterapeutickou léčbou pomáhá člověku zažít mnoho výzev při chůzi s protézou.

Ve Spojeném království je 75% amputací dolních končetin prováděno kvůli nedostatečné cirkulaci (dysvaskularita). Tento stav je často spojen s mnoha dalšími zdravotními stavy ( komorbiditami ), včetně cukrovky a srdečních chorob, což může znamenat výzvu k zotavení a použití protetické končetiny k obnovení pohyblivosti a nezávislosti. U lidí, kteří mají nedostatečný oběh a přišli o dolní končetinu, neexistuje dostatek důkazů z důvodu nedostatku výzkumu, který by je informoval o jejich výběru přístupů protetické rehabilitace.

Typy protéz používaných k náhradě kloubů v lidském těle

Protézy dolních končetin jsou často kategorizovány podle úrovně amputace nebo podle jména chirurga:

  • Transfemorální (nad kolena)
  • Transtibiální (pod kolena)
  • Dezartikulace kotníku (např .: Syme amputace)
  • Dezartikulace kolen
  • Hemi-pelvictomy (kyčelní disartikulace)
  • Částečné amputace chodidel (Pirogoff, Talo-Navicular a Calcaneo-cuboid (Chopart), Tarso-metatarzální (Lisfranc), Trans-metatarzální, Metatarzálně-falangální, Ray amputace, amputace prstů).
  • Rotační plastika Van Nes

Protetické suroviny

Protetika je vyrobena lehká pro lepší pohodlí pro amputované. Některé z těchto materiálů zahrnují:

  • Plasty:
    • Polyetylen
    • Polypropylen
    • Akryly
    • Polyuretan
  • Dřevo (raná protetika)
  • Guma (raná protetika)
  • Lehké kovy:
    • Titan
    • Hliník
  • Kompozity:
    • Polymery vyztužené uhlíkovými vlákny

Kolové protézy byly také široce používány při rehabilitaci zraněných domácích zvířat, včetně psů, koček, prasat, králíků a želv.

Dějiny

Protetický prst ze starověkého Egypta

Protetika pochází ze starověkého Egypta na Blízkém východě kolem roku 3000 př. N. L., Přičemž nejstarší doklady o protetice se objevují ve starověkém Egyptě a Íránu. Nejstarší zaznamenaná zmínka o protetice očí pochází z egyptského příběhu o Horově oku z doby kolem roku 3000 př. N. L., Který zahrnuje vytržení levého oka Horuse a jeho obnovení Thothem . Asi 3000-2800 př . N. L. , Nejstarší archeologické důkazy o protetice se nacházejí ve starověkém Íránu , kde se nachází oční protetika pohřbená se ženou v Shahr-i Shōkhta . Pravděpodobně byla vyrobena z bitumenové pasty, která byla pokryta tenkou vrstvou zlata. Egypťané byli také prvními průkopníky protetiky nohou, jak ukazuje dřevěný prst na těle z Nové říše kolem roku 1000 př. N. L. Další časná zmínka se nachází v jižní Asii asi 1200 př.nl, zahrnující bojovník královna Vishpala v Rigveda . Byly také nalezeny římské bronzové korunky , ale jejich použití mohlo být více estetické než lékařské.

Časná zmínka o protetických pochází z řeckého historika Herodotus , který vypráví příběh Hegesistratus , řeckého věštce , který uřízl jeho vlastní nohy, aby se vyhnuli jeho Spartan únosci a nahradil jej s dřevěnou.

Protézy ze dřeva a kovu

Noha Capua (replika)
Železná protetická ruka, o které se předpokládá, že ji vlastnil Götz von Berlichingen (1480–1562)
„Ilustrace mechanické ruky“, c. 1564
Věří se, že ruka z umělého železa pochází z let 1560 až 1600

Plinius starší také zaznamenal příběh římského generála Marcuse Sergia , jehož pravá ruka byla při kampani odříznuta a byla vyrobena železná ruka , která držela jeho štít, aby se mohl vrátit do bitvy. Slavná a docela rafinovaná historická protetická ruka byla Götz von Berlichingen , vyrobená na počátku 16. století. První potvrzené použití protetického zařízení je však od roku 950 do 710 př. N. L. V roce 2000 objevili patologové výzkumu mumii z tohoto období zakopanou v egyptské nekropoli poblíž starověkých Théb, která měla umělý palec na noze. Tento prst, skládající se ze dřeva a kůže, vykazoval důkazy o používání. Při reprodukci bio-mechanickými inženýry v roce 2011 vědci zjistili, že tato starodávná protetika umožňovala svému nositeli chodit jak naboso, tak v sandálech v egyptském stylu. Dříve byla nejdříve objevenou protézou umělá noha z Capuy .

Přibližně ve stejnou dobu se také uvádí , že François de la Noue měl železnou ruku, stejně jako v 17. století René-Robert Cavalier de la Salle . Henri de Tonti měl protetický háček na ruku. Ve středověku zůstávala protetika ve své základní formě. Oslabení rytíři by byli vybaveni protetikou, aby mohli držet štít, uchopit kopí nebo meč nebo stabilizovat nasazeného válečníka. Pouze bohatí si mohli dovolit cokoli, co by pomohlo v každodenním životě.

Jedna pozoruhodná protéza byla ta, která patřila italskému muži, který podle odhadů vědců nahradil jeho amputovanou pravou ruku nožem. Vědci zkoumající kostru, která byla nalezena na Longobardském hřbitově v Povegliano Veronese , odhadli, že muž žil někdy mezi 6. a 8. stoletím n. L. Materiály nalezené v blízkosti mužova těla naznačují, že protéza nože byla připevněna koženým řemínkem, který opakovaně utahoval zuby.

Během renesance se protetika vyvíjela s použitím železa, oceli, mědi a dřeva. Funkční protetika se začala objevovat v 1500.

Technologický pokrok před 20. stoletím

Italský chirurg zaznamenal existenci amputovaného, ​​který měl paži, která mu umožňovala sundat klobouk, otevřít kabelku a podepsat jeho jméno. Zlepšení v amputační chirurgii a protetickém designu přišlo do rukou Ambroise Paré . Mezi jeho vynálezy byl nad kolenem zařízení, které bylo klečící peg leg a nožní protézy s pevnou pozici, nastavitelné popruhy a ovládání zámku kolene. Funkčnost jeho vylepšení ukázala, jak by se mohla budoucí protetika vyvíjet.

Další významná vylepšení před moderní érou:

  • Pieter Verduyn  -první neuzamykatelná protéza pod kolena (BK).
  • James Potts  - Protéza z dřevěného dříku a důlku, ocelového kolenního kloubu a kloubové nohy, která byla ovládána katgutními šlachy od kolena po kotník. Přišel být známý jako „Anglesey Leg“ nebo „Selpho Leg“.
  • Sir James Syme  - Nová metoda amputace kotníku, která nezahrnuje amputaci stehna.
  • Benjamin Palmer  - vylepšen na noze Selpho. Přidána přední pružina a skryté šlachy pro simulaci přirozeně vypadajícího pohybu.
  • Dubois Parmlee  -vytvořená protetika s přísavkou, polycentrickým kolenem a více kloubovou nohou.
  • Marcel Desoutter & Charles Desoutter  - První hliníková protéza
  • Henry Heather Bigg a jeho syn Henry Robert Heather Bigg získali královnin příkaz poskytnout „chirurgická zařízení“ zraněným vojákům po válce na Krymu. Vyvinuli ramena, která umožňovala háčkování dvojramenného amputovaného, ​​a ruku, která byla pro ostatní přirozená na základě slonoviny, plsti a kůže.

