Искусственная конечность

<час />

Фон

Искусственные руки и ноги или протезы предназначены для восстановления нормальной функции людей с ампутированными конечностями. Механические устройства, которые позволяют инвалидам снова ходить или продолжать пользоваться двумя руками, вероятно, использовались с древних времен, наиболее примечательным из которых является простая нога-колышек. Однако хирургическая процедура ампутации не была успешной примерно до 600 до н.э. Оружейники средневековья создали первые сложные протезы, используя прочное, тяжелое, негибкое железо для изготовления конечностей, которыми человек с ампутированной конечностью едва мог управлять. Даже с шарнирными суставами, изобретенными Амбруазом Паре в 1500-х годах, человек с ампутированной конечностью не мог сгибаться по своему желанию. Искусственные руки того времени были довольно красивой и сложной имитацией настоящих рук, но не были исключительно функциональными. Верхние конечности, разработанные Петером Балиффом из Берлина в 1812 году для людей с ампутированными конечностями ниже локтя и Ван Пеетерсеном в 1844 году для людей с ампутированными конечностями выше локтя, были функциональными, но все же далеко не идеальными.

В девятнадцатом веке произошло много изменений, большинство из которых были инициированы самими инвалидами. Дж. Э. Хэнгер, студент инженерного факультета, потерял ногу во время гражданской войны. Впоследствии он сконструировал себе протез ноги и в 1861 году основал компанию по производству протезов ног. Компания J. E. Hanger существует и по сей день. Другой человек с ампутированной конечностью по имени А. А. Винкли разработал для себя устройство с разъемной головкой ниже колена и с помощью Лоуэлла Джепсона основал компанию Winkley в 1888 году. Они продавали ноги во время Национального воссоединения ветеранов гражданской войны, тем самым основав свою компанию.

Другой человек с ампутированной конечностью по имени Д. В. Дорранс изобрел терминальное устройство, которое использовалось вместо руки в 1909 году. Дорранс, потерявший правую руку в результате несчастного случая, был недоволен доступными в то время протезами рук. До его изобретения они состояли из кожаной розетки и тяжелого стального каркаса и имели либо тяжелую косметическую руку в перчатке, либо элементарную механическую руку, либо пассивный крючок, неспособный к схватыванию. Дорранс изобрел разрезной крючок, который прикреплялся к противоположному плечу и мог открываться ремнем через спину и закрываться резиновыми лентами. Его оконечное устройство (крюк) до сих пор считается большим достижением для людей с ампутированными конечностями, поскольку оно в некоторой степени восстановило их способность к схватыванию. Модифицированные крючки все еще используются сегодня, хотя они могут быть скрыты реалистичной кожей.

Двадцатый век стал свидетелем величайших достижений в области протезирования конечностей. Такие материалы, как современный пластик, позволили создать протезы, которые стали более прочными и легкими, чем конечности из железа и дерева, сделанные ранее. Новые пластики, улучшенные пигменты и более сложные процедуры позволяют создать довольно реалистичную кожу.

Самым захватывающим событием двадцатого века стало создание миоэлектрических протезов конечностей. Миоэлектричество предполагает использование электрических сигналов от мышц руки пациента для движения конечности. Исследования начались в конце 1940-х годов в Западной Германии, а к концу шестидесятых миоэлектрические устройства стали доступны для взрослых. В последнее десятилетие детям также устанавливали миоэлектрические конечности.

В последние годы компьютеры стали использоваться для помощи инвалидам с протезами конечностей. Восемьдесят пять процентов частных протезных центров используют CAD / CAM для проектирования моделей. После изготовления штукатурки культи инвалида вокруг этой слепки в вакууме формируется лист термопласта. тестовая розетка. При вакуумном формовании пластиковый лист нагревают, а затем помещают в вакуумную камеру с затвором (или пресс-формой). По мере того, как воздух всасывается из камеры, пластик прилипает к отливке и принимает ее форму. После тестирования постоянная розетка каким-то образом формируется. руки или ноги пациента, которые можно использовать для изготовления формы, из которой можно придать форму новой конечности. Также доступны измерения и подгонка с лазерным наведением.

Сырье

Типичное протезное устройство состоит из специально подобранного гнезда, внутренней конструкции (также называемой пилоном), коленных манжет и ремней, прикрепляющих его к телу, протезных носков, смягчающих зону контакта, и, в некоторых случаях, реалистично выглядящих. кожа. Производство протезов конечностей в настоящее время претерпевает изменения на многих уровнях, некоторые из которых касаются выбора материалов.

Протез в первую очередь должен быть легким; следовательно, большая часть его сделана из пластика. Розетка обычно изготавливается из полипропилена. Легкие металлы, такие как титан и алюминий, заменили большую часть стали в пилоне. Чаще всего используются сплавы этих материалов. Новейшим достижением в производстве протезов стало использование углеродного волокна для создания легкого пилона.

