Bionische prothese: apparaat, installatie, bedrijfsprincipe. Bionische ledemaatprothesen

Wanneer een persoon een ledemaat verloor, is zijn belangrijkste droom om zijn hand of been weer te voelen. En niet alleen om te voelen, maar om alle bewegingen voor letsel of ziekte door de ledemaat te doen: neem een kopje, kant op schoenen, ga met steun aan beide benen. Terugkeren van de verloren kansen zorgt voor een bionische prothese, of een complex apparaat dat zenuwimpulsen vastlegt.

Hoe lijken de "slimme" prothese?

Het prototype van "levende" protesen is uitgevonden en beschreven door science fiction schrijvers. In hun werken kwamen mechanische assistenten die beter werken dan levende organen om verloren handen, voeten, ogen en harten in hun werk te vervangen. Het beroemdste voorbeeld - de Terminator van Cameron, die uit een mannelijke uitstraling nam.

Weinigen weten dat het prototype van de moderne prothese dateert uit de 19e eeuw, toen een metalen bal in het houten been werd geplaatst om het onderste deel beweegbaar te maken. Maar in de 20ste eeuw vervangen deze primitieve apparaten de bionische prothese die is gecreëerd bij de kruising van diverse wetenschappen: geneeskunde, techniek, bionics en elektronica.

Wetenschappers van verschillende landen betwisten de prioriteit in deze zaak, maar de feiten zijn dat in 2010 de eerste actuele benenprothese op de orthopedische tentoonstelling in de Duitse stad Leipzig werd gepresenteerd. In de paar jaar die sinds dit evenement zijn verstreken, zijn er in de wereld een groot aantal protesen van borstels, handen, voeten, voeten en zelfs hondenpoten ontwikkeld.

Wat is bionics?

Dit is een hele wetenschap die de levende natuur bestudeert en de mogelijkheid om de principes van het werk van levende wezens in industriële analoges over te dragen. Ingenieurs kijken naar ideeën uit de natuur en leggen ze in hun apparaten en structuren. In deze zin zijn bionische prothese slechts een druppel in de oceaan. Dus, bekend aan alle Velcro-bevestigingsmiddelen, kopieer gewoon de bewegingswijze van zaaddistel. Suikers worden uit leeches geleend. Bij de bouw van duikboten namen ze een model van een erdworm - alle "compartimenten" zijn autonoom. Het ongelooflijk geharde metaalopening van de Ostankino en Eiffeltorens is een veelvoudig vergroot exemplaar van een man's buisvormige bot. Het interlacing van metaal dat iedereen zoveel bewondert is een kopie van de structuur van botweefsel die kracht en flexibiliteit combineert.

Zelfs een huis met meerdere verdiepingen waarin zulke verschillende gezinnen tegelijkertijd leven, worden afgeschreven van bijenhoningjes. Het idee van het leven van verschillende mensen in 'cellen' onder één dak met gemeenschappelijke communicatie kopieert de levenswijze van een bijenfamilie.

Bionische incarnaties zijn in veel onderwerpen om ons heen: autobanden, vliegtuigen, bewakingscamera's, watercraft en de meest voorkomende gewrichten.

Hoe werkt de eenvoudigste bionische prothese?

Na een letsel of tijdens een ziekte wordt het ledemaat geamputeerd. De overige stomp bestaat uit een verscheidenheid aan weefsels: huid, spieren, botten, vaten en zenuwen. De chirurg tijdens de operatie verwijdert de resterende motorische zenuw naar de overige hoofdspier. Nadat de wond is genezen, kan de zenuw een motorsignaal doorgeven. Dit signaal wordt waargenomen door een sensor op de prothese. In het proces van waarneming van de zenuwimpuls neemt een complex computerprogramma deel.