Na konci druhé světové války se NAS (Národní akademie věd) začala zasazovat o lepší výzkum a vývoj protetiky. Prostřednictvím vládního financování byl v rámci armády, námořnictva, letectva a správy veteránů vyvinut program výzkumu a vývoje.

Moderní historie dolních končetin

Továrna na umělé končetiny v roce 1941

Po druhé světové válce tým na Kalifornské univerzitě v Berkeley, včetně Jamese Foorta a CW Radcliffa, pomohl vyvinout čtyřúhelníkový soket tím, že vyvinul jigový systém pro amputace nad kolenem. Zásuvková technologie pro končetiny dolních končetin zaznamenala další revoluci v 80. letech, kdy John Sabolich CPO vynalezl zásuvku Contoured Adducted Trochanteric-Controlled Alignment Method (CATCAM), která se později vyvinula do Sabolich Socket. Sledoval směr Ivana Longa a Ossura Christensena, když vyvinuli alternativy k čtyřúhelníkové zásuvce, která zase sledovala otevřenou zásuvkovou zásuvku vytvořenou ze dřeva. Pokrok byl způsoben rozdílem v modelu soketu vůči pacientovi. Předtím byly vyrobeny zásuvky ve tvaru čtvercového tvaru bez specializovaného zadržování svalové tkáně. Nové konstrukce tak pomáhají zablokovat kostní anatomii, zajistit ji na místě a rovnoměrně rozložit váhu na stávající končetinu i na svalstvo pacienta. Ischiální izolace je dobře známá a dnes ji používá mnoho protetiků při péči o pacienty. Existují tedy variace ischiální izolační objímky a každá zásuvka je přizpůsobena specifickým potřebám pacienta. Mezi další, kteří v průběhu let přispěli k vývoji a změnám soketů, patří Tim Staats, Chris Hoyt a Frank Gottschalk. Gottschalk zpochybnil účinnost soketu CAT-CAM- trval na tom, že chirurgický zákrok provedený amputačním chirurgem je nejdůležitější pro přípravu amputovaného pro dobré použití protézy jakéhokoli typu provedení soketu.

První protetická kolena řízená mikroprocesorem byla k dispozici na počátku 90. let minulého století. Inteligentní protéza byla první komerčně dostupná protetická kolena řízená mikroprocesorem. Byl vydán Chasem. A. Blatchford & Sons, Ltd., z Velké Británie, v roce 1993 a díky chůzi s protézou cítila a vypadala přirozeněji. Vylepšená verze byla vydána v roce 1995 pod názvem Intelligent Prosthesis Plus. Další protézu, Adaptivní protézu, vydal Blatchford v roce 1998. Adaptivní protéza využívala hydraulické ovladače, pneumatické ovladače a mikroprocesor k tomu, aby amputovanému poskytla chůzi, která lépe reagovala na změny rychlosti chůze. Analýza nákladů ukazuje, že sofistikovaná protéza nad koleny bude za 45 let činit asi 1 milion dolarů, vzhledem k tomu, že se upraví pouze roční náklady na život.

V roce 2019 byl zahájen projekt podle AT2030, ve kterém se zásuvky vyrábějí na zakázku pomocí termoplastu, a nikoli pomocí sádrového odlitku. To je rychlejší a podstatně levnější. Zásuvky se nazývaly zásuvky Amparo Confidence.

Moderní dějiny horních končetin

V roce 2005 zahájila DARPA program Revoluční protetika.

Postup pacienta

Protéza je funkční náhradou amputované nebo vrozeně poškozené nebo chybějící končetiny. Protetici odpovídají za předpis, návrh a správu protetického zařízení.

Protetik ve většině případů začíná odebráním sádrového odlitku postižené končetiny pacienta. Lehké, vysoce pevné termoplasty jsou pro tento model pacienta vyrobeny na míru. Špičkové materiály, jako jsou uhlíková vlákna, titan a kevlar, zajišťují pevnost a odolnost a zároveň činí novou protézu lehčí. Sofistikovanější protézy jsou vybaveny pokročilou elektronikou, poskytující dodatečnou stabilitu a ovládání.

Současná technologie a výroba

Kolenní protéza vyrobena pomocí WorkNC Computer Aided Manufacturing software

V průběhu let došlo k pokroku v umělých končetinách. Nové plasty a další materiály, jako jsou uhlíková vlákna , umožnily umělým končetinám být silnější a lehčí, což omezilo množství energie navíc potřebné k provozu končetiny. To je zvláště důležité u trans-femorálních amputovaných. Další materiály umožnily, aby umělé končetiny vypadaly mnohem realističtěji, což je důležité pro transradiální a transhumerální amputáty, protože je větší pravděpodobnost, že budou vystaveny umělé končetiny.

Výroba protetického prstu

Kromě nových materiálů se u umělých končetin velmi rozšířilo používání elektroniky. Myoelektrické končetiny, které ovládají končetiny převedením pohybů svalů na elektrické signály, se staly mnohem běžnějšími než končetiny ovládané kabelem. Myoelektrické signály jsou zachyceny elektrodami, signál je integrován a jakmile překročí určitou prahovou hodnotu, spustí se signál ovládání protetických končetin, a proto všechny myoelektrické ovládací prvky ve své podstatě zaostávají. Naopak kabelové ovládání je okamžité a fyzické a díky tomu nabízí určitý stupeň přímé silové zpětné vazby, kterou myoelektrické ovládání neposkytuje. Počítače se také široce používají při výrobě končetin. Počítačem podporovaný design a počítačem podporovaná výroba se často používají při navrhování a výrobě umělých končetin.

Většina moderních umělých končetin je ke zbytkové končetině (pahýlu) amputovaného přichycena opasky a manžetami nebo sáním . Zbytková končetina buď přímo zapadá do zdířky na protetice, nebo - dnes je to běžnější - používá se vložka, která je poté k zásuvce připevněna buď vakuem (sací zásuvky), nebo čepovým zámkem. Vložky jsou měkké a díky tomu mohou vytvořit mnohem lepší sací tvar než tvrdé zásuvky. Silikonové vložky lze získat ve standardních velikostech, většinou s kruhovým (kulatým) průřezem, ale pro jakýkoli jiný zbytkový tvar končetiny lze vyrobit vlastní vložky. Zásuvka je vyrobena na míru tak, aby pasovala na zbytkovou končetinu a distribuovala síly umělé končetiny přes oblast zbytkové končetiny (spíše než jen na jedno malé místo), což pomáhá snížit opotřebení zbytkové končetiny.

Výroba protetických důlků

Výroba protetické jamky začíná zachycením geometrie zbytkové končetiny, tento proces se nazývá zachycení tvaru. Cílem tohoto procesu je vytvořit přesnou reprezentaci zbytkové končetiny, která je klíčová pro dosažení dobrého uchycení soketu. Vlastní zásuvka je vytvořena odebráním sádrového odlitku zbytkové končetiny nebo, dnes běžněji, vložky nošené přes jejich zbytkovou končetinu, a poté vyrobením formy ze sádrového odlitku. Běžně používaná směs se nazývá Sádra z Paříže. V posledních letech byly vyvinuty různé digitální systémy pro zachycování tvarů, které lze vkládat přímo do počítače, což umožňuje propracovanější design. Obecně proces zachycování tvaru začíná digitálním získáváním trojrozměrných (3D) geometrických dat ze zbytkové končetiny amputovaného. Data jsou získávána buď sondou, laserovým skenerem, strukturovaným světelným skenerem, nebo fotografickým 3D skenovacím systémem.

