Bionična proteza: zgodovina ustvarjanja, načelo dela

Od srednjega veka do danes človeštvo poskuša ustvariti proteze, ki bi bile podobne izgubljenemu delu, ne samo po videzu, ampak tudi po funkcionalnosti. Da bi olajšali življenje bolnih, ki v starih časih niso imeli nobene možnosti za uresničitev v družbi in izboljšali njihovo dobro počutje, omogoča sodobna medicina in znanost. Hiter razvoj tehnološkega napredka vam omogoča ustvarjanje neverjetnih stvari, ki življenja pacientov naredijo bolj svobodne, pozitivne in bogate.

Znanost o prihodnosti

Trenutno se je pojavila nova disciplina, ki združuje tehnologijo in biologijo. Bionika je znanost, ki preučuje živčni sistem, njegove celice in študije receptorjev. Namen tega dela je ustvariti inovativne naprave.

Bionika je uporabna disciplina in danes se njen razvoj dogaja dokaj hitro. Konec koncev je človeštvo vedno poskušalo imeti takšne sposobnosti, ki mu jih narava ni dala. Seveda lahko živo telo veliko dela. Vendar pa obstajajo stvari, ki jih oseba preprosto ne more storiti. To je na primer pomanjkanje zmožnosti pogovora z ljudmi, ki so izven dosega, kot tudi sposobnost letenja. Toda človek je vedno poskušal nadomestiti svoje pomanjkljivosti. Za to je uporabil različne zunanje naprave. Na primer, izumili so telefon in letala. Toda kar zadeva medicinsko področje, je to vse težje. Hkrati vsak izmed nas razume, da zdravniki, v primerih, ko se nekaj zgodi s pacientovim telesom, izvedejo njegovo »popravilo« z uporabo najnovejših dosežkov na tem področju.

Bionika je znanost, ki je lahko združila ta dva, na prvi pogled, dokaj preproste koncepte. Poleg tega nam omogoča, da malo pogledamo v prihodnost. Konec koncev bodo zdravniki tam verjetno začeli aktivno izboljševati svoje paciente, »spreminjati« svoje »neprimerne«, »obrabljene« organe in sisteme. Poleg tega je zelo verjetno, da nam bodo bioniki omogočili, da se naredimo tako, da narava ne more ustvariti, to je močnejše in hitrejše. To je bistvo te znanosti.

Nenavadne naprave

Eno glavnih področij bionike se ukvarja s proizvodnjo sodobnih protez in vsadkov. Takšne tehnološke naprave so postavljene tam, kjer je bilo prej izgubljeno okončino.

Ime bionične proteze je prejel od besede "bionika". Za ustvarjanje svojih izdelkov, poleg tehnologije in biologije, ta disciplina uporablja dosežke elektronike in kibernetike, fizike in kemije, navigacije itd.

Bionična proteza ali implantat, ki je bil vzpostavljen za osebo, začne medsebojno delovati s celicami živčnega sistema. In kljub dejstvu, da so takšne naprave izdelane iz umetnih materialov, omogočajo bolniku nadzor nad njihovim gibanjem. To je omogočeno z metodo renervacije mišic. Njegovo osnovno načelo je v tem, da so živci, ki so bili nekoč odgovorni za amputirano nogo ali roko, povezani z ostalimi mišičnimi tkivi na okončini. Prenašajo signale na protetične elektronske senzorje.
Ko oseba odstrani okončino, so v njegovem telesu živci odgovorni za motorično aktivnost. Zdravniki s pomočjo kompleksnih kirurških posegov jih povežejo z območji največjih mišic. Na primer, v primeru amputirane roke, iz prsnega koša.

Kako delujejo bionične proteze? Ko ima oseba željo premakniti prste, njegovi možgani pošljejo signal prsni mišici. Tukaj so vključene elektrode. Ta signal prejmejo in pošljejo impulz skozi žice do procesorja znotraj bioničnega kraka. To omogoča, da proteza izvede predvideno gibanje.

Zanimivo je, da lahko umetni ude celo čutijo toplino, pritisk in dotik. Konec koncev, zdravniki ustvarjajo povezavo živega čutnega živca s kožnim predelom na prsih. Ta metoda se je imenovala ciljna senzorična reinervacija. Senzorji, ki se nahajajo na umetnem okončini, pošiljajo signal v območje kože. Nadalje se ta impulz prenese v možgansko skorjo in oseba, na primer, lahko zazna toploto in dvigne roko.

Danes lahko rečemo, da se bionske proteze vpletajo v življenje. In še vedno je problem nadzora kakovosti takšnih naprav.

Bionične roke

Ustvarjanje takšne proteze so znanstveniki vzeli veliko časa. Seveda naloga raziskovalcev ni bila lahka. Kako ustvariti tako pametno protezo, da bi lahko ustvaril vsa gibanja svojega gospodarja, tudi najbolj občutljivega? Navsezadnje je narava dala roke človeških rok najbolj občutljivim živčnim končičem, ki zagotavljajo natančnost pri opravljanju različnih nalog.

