Bionická protéza: historie stvoření, princip práce

Počínaje středověkem až do současnosti se lidstvo snaží vytvářet protézy, které by byly stejně podobné ztracené končetině, a to nejen ve vzhledu, ale také v funkčnosti. Zjednodušit život pacientům, kteří v minulosti neměli žádnou šanci na realizaci ve společnosti a zlepšování jejich blahobytu, dovoluje moderní medicínu a vědu. Rychlý vývoj technologického pokroku vám umožňuje vytvářet úžasné věci, které dělají životy pacientů volnějšími, pozitivnějšími a bohatšími.

Věda budoucnosti

V současné době se objevila nová disciplína, která kombinuje technologii a biologii. Bionika je věda, která studuje nervový systém, jeho buňky a studium receptorů. Cílem této práce je vytvořit inovativní přístroje.

Bionika je aplikovaná disciplína a dnes její vývoj probíhá poměrně rychle. Koneckonců, lidstvo vždycky chtělo mít takové schopnosti, které mu nebyly od přírody dány. Samozřejmě, živé tělo může udělat hodně. Existují však věci, které člověk prostě nemůže udělat. To například, nedostatek schopnosti mluvit s lidmi, kteří jsou z doslechu, stejně jako schopnost létat. Ale člověk se vždy snažil vyrovnat své nedokonalosti. Za tímto účelem použil řadu externích zařízení. Například telefon a letadla byly vynalezeny. Ale pokud jde o lékařskou oblast, je to čím dál těžší. Zároveň si každý z nás uvědomuje, že lékaři, v případech, kdy se něco děje s tělem pacienta, provádějí jeho "opravu", a to s využitím nejnovějších úspěchů v této oblasti.

Bionika je věda, která dokázala na první pohled spojit tyto dva spíše jednoduché koncepty. Kromě toho nám dovoluje podívat se trochu do budoucnosti. Koneckonců tam, docela možná, doktoři začnou aktivně vylepšovat své pacienty, "mění" své "nevhodné", "opotřebované" orgány a systémy. Kromě toho je velice pravděpodobné, že bionika nám umožní, aby byla vytvořena tak, že příroda nemohla vytvořit, tedy silnější a rychlejší. To je podstatou této vědy.

Neobvyklé příslušenství

Jedna z hlavních oblastí bioniky se zabývá výrobou moderních protéz a implantátů. Taková technologická zařízení jsou umístěna tam, kde dříve byla ztracená končetina.

Jméno bionické protézy pochází od slova "bionika". K vytváření svých produktů, kromě technologie a biologie, využívá tato disciplína úspěchy elektroniky a kybernetiky, fyziky a chemie, navigace atd.

Bionická protéza nebo implantát založený na osobě začíná interagovat s buňkami nervového systému. A navzdory skutečnosti, že takové přístroje jsou vyrobeny z umělých materiálů, umožňují pacientovi ovládat jejich pohyby. To je možné metodou obnovení svalů. Jeho základní princip spočívá v tom, že nervy, které byly kdysi zodpovědné za amputovanou nohu nebo rameno, jsou spojeny se zbývajícími svalovými tkáněmi na končetině. Vysílají signály do protetických elektronických snímačů.
Po odstranění končetiny je v jeho těle nervy odpovědné za motorickou aktivitu. Lékaři s pomocí komplexních chirurgických operací je spojují se zónami největších svalů. Například v případě amputace ramene z hrudníku.

Jak fungují bionické protézy? Když má člověk touhu pohnout prsty, jeho mozek vysílá signál k prsnímu svalu. Zde jsou v práci zahrnuty elektrody. Přijmou tento signál a vysílají puls přes dráty do procesoru uvnitř bionické končetiny. To umožňuje protéze provést zamýšlený pohyb.

Je zajímavé, že umělá končetina může dokonce cítit teplo, tlak a dotek. Koneckonců lékaři vytvářejí spojení živého senzorického nervu s kožní oblastí umístěnou na hrudníku. Tato metoda se nazývala cílová senzorická reinnervation. Snímače umístěné na umělé končetině vysílají signál do oblasti pokožky. Dále se tento impuls přenáší do mozkové kůry a člověk například může cítit teplo a vytáhnout jeho paži.

Dnes můžeme říci, že bionické končetinové protézy se přivádějí do života. A stále existuje problém s řízením kvality těchto zařízení.

Bionické ruce

Vytvoření takové protézy vědcům trvalo hodně času. Samozřejmě, úkol před výzkumníky nebyl snadný. Jak vytvořit tak chytré protézy, že by mohl znovu vytvořit všechny pohyby svého pána, dokonce i ty nejsilnější? Koneckonců, příroda dodala prsty lidských rukou nejcitlivějším nervovým zakončením, které zajišťují přesnost při provádění různých úkolů.