Po zachycení tvaru se druhá fáze výroby soketu nazývá rektifikace, což je proces úpravy modelu zbytkové končetiny přidáním objemu na kostnaté výčnělky a potenciální tlakové body a odebráním objemu z nosné oblasti. To lze provést ručně přidáním nebo odebráním sádry k pozitivnímu modelu nebo virtuálně manipulací s počítačovým modelem v softwaru. A konečně, výroba protetické objímky začíná, jakmile byl model opraven a dokončen. Protetici by zabalili pozitivní model polotavenou plastovou fólií nebo uhlíkovými vlákny potaženými epoxidovou pryskyřicí, aby vytvořili protetickou objímku. U počítačového modelu může být 3D vytištěn pomocí různých materiálů s různou flexibilitou a mechanickou pevností.

Optimální přizpůsobení objímky mezi zbytkovou končetinou a objímkou ​​je zásadní pro funkci a použití celé protézy. Pokud je spoj mezi zbytkovou končetinou a nástavcem zásuvky příliš volný, zmenší se tím oblast kontaktu mezi zbytkovou končetinou a objímkou ​​nebo vložkou a zvětší se kapsy mezi zbytkovou kůží končetiny a objímkou ​​nebo vložkou. Tlak je pak vyšší, což může být bolestivé. Vzduchové kapsy umožňují hromadění potu, který může změkčit pokožku. Nakonec je to častá příčina svědivých kožních vyrážek. Časem to může vést k rozpadu kůže. Na druhou stranu velmi těsné uložení může nadměrně zvýšit tlaky na rozhraní, což může také vést k poškození kůže po delším používání.

Umělé končetiny se obvykle vyrábějí pomocí následujících kroků:

  1. Měření zbytkové končetiny
  2. Měření těla k určení velikosti potřebné pro umělou končetinu
  3. Nasazení silikonové vložky
  4. Vytvoření modelu vložky nošené přes zbytkovou končetinu
  5. Vytvoření termoplastické fólie kolem modelu - To se pak použije k otestování přilnavosti protézy
  6. Vytvoření trvalé zásuvky
  7. Tvorba plastových částí umělé končetiny - Používají se různé metody, včetně vakuového tváření a vstřikování
  8. Vytváření kovových částí umělé končetiny tlakovým litím
  9. Sestavení celé končetiny

Ramena poháněná tělem

Současná technologie umožňuje ramenům poháněným tělem vážit přibližně polovinu až třetinu toho, co dělá myoelektrická ruka.

Zásuvky

Současná těla poháněná ramena obsahují zásuvky, které jsou vyrobeny z tvrdého epoxidu nebo uhlíkových vláken. Tyto zásuvky nebo „rozhraní“ mohou být pohodlnější tím, že je obložíte měkčím, stlačitelným pěnovým materiálem, který poskytuje polstrování kostních výčnělků. Samočinná nebo suprakondylární zásuvková konstrukce je užitečná pro osoby s krátkým až středním rozsahem pod loktem. Delší končetiny mohou vyžadovat použití vnitřní pojistné vložky typu roll-on nebo složitějšího svazku, který pomůže rozšířit odpružení.

Zápěstí

Náramkové jednotky jsou buď šroubovací konektory se závitem UNF 1/2-20 (USA), nebo rychlospojky, u nichž existují různé modely.

Dobrovolné otevření a dobrovolné zavření

Existují dva typy systémů poháněných tělem, dobrovolné otevírání „tahem k otevření“ a dobrovolné zavírání „tahem zavírání“. Prakticky všechny protézy „s děleným hákem“ pracují se systémem dobrovolného otevírání.

Modernější „prehensory“ zvané GRIPS využívají systémy dobrovolného zavírání. Rozdíly jsou značné. Uživatelé systémů dobrovolného otevírání se při uchopovací síle spoléhají na elastické pásy nebo pružiny, zatímco uživatelé systémů dobrovolného zavírání se při vytváření uchopovací síly spoléhají na sílu a energii vlastního těla.

Dobrovolní uživatelé zavírání mohou vytvářet předpínací síly ekvivalentní normální ruce, a to až do výše sto liber. Dobrovolné zavírací GRIPS vyžadují neustálé napětí, aby se uchopily, jako lidská ruka, a v této vlastnosti se přiblíží k odpovídajícímu výkonu lidské ruky. Uživatelé s dobrovolným otevíráním děleného háku jsou omezeni silami, které jejich guma nebo pružiny mohou generovat, což je obvykle méně než 20 liber.

Zpětná vazba

Ve vytvořeném biofeedbacku existuje další rozdíl, který uživateli umožňuje „cítit“ to, co je drženo. Dobrovolné otevírací systémy po zapojení poskytují přídržnou sílu, takže fungují jako pasivní svěrák na konci paže. Jakmile se hák zavře kolem drženého objektu, není poskytována zpětná vazba k uchopení. Dobrovolné zavírací systémy poskytují přímo proporcionální ovládání a biofeedback, takže uživatel může cítit, jakou sílu aplikuje.

Nedávná studie ukázala, že stimulací mediánu a ulnárního nervu by podle informací poskytnutých umělými senzory z protézy ruky mohly být amputovanému poskytnuty fyziologicky vhodné (téměř přirozené) senzorické informace. Tato zpětná vazba umožnila účastníkovi efektivně modulovat sílu uchopení protézy bez vizuální nebo sluchové zpětné vazby.

V únoru 2013 vědci z École Polytechnique Fédérale de Lausanne ve Švýcarsku a Scuola Superiore Sant'Anna v Itálii implantovali elektrody do paže amputovaného, ​​což pacientovi poskytlo senzorickou zpětnou vazbu a umožnilo ovládání protetiky v reálném čase. Díky drátům spojeným s nervy v horní části paže byl dánský pacient schopen manipulovat s předměty a okamžitě získat pocit dotyku prostřednictvím speciální umělé ruky, kterou vytvořil Silvestro Micera a výzkumní pracovníci ve Švýcarsku a Itálii.

V červenci 2019 byla tato technologie ještě dále rozšířena výzkumníky z University of Utah pod vedením Jacoba George. Skupina vědců implantovala pacientovi do ruky elektrody, aby zmapovala několik smyslových předpisů. Poté stimulovali každou elektrodu, aby zjistili, jak byla spuštěna každá smyslová zásada, a poté pokračovali v mapování smyslových informací na protézu. To by vědcům umožnilo získat dobrou aproximaci stejného druhu informací, které by pacient obdržel z jejich přirozené ruky. Paže je bohužel pro běžného uživatele příliš drahá na získání, nicméně Jacob zmínil, že náklady na protetiku by mohly uhradit pojišťovny.

Koncová zařízení

Koncová zařízení obsahují řadu háčků, prehensorů, rukou nebo jiných zařízení.

Háčky

Dobrovolně otevírané systémy dělených háčků jsou jednoduché, pohodlné, lehké, robustní, univerzální a relativně dostupné.

Háček neodpovídá normální lidské ruce vzhledem ani celkovou univerzálností, ale jeho materiálové tolerance mohou běžnou lidskou ruku mechanickým namáháním překročit a překonat (lze dokonce použít hák k krájení otevřených boxů nebo jako kladivo, zatímco totéž není možné normální rukou), pro tepelnou stabilitu (lze použít háček k uchopení předmětů z vroucí vody, k otáčení masa na grilu, držení zápalky, dokud úplně nevyhoří) a pro chemická nebezpečí (jako kovový háček odolává kyselinám nebo louhu a nereaguje na rozpouštědla jako protetické rukavice nebo lidská kůže).