Некоторые части конечностей (например, ступни) традиционно изготавливались из дерева (например, клена, липы гикори, ивы, тополя и липы) и резины. Даже сегодня ступни сделаны из пенополиуретана с деревянным внутренним килем. Другими обычно используемыми материалами являются пластмассы, такие как полиэтилен, полипропилен, акрил и полиуретан. Носки для протезов изготавливаются из разных мягких, но прочных тканей. Раньше носки изготавливались из шерсти, как и некоторые современные, которые также могут быть сделаны из хлопка или различных синтетических материалов.

Физический внешний вид протеза важен для человека с ампутированной конечностью. Большинство эндоскелетных протезов (пилонов) покрыто мягким пенополиуретановым покрытием, которое было разработано, чтобы соответствовать форме здоровой конечности пациента. Это поролоновое покрытие затем покрывается носком или искусственной кожей, окрашенной в цвет кожи пациента.

Производственный
процесс

Протезы конечностей не производятся серийно для продажи в магазинах. Как и при приобретении зубных протезов или очков, протезы конечностей сначала назначает врач, обычно после консультации с инвалидом, протезистом и физиотерапевтом. Затем пациент обращается к протезисту для наложения конечности. Хотя некоторые детали - например, гнездо - изготавливаются по индивидуальному заказу, многие детали (ступни, пилоны) изготавливаются на заводе, отправляются протезисту и собираются на его базе в соответствии с потребностями пациента. На некоторых предприятиях конечности изготавливаются на заказ от начала до конца.

Измерение и литье

• 1 При изготовлении протезов важны точность и внимание к деталям, потому что цель состоит в том, чтобы конечность была максимально удобной и полезной, как и естественная. Перед тем, как приступить к изготовлению конечности, протезист осматривает человека с ампутированной конечностью и снимает слепок или цифровое считывание остаточной конечности.
• 2 Затем протезист измеряет длину соответствующих сегментов тела и определяет расположение костей и сухожилий в оставшейся части конечности. Затем, используя оттиск и размеры, протезист делает гипсовую слепку культи. Чаще всего это делают из гипса, потому что он быстро сохнет и оставляет детальный слепок. По гипсовой повязке создается точная копия культи.

Изготовление сокета

• 3 Затем лист прозрачного термопласта нагревают в большой печи и затем формуют под вакуумом вокруг положительной формы. В этом процессе нагретый лист просто кладется поверх формы в вакуумной камере. При необходимости лист снова нагревают. Затем воздух между листом и формой всасывается из камеры, сжимая лист вокруг формы и заставляя его принимать точную форму формы. Этот термопластический лист теперь является испытательной муфтой; он прозрачен, поэтому протезист может проверить его посадку.
• 4 Перед тем, как изготовить постоянную лунку, протезист работает с пациентом, чтобы убедиться, что тестовая розетка подходит правильно. В случае отсутствия ноги пациент ходит с тестовой головкой, а протезист изучает походку. Пациента также просят объяснить, как ощущается припадок; комфорт на первом месте. Затем тестовое гнездо настраивается в соответствии с вводом пациента и повторяется. Поскольку материал, из которого изготовлено испытательное гнездо, является термопластическим, его можно повторно нагреть, чтобы внести незначительные изменения в форму. Пациенту также можно надеть более толстые носки для более удобной посадки.
• 5 Затем формируется постоянная розетка. Поскольку он обычно изготавливается из полипропилена, его можно формовать в вакууме над формой таким же образом, как и испытательный патрубок. Культя обычно сокращается после операции и стабилизируется примерно через год. Таким образом, гнездо обычно заменяется тогда, а затем, когда анатомические изменения требуют изменения.

Изготовление протеза

• 6 Есть много способов изготовления частей протеза конечности. Пластмассовые детали, в том числе детали из мягкого вспененного материала, используемые в качестве подкладки или набивки, изготавливаются обычными методами формования пластмассы. К ним относятся вакуумное формование (см. № 3 выше), литье под давлением - вытеснение расплавленного пластика в форму и охлаждение - и экструзия, при которой пластик протягивается через формованную головку. Пилоны из титана или алюминия могут быть отлиты под давлением; в этом процессе жидкий металл выдавливается в стальную матрицу соответствующей формы. Деревянные детали можно строгать, пилить и сверлить. Различные компоненты собираются вместе различными способами, с использованием болтов, клея и ламината, и это лишь некоторые из них.
• 7 Вся конечность собирается техником протезиста с помощью таких инструментов, как динамометрический ключ и отвертка, чтобы закрепить болтами Типичный протез, в данном случае протез выше колена. Покрытие из поролона покрыто искусственной кожей, заостренной в соответствии с естественным цветом кожи пациента. протез вместе. После этого протезист снова подгоняет постоянную муфту к пациенту, на этот раз с прикрепленной конечностью, изготовленной по индивидуальному заказу. Затем производятся окончательные настройки.