Samozřejmě, vědci dosud nedokázali opakovat přírodní možnosti lidské ruky sto procent. Existuje však několik docela zajímavých pokusů, které umožnily, aby umělá končetina byla co nejpřesněji přiblížena k přirozené končetině.

Co jsou bionické protézy? Historie tvorby těchto zařízení má stále velmi málo času. To se stává hlavním důvodem, proč jejich použití v současné době není tak masivní. První bionické protézy byly vyvinuty vědci pracujícími v Chicagském rehabilitačním institutu. Podařilo se jim vytvořit zařízení, které pacientovi umožnilo ovládat ruku a dokonce rozpoznat řadu pocitů. První bionickou ruku vyvolala Claudia Mitchellová. Tato žena, která sloužila v americkém námořnictvu v minulosti, měla v roce 2005 nehodu. Aby zachránili život pacienta, chirurgové museli podstoupit operaci, aby amputovali levou ruku. A na rameni. Na nervy byla připevněna umělá ruka, která zůstala nezměněna.
Dnes je taková bionická protéza vyráběna různými výrobci. Zvažte některé z nich.

I-LIMB protézy

Jedna ze společností vyrábějících bionické ruce je Touch Bionics. Zpočátku produkovala své výrobky pro válečné veterány. Takové protetické rameno může nejen vzít, ale také držet předměty. V tomto případě se její prsty mohou pohybovat odděleně a reprodukovat několik standardních zaznamenaných pohybů. Je zajímavé, že taková bionická protéza může komprimovat objekty s různými silnými stránkami.

Jaký je základ tohoto zařízení? Jedná se o mikroelektrické zařízení schopné číst bioelektrický potenciál přežívající části ruky. Následuje následující přenos informací na softwarovém zařízení. Zajišťuje další fungování bionické končetiny. Počítačový systém, který je vybaven umělou rukou, obsahuje určitý seznam standardních chapadel a pohybů.

Protézy Bebionic3

Toto bionické rameno je podobné těm popsaným výše. S jeho pomocí může člověk provádět čtrnáct různých pohybů a chytání, které reprodukují různé akce.

Tato myoelektrická protéza je v současné době dokončena, ale brzy se stane plnohodnotnou náhradou ztracené paže.

Bioruka, vytvořená na Chalmers Technical University

Vědci z této instituce vytvořili jedinečnou protézu. Částečně to může fungovat z myoelektriky a částečně díky impulsům přenášeným nervovým systémem postižené osoby. Elektrody jsou implantovány do ramena osoby, která čte signály přenášené mozkem. Tyto impulzy dále přicházejí do počítačového zařízení, které je přerozdělí do motorově řízených. Výsledkem je, že protetické rameno je schopno reprodukovat pohyby prsty současně i individuálně.

Dosavadní vývojáři tohoto modelu pracují na jeho zlepšení. Stanovili si úkol vytvořit takovou protézu, která by byla řízena výlučně nervovými impulsy přenášenými mozkem.

Zařízení Andrew Schwartz

Výroba protéz, vyrobená podle vývoje tohoto neurobiologa, umožnila změnit život paralyzovaných lidí. První pacientka, která podstoupila operaci instalace tohoto bioruki, byla žena, která trpěla závažným neurodegenerativním onemocněním. Toto onemocnění způsobilo, že pacient ztrácel motorickou funkci v celém těle. Do ženského mozku byly implantovány speciální elektrody, pomocí kterých byla bioruka ovládána.

V prototypu nové protézy horní končetiny jsou hmatové signály přenášeny pomocí snímačů zakotvených v špičkách umělé dlaně, zápěstí a prstů. Tato inovace umožňuje pacientovi cítit nejen umístění samotné protézy. Cítí se a předměty komprimované biorukem.

Samozřejmě, dnes můžeme říci, že tyto pocity nelze porovnávat s přirozeným přírodou, které nám dává. Navíc materiál, ze kterého je implantát vyroben, by neměl být v živém organismu déle než měsíc. Nicméně je bezpečné říci, že první kroky k vytvoření "inteligentní" protézy již byly provedeny.

Bionické nohy

Na první pohled se zdá, že vytvoření umělé dolní končetiny nové generace je snadnější úkol ve srovnání s tím, co vědci čelili při vytváření "inteligentní" ruky.

Dosud se však výzkumníci nedokázali výrazně přiblížit řešení. Vytváření protéz, které mohou nahradit dolní končetiny, samozřejmě probíhá už několik let. Navíc výzkumníci již představili řadu nejúspěšnějších modelů.

Testy bionických nohou

Vědci z univerzity Vanderbilt tvrdě pracují na vytvoření motorů pro koleno a nohu. Prvním pacientem, který zažil schopnosti této umělé končetiny, je dvaadvacetiletý kluk Crain Hatto. Ztratil nohu v boji s žralokem. Při analýze videa o chůzi mladého muže je bezpečné shrnout, že jeřáb se pohybuje dobře na různých površích. Chůze jen málo a nezávisle může cestovat až 14 km. Taková protéza dokáže reagovat i na nejmenší změny během pohybu člověka.