Ruce
Herec Owen Wilson svíral myoelektrickou protetickou paži námořníka Spojených států

Protetické ruce jsou k dispozici ve verzích s dobrovolným otevíráním i dobrovolným zavíráním a vzhledem ke své složitější mechanice a kosmetickému zakrytí rukavic vyžadují relativně velkou aktivační sílu, která může být v závislosti na typu použitého postroje nepohodlná. Nedávná studie Delft University of Technology v Nizozemsku ukázala, že vývoj mechanických protetických rukou byl v posledních desetiletích opomíjen. Studie ukázala, že úroveň síly sevření většiny současných mechanických rukou je pro praktické použití příliš nízká. Nejlépe testovanou rukou byla protetická ruka vyvinutá kolem roku 1945. V roce 2017 však byl zahájen výzkum bionickými rukama Laury Hrubyové z Lékařské univerzity ve Vídni . K dispozici je také několik open-hardware 3-d tisknutelných bionických rukou. Některé společnosti vyrábějí také robotické ruce s integrovaným předloktím, určené k nasazení na paži pacienta, a v roce 2020 byla na Italian Institute of Technology (IIT) vyvinuta další robotická ruka s integrovaným předloktím (Soft Hand Pro).

Komerční poskytovatelé a materiály

Hosmer a Otto Bock jsou hlavními poskytovateli komerčních háčků. Mechanické ručičky prodávají také Hosmer a Otto Bock; Becker Hand je stále vyráběn rodinou Becker. Protetické ruce mohou být vybaveny standardními pažbami nebo silikonovými rukavicemi vyráběnými na zakázku. Ale lze použít i běžné pracovní rukavice. Mezi další koncová zařízení patří V2P Prehensor, všestranný robustní chapadlo, které umožňuje zákazníkům upravovat jeho aspekty, Texas Assist Devices (s celou řadou nástrojů) a TRS, který nabízí řadu koncových zařízení pro sport. Kabelové svazky mohou být konstruovány pomocí ocelových lan letadel, kuličkových závěsů a samomazných kabelových plášťů. Některé protetiky byly navrženy speciálně pro použití ve slané vodě.

Protetika dolních končetin

Protetická noha, kterou nosí Ellie Cole

Protetika dolních končetin popisuje uměle nahrazené končetiny umístěné na úrovni kyčle nebo níže. Ephraim et al. (2003) zjistili celosvětový odhad amputací dolních končetin ze všech příčin 2,0–5,9 na 10 000 obyvatel. Pro míru prevalence porodu vrozeného nedostatku končetin zjistili odhad mezi 3,5 a 7,1 případů na 10 000 porodů.

Dvě hlavní subkategorie protetických zařízení dolních končetin jsou transibibiální (jakákoli amputace protínající kost holenní nebo vrozená anomálie vedoucí k nedostatku holenní kosti) a trans-femorální (jakákoli amputace procházející kost stehenní kosti nebo vrozená anomálie vedoucí k femorální nedostatek). V protetickém průmyslu je trans-tibiální protetická noha často označována jako „BK“ nebo pod kolenní protézou, zatímco trans-femorální protetická noha je často označována jako „AK“ nebo nad kolenní protézou.

Mezi další, méně časté případy dolních končetin patří následující:

  1. Disartikulace kyčelního kloubu - Obvykle se jedná o případ, kdy amputovaný nebo vrozeně postižený pacient má buď amputaci nebo anomálii v kyčelním kloubu nebo v jeho těsné blízkosti.
  2. Dezartikulace kolen - Obvykle se jedná o amputaci kolena, která disartikuluje stehenní kost z holenní kosti.
  3. Symes - Toto je disartikulace kotníku při zachování podložky na patě.

Zásuvka

Zásuvka slouží jako rozhraní mezi zbytkem a protézou, což v ideálním případě umožňuje pohodlné nošení závaží, ovládání pohybu a propriocepci. Problémy se zásuvkami, jako jsou nepohodlí a poškození kůže, jsou hodnoceny mezi nejdůležitější problémy, kterým čelí amputovaní dolních končetin.

Stopka a konektory

Tato část vytváří vzdálenost a oporu mezi kolenním kloubem a chodidlem (v případě protézy horní části nohy) nebo mezi jamkou a chodidlem. Typ konektoru, který se používá mezi stopkou a kolenem/chodidlem, určuje, zda je protéza modulární nebo ne. Modulární znamená, že úhel a posunutí nohy vzhledem k zásuvce lze po montáži změnit. V rozvojových zemích jsou protézy většinou nemodulární, aby se snížily náklady. Při zvažování dětí je důležitá modularita úhlu a výšky, protože jejich průměrný růst je 1,9 cm ročně.

Chodidlo

Noha poskytuje kontakt se zemí a zajišťuje tlumení nárazů a stabilitu během stoje. Svým tvarem a tuhostí navíc ovlivňuje biomechaniku chůze. Důvodem je, že trajektorie středu tlaku (COP) a úhel reakčních sil na zemi je dána tvarem a tuhostí nohy a musí odpovídat stavbě subjektu, aby vytvořila normální vzor chůze. Andrysek (2010) našel 16 různých typů chodidel s velmi odlišnými výsledky ohledně trvanlivosti a biomechaniky. Hlavním problémem současných nohou je trvanlivost, vytrvalost v rozmezí od 16 do 32 měsíců. Tyto výsledky jsou pro dospělé a pravděpodobně budou horší pro děti kvůli vyšší úrovni aktivity a efektům stupnice. Důkazy porovnávající různé typy protéz chodidel a kotníků nejsou dostatečně silné, aby bylo možné určit, zda je jeden mechanismus kotníku/chodidla nadřazen jinému. Při rozhodování o zařízení je třeba vzít v úvahu náklady na zařízení, funkční potřebu člověka a dostupnost konkrétního zařízení.

Kolenní kloub

V případě amputace trans-femorální (nad kolenem) existuje také potřeba komplexního konektoru zajišťujícího artikulaci umožňující flexi během fáze švihu, ale ne během stoje. Protože jeho účelem je náhrada kolena, je protetický kolenní kloub nejkritičtější složkou protézy pro trans-femorální amputáty. Funkcí dobrého protetického kolenního kloubu je napodobit funkci normálního kolena, jako je zajištění strukturální podpory a stability ve fázi stoje, ale schopné ohýbat se kontrolovatelným způsobem ve fázi švihu. Proto umožňuje uživatelům hladkou a energeticky efektivní chůzi a minimalizuje dopad amputace. Protetické koleno je s protetickou nohou spojeno dříkem, který je obvykle vyroben z hliníkové nebo grafitové trubice.

Jedním z nejdůležitějších aspektů protetického kolenního kloubu by byl jeho kontrolní mechanismus ve stojné fázi. Funkce kontroly fází postoje je zabránit tomu, aby se noha při přijetí váhy zatěžovala, když je končetina zatěžována. Tím je zajištěna stabilita kolena za účelem podpory úkolu podpory jedné končetiny ve fázi stoje a zajištěn hladký přechod do fáze švihu. Řízení fázové polohy lze dosáhnout několika způsoby, včetně mechanických zámků, relativního zarovnání protetických komponent, hmotnostně aktivovaného řízení tření a polycentrických mechanismů.

Mikroprocesorové ovládání

Pro napodobení funkčnosti kolena při chůzi byly vyvinuty kolenní klouby řízené mikroprocesorem, které kontrolují flexi kolena. Mezi příklady patří C-noha Otto Bocka , zavedená v roce 1997, Ossurovo Rheo Knee, vydané v roce 2005, Power Knee od Ossura, představené v roce 2006, Plié Knee od Freedom Innovations a DAW Industries 'Self Learning Knee (SLK ).