Seveda do danes znanstveniki še niso uspeli ponoviti naravnih možnosti človeške roke sto odstotkov. Vendar pa obstaja več zelo zanimivih poskusov, ki so omogočili, da se umetni ud prileže čim bolj naravnemu.

Kaj so bionične proteze? Zgodovina ustvarjanja teh naprav ima še vedno zelo malo časa. To postane glavni razlog, da njihova uporaba v tem trenutku ni tako velika. Prve bionične proteze so razvili znanstveniki, ki so delali na Inštitutu za rehabilitacijo v Chicagu. Uspelo jim je ustvariti napravo, ki je bolniku omogočala nadzor nad roko in celo prepoznavanje številnih občutkov. Prvo bionično roko je postavila Claudia Mitchell. Ta ženska, ki je v preteklosti služila v ameriški mornarici, je imela leta 2005 nesrečo. Da bi rešili bolnikovo življenje, so morali kirurgi opraviti operacijo amputacije njene leve roke. In na rami. Na živce je bila pritrjena umetna roka, ki je ostala nespremenjena.
Danes takšno bionično protezo izdelujejo različni proizvajalci. Razmislite o nekaterih izmed njih.

Proteze I-LIMB

Ena od podjetij, ki proizvajajo bionične roke, je Touch Bionics. Sprva je izdelovala svoje izdelke za vojne veterane. Takšna protetična roka ne more samo vzeti, ampak tudi držati predmete. V tem primeru se njeni prsti lahko ločeno premikajo in reproducirajo več standardnih posnetih premikov. Zanimivo je, da lahko taka bionična proteza stisne predmete z različno močjo.

Kaj je osnova te naprave? To je mikroelektrična naprava, ki lahko bere bioelektrični potencial preživelega dela roke. Naslednja sledi prenos informacij na napravi programske opreme. Zagotavlja nadaljnje delovanje bionične okončine. Računalniški sistem, ki je opremljen z umetno roko, vsebuje določen seznam standardnih prijemal in gibov.

Proteze Bebionic3

Ta bionična roka je podobna zgoraj opisani. S svojo pomočjo lahko oseba izvede štirinajst različnih gibov in zagrabi, reproducira različne akcije.

Ta mio-električna proteza se trenutno zaključuje, vendar lahko kmalu postane polnopravna zamenjava za izgubljeno roko.

Bioruka, ustanovljena na Tehnični univerzi Chalmers

Znanstveniki iz te ustanove so ustvarili edinstveno protezo. Delno lahko deluje iz mioelektric, delno pa zaradi impulzov, ki jih prenaša živčni sistem invalidne osebe. Elektrode se vsadijo v roko osebe, ki berejo signale, ki jih prenašajo možgani. Poleg tega ti impulzi pridejo v računalniško napravo, ki jih bo prerazporedila v motorno nadzorovane. Protetična roka lahko tako reproducira gibanje s prsti hkrati in individualno.

Do danes so ustvarjalci tega modela delali na njegovem izboljšanju. Določili so si nalogo, da oblikujejo takšno protezo, ki bi jo nadzorovali izključno živčni impulzi, ki jih prenašajo možgani.

Naprava Andrew Schwartz

Izdelava protez, izdelanih po razvoju tega nevrobiologa, je omogočila spremembo življenja paraliziranih ljudi. Prva bolnica, ki je opravila operacijo za namestitev biorukije, je bila ženska, ki je imela hudo nevrodegenerativno bolezen. Ta bolezen je povzročila, da je pacient izgubil motorično funkcijo po vsem telesu. V možgane ženske so implantirali posebne elektrode, s katerimi smo nadzorovali bioruko.

V prototipu nove proteze zgornjega uda se prenašajo taktilni signali s senzorji, ki so vstavljeni v konice umetne dlani, zapestja in prstov. Ta inovacija omogoča pacientu, da ne čuti le lege proteze. Čuti in predmete, ki jih stisne bioruk.

Seveda, danes lahko rečemo, da teh občutkov ni mogoče primerjati z naravnimi, ki nam jih daje narava. Poleg tega material, iz katerega je izdelan vsadek, ne sme biti v živem organizmu več kot mesec dni. Kljub temu je varno reči, da so bili prvi koraki za ustvarjanje "pametne" proteze že narejeni.

Bionične noge

Na prvi pogled se zdi, da je ustvarjanje umetnega spodnjega dela nove generacije lažja naloga kot tista, s katero so se znanstveniki srečali pri ustvarjanju »pametne« roke.

Vendar se doslej raziskovalcem ni uspelo bistveno približati njegovi rešitvi. Izdelava protez, ki lahko nadomestijo spodnje okončine, seveda poteka že več let. Poleg tega so raziskovalci že predstavili številne najuspešnejše modele.

Bionic Foot Tests

Znanstveniki na Univerzi Vanderbilt si prizadevajo ustvariti motorje za kolena in stopala. Prvi bolnik, ki je doživel sposobnost tega umetnega uda, je tridesetletni fant Crain Hatto. Izgubil je nogo v boju z morskim psom. Če analiziramo videoposnetek o gibanju mladeniča, lahko varno sklepamo, da se žerjav premika dobro na različnih površinah. Le malo šepa in samostojno lahko potuje na razdalji do 14 km. Takšna proteza se lahko odzove tudi na najmanjše spremembe med gibanjem osebe.