Dalším úspěšným vývojem, kterého zažili vědci z univerzity Vanderbilt, stejně jako výzkumníci z rehabilitačního centra na univerzitě v Chicagu, je umělá noha instalovaná Zackem Wouterem. S využitím technických možností této protézy se tento pacient nezávisle vyšplhal na 103. patro mrakodrapu.

Princip fungování tohoto modelu spočívá v tom, že protéza je řízena signály vyslanými mozkem. V tomto případě je zařízení připojeno k nervovým zakončením, které se nachází ve zbývající části končetiny.

Bionoga tibion

Vedle výše uvedeného vývoje existují i ​​jiné stejně hodné modely umělých dolních končetin. Jedním z nich je Bionoga Tibion. Konstrukce této protézy, výzkumníci co nejblíže těm parametrům, které mají kostru přirozené nohy. Tento vývoj je určen pro starší pacienty, kteří mají imobilizované dolní končetiny, například po mrtvici.

Požadavky na bioprotézy

Aby umělé končetiny byly dostatečně účinné v jejich funkčnosti, musí splňovat následující požadavky:

- mají základnu lehkého a trvanlivého materiálu (obvykle titanových slitin), což je zvláště důležité při protetické přípravě dolních končetin;

- mít spolehlivou elektroniku, která umožní přesné přenášení impulzů ze svalů zbývající oblasti;

- mít autonomní napájení, které zajistí dlouhou dobu provoz mikromotoru a procesoru;

- mají části odolné proti opotřebení, které napodobují koleno nebo kolenní kloub;

- být co nejblíže anatomické podobnosti s amputovanou končetinou.

Instalace umělých končetin v Rusku

Kde se v naší zemi dá bionická protéza? Rusko je země, kde se tato zařízení nevyrábějí. Ti, kteří mají problémy a stávají se zdravotně postiženými, budou pomáhat v rehabilitačním a ortopedickém centru, které se nachází v Moskvě. Za posledních deset let pracují odborníci této instituce na protetiky dolních končetin. V centru jsou vyráběny moderní modulární protézy s využitím špičkových technologií německé společnosti Otto Bock a islandské společnosti Ossur. Tyto umělé končetiny zahrnují moderní bioprotézy, které jsou vybaveny mikroprocesorem.

Jsou schopni poskytnout nejpřírodnější chůzi. Tyto protézy používají následující moduly:

1. Rheo Knee. Jedná se o samočinný kolenní modul. Je tak "inteligentní", že se neustále a nepřetržitě přizpůsobuje pacientovi i jeho okolí. Tento modul využívá nejmodernější technologie ve formě senzorů zatížení, které provádějí měření s frekvencí 1000 krát za sekundu.

2. Proprio Foot. Toto je první zastávka na světě s umělou inteligencí. Podává se pacientům, kteří podstoupili operaci k odstranění nohy. Modul dokonce automaticky ohýbá kotník. To znamená, že ve své funkčnosti je v blízkosti zdravé nohy.

3. Symbionická noha. To je zcela bionická noha. Pro jeho provoz se používá kombinovaný napájecí zdroj, stejně jako ovládání z jednoho mikroprocesoru nohy a adaptivního kloubu kolena.

Bionic je velmi účinný pro osoby se zdravotním postižením. protézy nohou Cena za to v RTC spolu s instalací je v rozmezí od 1 do 3 milionů rublů.

Samozřejmě, že bionické protézy jsou běžným lidem nepřístupné. Nicméně, to je snadno vysvětlit jejich sofistikované zařízení a skvělou funkčnost. Například bionická protetická noha, cena, která je samozřejmě velmi vysoká, umožňuje nejen chodit normálně, stoupat a sestupovat po schodech, ale také hrát sporty, aniž byste popřel aktivní život.

Jaké další orgány lze nahradit elektronikou?

Pod bionickými protézy rozumět a kochleární implantáty které jsou implantovány do orgánů sluchu. Jedná se o speciální zařízení představující systém, ve kterém jsou umístěny mikrofon, zvukový procesor a vysílač audio signálu. Poslední z těchto částí je fixována buď na kůži nebo pod vlasy. Přijímač, který je integrálním prvkem této protézy, je implantován do podkožní tkáně pacienta a elektrody jsou vloženy do sluchové kochly.

Od roku 1950 vedou vědci pokusy, jejichž cílem je vytvořit umělé srdce. První operace k implantaci takovéto protézy byla provedena v roce 1982.

Nejúžasnější vynález je považován za umělé oko. Jedná se o složité zařízení, které může částečně nahradit orgán zraku. Začíná pracovat po instalaci antény do oční bulvy. Obraz padá na speciální brýle, které jsou vybaveny fotoaparátem a jsou připojeny k počítači, který zpracovává obraz.