Tuto myšlenku původně vyvinula Kelly James, kanadská inženýrka na univerzitě v Albertě .

Mikroprocesor se používá k interpretaci a analýze signálů ze snímačů úhlu kolena a snímačů momentu. Mikroprocesor přijímá signály ze svých senzorů, aby určil typ pohybu, který používá amputovaný. Většina kolenních kloubů ovládaných mikroprocesorem je napájena baterií umístěnou uvnitř protézy.

Senzorické signály vypočítané mikroprocesorem se používají k ovládání odporu generovaného hydraulickými válci v kolenním kloubu. Malé ventily řídí množství hydraulické kapaliny, která může procházet do válce a z něj, čímž regulují vysunutí a stlačení pístu připojeného k horní části kolena.

Hlavní výhodou mikroprocesorem ovládané protézy je bližší přiblížení k přirozené chůzi amputovaného. Některé umožňují amputovaným chodit rychlostí chůze nebo běhat. Variace rychlosti jsou také možné a jsou zohledněny senzory a sděleny mikroprocesoru, který se odpovídajícím způsobem přizpůsobí těmto změnám. Umožňuje také amputátům chodit dolů s přístupem krok za krokem, nikoli s přístupem jeden krok v čase, který se používá s mechanickými koleny. Existuje určitý výzkum, který naznačuje, že lidé s protézami ovládanými mikroprocesory hlásí větší spokojenost a zlepšení funkčnosti, zbytkového zdraví končetin a bezpečnosti. Lidé mohou být schopni provádět každodenní činnosti vyšší rychlostí, a to i při multitaskingu, a snížit tak riziko pádů.

Některé však mají některé významné nevýhody, které zhoršují jeho používání. Mohou být náchylné k poškození vodou, a proto je třeba věnovat velkou pozornost tomu, aby protéza zůstala suchá.

Myoelektrický

Myoelectric protéza používá elektrické napětí generované pokaždé, když sval smlouvy, as informacemi. Toto napětí lze zachytit z dobrovolně stažených svalů elektrodami aplikovanými na kůži pro ovládání pohybů protézy, jako je flexe/extenze lokte, supinace/pronace (rotace) zápěstí nebo otevírání/zavírání prstů. Protéza tohoto typu využívá zbytkový neuromuskulární systém lidského těla k ovládání funkcí elektricky poháněné protetické ruky, zápěstí, lokte nebo chodidla. To se liší od elektrické spínací protézy, která vyžaduje popruhy a/nebo kabely ovládané pohyby těla k ovládání nebo ovládání spínačů, které ovládají pohyby protézy. Neexistuje žádný jasný důkaz, že by myoelektrické protézy horních končetin fungovaly lépe než protézy poháněné tělem. Výhody používání myoelektrické protézy horní končetiny zahrnují potenciál pro zlepšení kosmetické přitažlivosti (tento typ protézy může mít přirozenější vzhled), může být lepší pro lehké každodenní činnosti a může být prospěšný pro lidi, kteří mají fantomovou bolest končetin . Ve srovnání s protézou poháněnou tělem nemusí být myoelektrická protéza tak odolná, může mít delší dobu tréninku, může vyžadovat více úprav, může vyžadovat větší údržbu a neposkytuje uživateli zpětnou vazbu.

SSSR byl první, kdo vyvinul myoelektrickou ruku v roce 1958, zatímco první myoelektrická ruka se stala komerční v roce 1964 Ústředním výzkumným ústavem protetiky SSSR a distribuovala ji Hangar Limb Factory ve Velké Británii .

Robotické protézy

Mozkové ovládání 3D protetického pohybu paží (zasažení cílů). Tento film byl zaznamenán, když účastník ovládal 3D pohyb protetické paže, aby zasáhl fyzické cíle ve výzkumné laboratoři.

Roboty lze použít ke generování objektivních měření zhoršení stavu pacienta a výsledku terapie, pomoci při diagnostice, přizpůsobení terapií na základě motorických schopností pacienta a zajištění souladu s léčebnými režimy a udržování záznamů pacienta. V mnoha studiích je ukázáno, že dochází k významnému zlepšení motorické funkce horní končetiny po mrtvici s využitím robotiky pro rehabilitaci horní končetiny. Aby robotická protetická končetina fungovala, musí mít několik součástí, které ji integrují do funkce těla: Biosenzory detekují signály z nervových nebo svalových systémů uživatele. Poté předá tyto informace do ovladače umístěného uvnitř zařízení a zpracuje zpětnou vazbu z končetiny a ovladače, např. Polohu nebo sílu, a odešle ji do ovladače. Mezi příklady patří povrchové elektrody, které detekují elektrickou aktivitu na kůži, jehlové elektrody implantované do svalu nebo pole elektrod v pevné fázi s nervy prorůstajícími skrz ně. Jeden typ těchto biosenzorů se používá v myoelektrických protézách .

Zařízení známé jako ovladač je připojeno k nervovým a svalovým systémům uživatele a samotnému zařízení. Odesílá příkazy záměru od uživatele k akčním členům zařízení a interpretuje zpětnou vazbu od mechanických a biosenzorů uživateli. Správce je také zodpovědný za monitorování a řízení pohybů zařízení.

Pohon napodobuje akce svalu v produkci síly a pohybu. Mezi příklady patří motor, který pomáhá nebo nahrazuje původní svalovou tkáň.

Cílená reinervace svalů (TMR) je technika, při níž jsou motorické nervy , které dříve ovládaly svaly na amputované končetině, chirurgicky přesměrovány tak, že reinervují malou oblast velkého neporušeného svalu, jako je například pectoralis major . V důsledku toho, když pacient přemýšlí o pohybu palcem své chybějící ruky, místo toho se mu zmenší malá oblast svalu na hrudi. Umístěním senzorů nad reinervovaný sval lze tyto kontrakce provést pro ovládání pohybu příslušné části robotické protézy.

Varianta této techniky se nazývá cílená senzorická reinervace (TSR). Tento postup je podobný TMR, kromě toho, že senzorické nervy jsou chirurgicky přesměrovány na kůži na hrudi, nikoli motorické nervy přesměrovány do svalu. V poslední době se robotické končetiny zlepšily ve své schopnosti přijímat signály z lidského mozku a převádět tyto signály do pohybu v umělé končetině. DARPA , výzkumná divize Pentagonu, pracuje na tom, aby v této oblasti dosáhla ještě většího pokroku. Jejich přáním je vytvořit umělou končetinu, která se váže přímo do nervového systému .

Robotické zbraně

Pokrok v procesorech používaných v myoelektrických ramenech umožnil vývojářům dosáhnout zisku v jemně vyladěné kontrole protetiky. Boston Digital Arm je nedávný umělý úd, který využil těchto pokročilejších procesorů. Rameno umožňuje pohyb v pěti osách a umožňuje naprogramování paže pro přizpůsobenější pocit. Nedávno se ruka I-LIMB Hand , vynalezená v Edinburghu ve Skotsku Davidem Gowem , stala první komerčně dostupnou protézou rukou s pěti jednotlivě napájenými číslicemi. Ruka má také ručně otočný palec, který je ovládán pasivně uživatelem a umožňuje ruce uchopit v režimech přesnosti, síly a klíče.