Физическая терапия

После установки протеза пациенту необходимо освоиться с устройством и научиться пользоваться им, чтобы справляться с проблемами повседневной жизни. В то же время они должны изучить специальные упражнения, укрепляющие мышцы, используемые для перемещения протеза. Когда пациенту надели миоэлектрическое устройство, иногда верно, что мышцы слишком слабы, чтобы эффективно сигнализировать устройству, поэтому снова тренируются мышцы, чтобы укрепить их. Некоторых новых людей с ампутированными конечностями учат мыть устройства, в том числе носки, ежедневно, а также практиковаться в их надевании и снятии.

Пациенту, на котором установлена ​​искусственная рука, необходимо научиться использовать руку и ее фиксирующее устройство, а также руку. Если человек с ампутированной ампутацией потерял руку в результате несчастного случая, и впоследствии ему было установлено миоэлектрическое устройство, это относительно легко. Если потеря конечности врожденная, сделать это сложно. Система инструкций была разработана, чтобы научить людей с ампутированными конечностями выполнять множество небольших задач, используя только одну руку.

Некоторым пациентам, которым протезировали ногу, также проводят физиотерапию. Обычно новому инвалиду требуется 18-20 недель, чтобы снова научиться ходить. Пациенты также узнают, как ложиться и вставать с постели, а также как садиться в машину и выходить из нее. Они учатся подниматься и спускаться с холма, а также как безопасно падать и вставать.

Контроль качества

В США нет стандартов на протезы конечностей. Некоторые производители выступают за создание стандартов Европейской международной организации по стандартизации, особенно потому, что экспортеры протезов из США в Европу в любом случае должны соблюдать их. Другие считают эти правила запутанными и нереалистичными; они предпочли бы, чтобы Соединенные Штаты производили свои собственные, более разумные стандарты.

Отсутствие стандартов не означает, что производители протезов конечностей не придумали способов тестирования своей продукции. Некоторые тесты оценивают прочность и срок службы устройства. Например, испытание на прочность статическими нагрузками. Нагрузка прикладывается в течение 30 секунд, удерживается в течение 20 секунд, затем снимается в течение 30 секунд. Конечность не должна деформироваться от теста. Для проверки на отказ, к конечности прикладывают нагрузку до тех пор, пока она не сломается, тем самым определяя пределы прочности. Циклические нагрузки определяют срок службы устройства. Нагрузка прикладывается два миллиона раз при одной нагрузке в секунду, что имитирует пять лет использования. Обычно считается, что экспериментальные протезы конечностей осуществимы, если они выдержат 250 000 циклов.

Будущее

Многие эксперты с оптимизмом смотрят на будущее протезов; по крайней мере, большинство согласны с тем, что есть большие возможности для улучшения. Протез конечности - сложное устройство, но предпочтительно простое по конструкции. Идеальное протезное устройство должно быть легким в использовании пациентом, требовать минимального ремонта или замены, быть удобным, легко сниматься и надеваться, быть прочным, но легким, легко регулироваться, выглядеть естественно и легко чиститься. . Исследования направлены на создание этого, по общему признанию, утопического протезного устройства, и в последние годы были достигнуты успехи.

Углеродное волокно - прочный и легкий материал, который сейчас используется в качестве основы эндоскелетных частей (пилонов). В прошлом его использовали в основном для усиления протезов экзоскелета, но некоторые эксперты утверждают, что углеродное волокно является лучшим материалом, который в конечном итоге заменит металлы в пилонах.

Один исследователь разработал программное обеспечение, которое накладывает сетку на компьютерную томографию культи, чтобы указать величину давления, которое мягкие ткани могут выдержать с минимальной болью. Просматривая компьютерную модель, протезист может спроектировать гнездо, которое минимизирует количество смещаемых мягких тканей.

Также в разработке находится экспериментальная чувствительная к давлению стопа. Датчики давления, расположенные в стопах, посылают сигналы на электроды, установленные в культе. Затем нервы могут принимать и интерпретировать сигналы соответствующим образом. Люди с ампутированными конечностями могут нормально ходить на новом устройстве, потому что они могут чувствовать землю и соответствующим образом корректировать свою походку.

Еще одним революционным достижением в области протезирования ног является внедрение протеза выше колена со встроенным компьютером, который можно запрограммировать в соответствии с походкой пациента, что делает ходьбу более автоматической и естественной.