Še en uspešen razvoj, ki so ga doživeli znanstveniki iz univerze Vanderbilt, kot tudi raziskovalci iz rehabilitacijskega centra Univerze v Chicagu, je umetna noga, ki jo je namestil Zack Wouter. S pomočjo tehničnih zmožnosti te proteze se je ta bolnik samostojno povzpel na 103. nadstropje nebotičnika.

Načelo delovanja tega modela je v tem, da je proteza pod nadzorom signalov, ki jih pošljejo možgani. V tem primeru je naprava povezana z živčnimi končiči, ki so prisotni v preostalem delu okončine.

Bionoga tibion

Poleg zgoraj omenjenih dogodkov obstajajo tudi drugi enako vredni modeli umetnih spodnjih okončin. Ena od njih je Bionoga Tibion. Konstrukcija te proteze, raziskovalci čim bližje tistim parametrom, ki ima okostje naravne noge. Ta razvoj je namenjen starejšim bolnikom, ki imajo imobilizirane spodnje okončine, na primer po kapi.

Zahteve za bioprostete

Da bi bili umetni udi dovolj učinkoviti v svoji funkcionalnosti, morajo izpolnjevati naslednje zahteve:

- imajo osnovo iz lahkega in trajnega materiala (običajno titanove zlitine), kar je še posebej pomembno pri protetiki spodnjih okončin;

- imeti zanesljivo elektroniko, ki bo omogočala natančnost prenosa impulzov iz mišic preostalega območja;

- imajo avtonomno napajanje, ki bo dolgo zagotovilo delovanje mikromotorja in procesorja;

- imajo dele, odporne na obrabo, ki posnemajo kolenski ali komolčni sklep;

- biti čim bliže v svoji anatomski podobnosti z amputirano okončino.

Namestitev umetnih udov v Rusiji

Kje v naši državi lahko postavimo bionsko protezo? Rusija je država, kjer se takšne naprave ne proizvajajo. Vendar pa bodo tisti, ki so v težavah in postali invalidi, deležni pomoči v centru za rehabilitacijo in ortopedijo, ki se nahaja v Moskvi. V zadnjih desetih letih so strokovnjaki te ustanove delali na protetiki na spodnjih udih. Sodobne modularne proteze v Centru izdelujejo z uporabo visokotehnološkega razvoja nemškega podjetja Otto Bock in islandske družbe Ossur. Ti umetni udi vključujejo sodobne bioprosteze, ki so opremljeni z mikroprocesorjem.

So sposobni zagotoviti najbolj naraven hod. Te proteze uporabljajo naslednje module:

1. Rheo Knee. To je modul za kolena za samoučenje. Tako je »inteligenten«, da se nenehno in nenehno prilagaja bolniku in okolju. Ta modul uporablja najsodobnejše tehnologije v obliki senzorjev obremenitve, ki merijo pri frekvenci 1000 krat v sekundi.

2. Proprio stopalo. To je prva postaja na svetu z umetno inteligenco. Zdravilo se daje bolnikom, ki so opravili operacijo odstranitve noge. Modul tudi samodejno upogne gleženj. To pomeni, da je v svoji funkcionalnosti blizu zdravega stopala.

3. Simbionska noga. To je popolnoma bionska noga. Za svoje delo se uporablja kombinirana prehrana ter upravljanje stopala in adaptivnega sklepa kolena iz enega mikroprocesorja.

Bionic je zelo učinkovit za invalide. proteza za noge Cena za to v RTC skupaj z instalacijo je v razponu od 1 do 3 milijone rubljev.

Seveda so bionične proteze nedostopne za navadne ljudi. Vendar pa je to zlahka mogoče razložiti s prefinjeno napravo in veliko funkcionalnostjo. Na primer, bionska protetična noga, katere cena je seveda zelo visoka, omogoča ne le normalno hoje, vzpenjanja in spuščanja po stopnicah, temveč tudi športne aktivnosti brez uživanja v aktivnem življenju.

Katere druge organe lahko nadomesti elektronika?

Pod bionske proteze razumeti in polžni vsadki ki se vsadi v organe sluha. To so posebne naprave, ki predstavljajo sistem, v katerem so mikrofon, zvočni procesor in tudi oddajnik avdio signala. Zadnji od teh delov je pritrjen na kožo ali pod lase. Sprejemnik, ki je sestavni del te proteze, se vsadi v pacientovo podkožno tkivo in elektrode se vstavijo v slušni polž.

Od leta 1950 so znanstveniki izvedli poskuse, katerih namen je ustvariti umetno srce. Prva operacija vgradnje takšne proteze je bila izvedena leta 1982.

Najbolj neverjeten izum velja za umetno oko. To je kompleksna naprava, ki lahko delno nadomesti organ vida. Po namestitvi antene v zrcalo začne delovati. Slika pade na posebna očala, ki so opremljena s kamero in so povezana z računalnikom, ki obdeluje sliko.