Další neurální protézou je Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory Proto 1 . Kromě protokolu 1 dokončila univerzita také protokol Proto 2 v roce 2010. Počátkem roku 2013 se Maxovi Ortizovi Catalanovi a Rickardu Brånemarkovi z Chalmersovy technické univerzity a Sahlgrenské fakultní nemocnice ve Švédsku podařilo vyrobit první robotickou ruku, která ovládané a mohou být trvale připevněny k tělu (pomocí osseointegrace ).

Velmi užitečný přístup se nazývá rotace paže, která je běžná pro jednostranné amputované, což je amputace, která postihuje pouze jednu stranu těla; a také nezbytný pro dvoustranné amputované osoby, osoby, které chybí nebo jim byly amputovány obě ruce nebo nohy, k provádění činností každodenního života. To zahrnuje vložení malého permanentního magnetu na distální konec zbytkové kosti subjektů s amputacemi horní končetiny. Když subjekt otáčí zbytkovým ramenem, magnet se bude otáčet se zbytkovou kostí, což způsobí změnu v distribuci magnetického pole. K ovládání robotických končetin se používají signály EEG (elektroencefalogram), detekované pomocí malých plochých kovových disků připevněných k pokožce hlavy, které v podstatě dekódují aktivitu lidského mozku používanou k fyzickému pohybu. To umožňuje uživateli ovládat součást přímo.

Robotické transtibiální protézy

Výzkum robotických nohou v průběhu času dosáhl určitého pokroku a umožňuje přesný pohyb a ovládání.

Vědci z rehabilitačního ústavu v Chicagu v září 2013 oznámili, že vyvinuli robotickou nohu, která převádí nervové impulsy ze stehenních svalů uživatele do pohybu, což je první protetická noha, která tak učinila. Aktuálně je v testování.

Hugh Herr, vedoucí skupiny biomechatronik v Media Lab MIT, vyvinul robotickou transtibiální nohu (PowerFoot BiOM).

Islandská společnost Össur také vytvořila robotickou transtibiální nohu s motorizovaným kotníkem, která se pohybuje algoritmy a senzory, které automaticky upravují úhel chodidla v různých bodech jeho kroku. Existují také mozkem ovládané bionické nohy, které jednotlivci umožňují pohybovat končetinami pomocí bezdrátového vysílače.

Problémy, jako je pokles chodidla, nyní řeší robotické ortézy kotníku. Tato nově vyvinutá zařízení připravují cestu k novým metodám rehabilitace. Ty lze upravit podle požadavků pacienta a výzkumy naznačují, že do značné míry mohou pacienti s problémy s poklesem nohy znovu získat část své ztracené pohyblivosti.

Protézový design

Hlavním cílem robotické protézy je zajistit aktivní ovládání během chůze, aby se zlepšila biomechanika chůze, mimo jiné včetně stability, symetrie nebo výdeje energie pro amputované. V současné době je na trhu několik poháněných protetických nohou, včetně plně poháněných nohou, ve kterých pohony přímo pohánějí klouby, a poloaktivních nohou, které využívají malé množství energie a malý pohon ke změně mechanických vlastností nohy, ale nevstřikujte do chůze čistou pozitivní energii. Mezi konkrétní příklady patří emPOWER od BionX, Proprio Foot od Ossur a Elan Foot od Endolite. Různé výzkumné skupiny také v posledním desetiletí experimentovaly s robotickými nohami. Mezi hlavní zkoumané problémy patří návrh chování zařízení během fází postojů a švihů, rozpoznání aktuálního úkolu ambulace a různé problémy s mechanickým designem, jako je robustnost, hmotnost, životnost/účinnost baterie a hladina hluku. Vědci ze Stanford University a Seoul National University však vyvinuli systém umělých nervů, který pomůže cítit protetické končetiny. Tento syntetický nervový systém umožňuje protetickým končetinám cítit Braillovo písmo , cítit hmat a reagovat na okolní prostředí.

Použití recyklovaných materiálů

Protetika se vyrábí z recyklovaných plastových lahví a víček po celém světě.

Uchycení k tělu

Většina protéz může být připevněna k vnější části těla, a to nestálým způsobem. Některé další však mohou být připojeny trvalým způsobem. Jedním takovým příkladem jsou exoprotézy (viz níže).

Přímé uchycení kosti a osseointegrace

Osseointegration je metoda připevnění umělé končetiny k tělu. Tato metoda je také někdy označována jako exoprotéza (připojení umělé končetiny ke kosti) nebo endo-exoprotéza.

Metoda pahýlu a důlku může způsobit značnou bolest po amputaci, a proto bylo rozsáhlé zkoumání přímého úponu kosti. Metoda funguje tak, že do kosti na konci pahýlu vložíte titanový šroub. Po několika měsících se kost přichytí k titanovému šroubu a k titanovému šroubu se připevní opěra. Opěra vyčnívá z pahýlu a (odnímatelná) umělá končetina je pak připevněna k opěře. Mezi výhody této metody patří následující:

  • Lepší svalová kontrola protézy.
  • Schopnost nosit protézu po delší dobu; s metodou pařez a soket to není možné.
  • Schopnost transfemorálních amputovaných řídit auto.

Hlavní nevýhodou této metody je, že amputovaní s přímým úponem kosti nemohou mít velký dopad na končetinu, jako jsou ty, které se vyskytly při běhání, kvůli možnosti zlomení kosti.

Cosmesis

Kosmetická protéza se již dlouho používá k maskování zranění a znetvoření. S pokroky v moderní technologii byla umožněna cosmesis , vytvoření živých končetin vyrobených ze silikonu nebo PVC . Takové protetiky, včetně umělých rukou, lze nyní navrhnout tak, aby simulovaly vzhled skutečných rukou, doplněné pihami, žilkami, vlasy, otisky prstů a dokonce i tetováním. Kosmety na zakázku jsou obecně dražší (stojí tisíce amerických dolarů, v závislosti na úrovni podrobností), zatímco standardní kosmese se vyrábějí předem v různých velikostech, i když často nejsou tak realistické jako jejich protějšky na míru. Další možností je silikonový kryt na míru, který lze vyrobit tak, aby odpovídal odstínu pokožky člověka, ale ne detailům, jako jsou pihy nebo vrásky. Kosmetika se k tělu připevňuje libovolným počtem způsobů, a to pomocí lepidla, sání, přizpůsobení tvaru, roztažné kůže nebo kožního rukávu.

Poznání

Na rozdíl od neuromotorických protéz by neurokognitivní protézy snímaly nebo modulovaly nervové funkce za účelem fyzické rekonstituce nebo rozšíření kognitivních procesů, jako je výkonná funkce , pozornost , jazyk a paměť. V současné době nejsou k dispozici žádné neurokognitivní protézy, ale byl vyvinut vývoj implantabilních neurokognitivních rozhraní mozek-počítač, který by pomohl léčit stavy, jako je mrtvice , traumatické poranění mozku , dětská mozková obrna , autismus a Alzheimerova choroba . Nedávná oblast Assistive Technology for Cognition se týká vývoje technologií pro posílení lidského poznání. Plánovací zařízení, jako je Neuropage, připomínají uživatelům s poruchou paměti, kdy mají provádět určité činnosti, například návštěvu lékaře. Mikroprostorová zařízení, jako jsou PEAT, AbleLink a Guide, byla použita na pomoc uživatelům s problémy s pamětí a výkonnými funkcemi při provádění činností každodenního života .

Protetické vylepšení

Sgt. Jerrod Fields, nadějný paralympijský sprinter programu US Army World Class, pracuje v americkém olympijském tréninkovém centru v Chula Vista v Kalifornii. Po amputaci pod koleny Fields získal zlatou medaili na 100 metrů časem 12,15 sekund na Endeavour Games v Edmondu, OK, 13. června 2009

Kromě standardní umělé končetiny pro každodenní použití má mnoho amputovaných nebo vrozených pacientů speciální končetiny a zařízení, které pomáhají při účasti na sportovních a rekreačních aktivitách.

Ve sci -fi a nověji ve vědecké komunitě se zvažuje použití pokročilých protéz k nahrazení zdravých částí těla umělými mechanismy a systémy ke zlepšení funkce. O morálce a vhodnosti takových technologií diskutují transhumanisté , další etici a další obecně. Části těla, jako jsou nohy, paže, ruce, chodidla a další, lze vyměnit.

Zdá se, že prvním experimentem se zdravým jedincem byl britský vědec Kevin Warwick . V roce 2002 byl implantát propojen přímo s Warwickovým nervovým systémem. Pole elektrod , které obsahovalo kolem stovky elektrod , bylo umístěno do středního nervu . Vytvořené signály byly dostatečně podrobné, aby rameno robota dokázalo napodobit akce Warwickovy vlastní paže a prostřednictvím implantátu znovu poskytnout formu dotykové zpětné vazby.

DEKA společnost Dean Kamen vyvinul „Luke ruku“, pokročilý nervy řízené protézu . Klinické zkoušky začaly v roce 2008, schválení FDA v roce 2014 a komerční výroba společností Universal Instruments Corporation se očekává v roce 2017. Cena nabízená v maloobchodě společností Mobius Bionics se očekává kolem 100 000 dolarů.

Další výzkum v dubnu 2019 přinesl vylepšení protetických funkcí a pohodlí personalizovaných nositelných systémů s 3D tiskem. Namísto ruční integrace po tisku může integrace elektronických senzorů v průsečíku mezi protézou a tkání nositele shromažďovat informace, jako je tlak napříč tkání nositele, což může pomoci zlepšit další iteraci těchto typů protetik.

Oscar Pistorius

Na začátku roku 2008 byl Oscar Pistorius , „Blade Runner“ Jihoafrické republiky, krátce označen za nezpůsobilého soutěžit na Letních olympijských hrách 2008, protože jeho končetiny s transtibiální protézou mu údajně poskytly nefér výhodu oproti běžcům, kteří měli kotníky. Jeden výzkumník zjistil, že jeho končetiny spotřebovaly o pětadvacet procent méně energie než u zdatného běžce pohybujícího se stejnou rychlostí. Toto rozhodnutí bylo zrušeno na základě odvolání, přičemž odvolací soud uvedl, že nebyl zohledněn celkový soubor výhod a nevýhod Pistoriusových končetin.

Pistorius se nekvalifikoval pro jihoafrický tým na olympijské hry, ale pokračoval v letních paralympijských hrách 2008 a byl oprávněn kvalifikovat se na jakékoli budoucí olympijské hry. Kvalifikoval se na mistrovství světa 2011 v Jižní Koreji a dosáhl semifinále, kde naposledy skončil, v prvním kole mu patřilo 14. místo, jeho osobní rekord na 400 m by mu ve finále zajistil 5. místo. Na Letních olympijských hrách 2012 v Londýně se Pistorius stal prvním běžcem po amputaci, který soutěžil na olympijských hrách. Běžel v semifinále závodu na 400 metrů a ve štafetě na 4 × 400 metrů . On také soutěžil v 5 akcích v roce 2012 letní paralympijské hry v Londýně.

Aspekty návrhu

Při navrhování transtibiální protézy je třeba vzít v úvahu několik faktorů. Výrobci se musí rozhodnout o svých prioritách ohledně těchto faktorů.

Výkon

Přesto existují určité prvky mechaniky soketu a chodidla, které jsou pro sportovce neocenitelné, a právě na ně se dnešní high-tech protetické společnosti zaměřují:

  • Fit - atletičtí/aktivní amputovaní, nebo ti s kostnatými zbytky, mohou vyžadovat pečlivě detailní zasunutí do zásuvky; méně aktivním pacientům může vyhovovat fit s „úplným kontaktem“ a gelovou vložkou
  • Skladování a návrat energie - skladování energie získané kontaktem se zemí a využití této uložené energie k pohonu
  • Absorpce energie - minimalizace účinku vysokého dopadu na pohybový aparát
  • Poddajnost - stabilita nezávislá na typu terénu a úhlu
  • Rotace - snadná změna směru
  • Hmotnost - maximální pohodlí, rovnováha a rychlost
  • Zavěšení - jak se zásuvka spojí a zapadne do končetiny

jiný

Kupujícího také zajímá řada dalších faktorů:

  • Kosmetika
  • Náklady
  • Snadnost použití
  • Dostupnost velikosti

Svoboda nákladů a zdrojů

Vysoká cena

V USA stojí typická protetická končetina kdekoli mezi 15 000 a 90 000 dolary, v závislosti na typu končetiny požadovaného pacientem. Se zdravotním pojištěním pacient obvykle zaplatí 10–50% z celkových nákladů na protetickou končetinu, zatímco pojišťovna uhradí zbytek nákladů. Procento, které pacient zaplatí, se liší podle typu pojistného plánu a podle končetiny požadované pacientem. Ve Velké Británii, velké části Evropy, Austrálie a Nového Zélandu jsou veškeré náklady na protetické končetiny hrazeny ze státního financování nebo zákonného pojištění. Například v Austrálii jsou protézy plně financovány ze státních programů v případě amputace způsobené nemocí a odškodnění pracovníků nebo pojištění úrazu v případě většiny traumatických amputací. Za protézy platí i národní systém pojištění pro případ invalidity , který se na národní úrovni zavádí v letech 2017 až 2020.

Transradial (pod loktem amputace) a transtibiální protézy (pod kolenem amputace), obvykle stojí mezi námi $ 6.000 $ 8,000, zatímco transfemorální (nad kolenem amputace) a transhumeral protetika (nad loktem amputace) náklady zhruba dvakrát tolik, s rozsahem od 10 000 do 15 000 USD a někdy může dosáhnout nákladů 35 000 USD. Náklady na umělou končetinu se často opakují, zatímco končetinu je obvykle nutné vyměnit každé 3-4 roky kvůli opotřebení každodenním používáním. Kromě toho, pokud má zásuvka problémy s fit, musí být zásuvka vyměněna do několika měsíců od nástupu bolesti. Pokud je problémem výška, lze součásti, jako jsou pylony, změnit.

Nejen, že pacient musí platit za více protetických končetin, ale také za fyzickou a pracovní terapii, která je spojena s přizpůsobením se životu s umělou končetinou. Na rozdíl od opakujících se nákladů na protetické končetiny pacient obvykle zaplatí pouze 2 000 až 5 000 $ za terapii během prvního nebo dvou let života jako amputát. Jakmile je pacient se svou novou končetinou silný a pohodlný, nebude již muset chodit na terapii. Během celého života se předpokládá, že typický amputovaný projde léčbou v hodnotě 1,4 milionu dolarů, včetně operací, protetiky a také terapií.

Nízké náklady

Levné protézy nad kolena často poskytují pouze základní strukturální podporu s omezenou funkcí. Této funkce je často dosahováno u hrubých, nekloubových, nestabilních nebo ručně zajišťujících kolenních kloubů. Omezený počet organizací, jako je Mezinárodní výbor Červeného kříže (ICRC), vytváří zařízení pro rozvojové země. Jejich zařízení, které vyrábí společnost CR Equipments, je jednoosý, ručně ovládaný uzamykací polymerní protetický kolenní kloub.

Stůl. Seznam technologií kolenního kloubu na základě přehledu literatury.

Název technologie (země původu) Stručný popis Nejvyšší úroveň

důkaz

ICRC koleno (Švýcarsko) Jednoosý s ručním zámkem Nezávislé pole
ATLAS koleno (Velká Británie) Tření aktivované hmotností Nezávislé pole
POF/OTRC koleno (USA) Jednoosý s ext. pomáhat Pole
DAV/koleno Seattle (USA) Vyhovující polycentrický Pole
KONČETINY International M1 koleno (USA) Čtyřtaktový Pole
JaipurKnee (Indie) Čtyřtaktový Pole
LCKnee (Kanada) Jednoosý s automatickým zámkem Pole
Není k dispozici (Nepál) Jednoosý Pole
Není k dispozici (Nový Zéland) Rotačně tvarovaná jednoosá Pole
Není k dispozici (Indie) Šest taktů s dřepem Technický vývoj
Třecí koleno (USA) Tření aktivované hmotností Technický vývoj
Wedgelock koleno (Austrálie) Tření aktivované hmotností Technický vývoj
SATHI třecí koleno (Indie) Tření aktivované hmotností K dispozici jsou omezené údaje
Levné protetické končetiny nad kolena: ICRC koleno (vlevo) a LC koleno (vpravo)

Plán na nízkonákladovou umělou nohu, který navrhl Sébastien Dubois, byl představen na mezinárodní výstavě designu a předávání cen 2007 v dánské Kodani, kde získal Index: Award . Bylo by možné vytvořit protetickou nohu s návratem energie za 8,00 USD , složenou převážně ze sklolaminátu .

Před osmdesátými léty protézy nohou pouze obnovovaly základní schopnosti chůze. Tato raná zařízení lze charakterizovat jednoduchým umělým připevněním spojujícím něčí zbytkovou končetinu se zemí.

Zavedení Seattle Foot (Seattle Limb Systems) v roce 1981 přineslo v této oblasti revoluci a do popředí dostalo koncept protetické nohy s ukládáním energie (ESPF). Další společnosti brzy následovaly a zanedlouho bylo na trhu několik modelů protéz uchovávajících energii. Každý model využíval nějakou variantu stlačitelné paty. Pata je při počátečním kontaktu se zemí stlačena a ukládá energii, která se pak vrací v druhé fázi kontaktu se zemí, aby pomohla pohánět tělo dopředu.

Od té doby v oboru protetiky nohou dominují stálá, malá zlepšení výkonu, pohodlí a prodejnosti.

S 3D tiskárnami je možné vyrábět jeden produkt, aniž byste museli mít kovové formy , takže náklady lze drasticky snížit.

Jaipur Foot , umělé končetiny z Jaipur , Indie , stojí asi US $. 40

Open-source robotická próza

V současné době existuje fórum o prostetice s otevřeným designem známé jako „ projekt otevřené protetiky “. Skupina zaměstnává spolupracovníky a dobrovolníky, aby zdokonalili technologii protetiky a zároveň se snažili snížit náklady na tato nezbytná zařízení. Open Bionics je společnost, která vyvíjí open-source robotické protetické ruce. Využívá 3D tisk k výrobě zařízení a levné 3D skenery, které je přizpůsobí, s cílem snížit náklady na výrobu vlastní protetiky. Přezkumná studie na široké škále potištěných protetických rukou zjistila, že ačkoli technologie 3D tisku slibuje individualizovaný design protéz, nemusí být nutně levnější, když jsou zahrnuty všechny náklady. Stejná studie také zjistila, že stále chybí důkazy o funkčnosti, trvanlivosti a uživatelském přijetí 3D protéz.

Levná protetika pro děti

Umělé končetiny pro mladistvého, který přežil thalidomid v letech 1961–1965

V USA byl nalezen odhad 32 500 dětí (<21 let), které trpí velkou dětskou amputací, s 5 525 novými případy každý rok, z toho 3 315 vrozenými.

Carr a kol. (1998) zkoumali amputace způsobené nášlapnými minami v Afghánistánu, Bosně a Hercegovině, Kambodži a Mosambiku u dětí (<14 let), přičemž vykazovaly odhady 4,7, 0,19, 1,11 a 0,67 na 1000 dětí. Mohan (1986) indikoval v Indii celkem 424 000 amputovaných (23 500 ročně), z nichž 10,3% mělo nástup invalidity do věku 14 let, což celkem v samotné Indii činilo asi 43 700 dětí s deficitem končetin.

Bylo vytvořeno několik levných řešení speciálně pro děti. Mezi příklady levných protetických zařízení patří:

Pól a berle

Tento ruční tyč s koženým podpůrným páskem nebo platformou pro končetiny je jedním z nejjednodušších a nejlevnějších řešení. Slouží dobře jako krátkodobé řešení, ale je náchylný k rychlé tvorbě kontraktur, pokud končetina není denně natahována sérií sad rozsahů pohybu (RoM).

Bambusové, PVC nebo sádrové končetiny

Toto také poměrně jednoduché řešení obsahuje sádrovou objímku s bambusovou nebo PVC trubkou ve spodní části, volitelně připojenou k protetické noze. Toto řešení zabraňuje kontrakturám, protože koleno se pohybuje skrz jeho plnou RoM. David Werner Collection, online databáze pro pomoc zdravotně postiženým dětem z vesnice, zobrazuje manuály k výrobě těchto řešení.

Nastavitelná končetina kola

Toto řešení je postaveno na sedlovce jízdního kola vzhůru nohama, což vytváří flexibilitu a nastavitelnost (délky). Jedná se o velmi levné řešení s využitím místně dostupných materiálů.

Sathi Limb

Jedná se o endoskeletální modulární dolní končetinu z Indie, která využívá termoplastické části. Jeho hlavní předností je malá hmotnost a přizpůsobivost.

Monolimb

Monolimbs jsou nemodulární protézy, a proto vyžadují pro správné nasazení zkušenější protetiky, protože zarovnání lze po výrobě jen stěží změnit. Jejich trvanlivost je však v průměru lepší než nízkonákladová modulární řešení.

Perspektivy kulturní a sociální teorie

Řada teoretiků prozkoumala význam a důsledky protetického prodloužení těla. Elizabeth Grosz píše: „Tvorové používají nástroje, ozdoby a zařízení k posílení svých tělesných schopností. Chybí jejich tělům něco, co potřebují nahradit umělými nebo náhradními orgány? ... Nebo naopak, měly by být protézy chápány ve smyslu estetická reorganizace a šíření jako důsledek vynalézavosti, která funguje i mimo ni a možná v rozporu s pragmatickou potřebou? " Elaine Scarry tvrdí, že každý artefakt obnovuje a rozšiřuje tělo. Židle doplňují kostru, nářadí připevňuje ruce, oděv posiluje pokožku. Podle Scarryho „nábytek a domy nejsou lidským tělem ani vnitřkem, ani jídlem, které absorbuje, ani se zásadně neliší od tak sofistikovaných protetik, jako jsou umělé plíce, oči a ledviny. Konzumace vyrobených věcí obrací tělo dovnitř. out, že se otevře , aby i za kulturou objektů.“ Mark Wigley , profesor architektury, pokračuje v této linii uvažování o tom, jak architektura doplňuje naše přirozené schopnosti, a tvrdí, že „všechny protézy vytvářejí rozmazání identity“. Některé z těchto prací se opírají o Freudovu dřívější charakterizaci vztahu člověka k předmětům jako o rozšíření.

Významní uživatelé protetických zařízení

Viz také

Reference

Citace

Prameny

externí odkazy