Daarom kan de bionische prothese alleen de acties uitvoeren die in dit programma voorgeschreven zijn: neem een lepel, vork of bal, druk op een toets en dergelijke. In vergelijking met het gebrek aan een ledemaat is de mogelijkheid van zelfs een beperkt aantal bewegingen een enorme vooruitgang. Echter, zelfs de beste en perfecte bionische protesen kunnen nog niet alle kleine en nauwkeurige bewegingen uitvoeren waaraan een levende ledemaat in staat is.

Hoe is de zenuwimpuls van de hersenen naar de prothese?

Om te begrijpen hoe bionische prothese werken, moet je de normale fysiologie van een persoon herinneren.

De bewegingen die we vaak tijdens de dag maken, worden automatische bewegingen genoemd. Opwekken, toilet gaan, wassen, tanden poetsen, dressing - dit alles veroorzaakt ons geen gedachten. Het lichaam doet alles wat nodig is, op zichzelf. Maar in feite is het begin van elke beweging een gedachte. Dat is aan het begin dat we denken: je moet je tanden poetsen, koffie wassen, je aankleden. De hersenen sturen signalen naar die spieren die betrokken zijn bij deze beweging. De spier kan alleen op het signaal van de hersenen contract of ontspannen. Maar het proces passeert zo snel en vlot dat we geen tijd hebben om te realiseren wat er gebeurt. In het geval van een prothese wordt het steeds moeilijker: eerst wordt het bewegingssignaal gelezen door de elektrode die zich naast de zenuw bevindt die aan de spier is verwijderd en vervolgens naar de processor binnen de prothese gestuurd. Dit proces is ook vrij snel, maar de snelheid van de actie is nog steeds ondergeschikt aan een levende ledemaat.

Kunstmatige menselijke "reserveonderdelen"

Sinds de eerste bionische prothese werd ingevoerd, is de wetenschap verre vooruit gegaan. Als de eerste modellen lastig waren, de nodige schakelingen nodig hadden en alleen de eenvoudigste bewegingen kunnen uitvoeren, dan zijn moderne patronen moeilijk protesen te noemen. Dit zijn elegante engineering producten, alsof ze afkomstig zijn van het scherm van futuristische films.

De prothese is absoluut gelijk aan een gezonde arm, zij kunnen schrijven, houd bestek, een auto stuurwiel of een kippenei. Voor de perfectie van bewegingen gebruiken soms eigen stoffen van de persoon van andere lichaamsdelen - bijvoorbeeld van benen of voeten.

Ideeën uit de toekomst

Ingenieurs en wetenschappers in hun fantasieën zijn onweerstaanbaar. Zo kunnen wetenschappers zelfs het beschadigde netvlies van het oog "omzeilen", waardoor het beeld van de omgeving rechtstreeks naar de optische zenuw wordt uitgezonden. Een persoon die verblind is door trauma, met het behoud van de optische zenuw, kan rekenen op het zien van inheemse gezichten opnieuw of een mooie dageraad.

Er zijn al apparaten die de hersenfunctie verbeteren. Dus, met een beving verlamming of de ziekte van Parkinson, kun je de geïmplanteerde elektrode omgaan.

Mensen die onbeweeglijk worden door verlamming worden geïmplanteerde elektroden direct in de hersenen, zodat ze kunstmatige armen en benen kunnen controleren. Voor een persoon die volledig afhankelijk is van anderen, is de mogelijkheid van zelfbediening een onuitsprekelijke vreugde.

Het probleem van implantaten onder de huid van chips, die tegelijkertijd toetsen, een bankkaart en een identiteitskaart kunnen vervangen, wordt besproken.

En hoe zit het met ons?

Het beroemdste bedrijf dat bionische prothesen in Rusland produceert, is het Prosthetische en Rehabilitatiecentrum van Moskou. Hier worden prostheses samengesteld uit modules, producten uit Duitsland, IJsland en Rusland worden gebruikt.

Prothese van elke persoon heeft individuele kenmerken. Dit is het niveau van amputatie, gewicht en hoogte en beroep, de eigenschappen van gang en kleine bewegingen, leeftijd. Veel zelfstudie modules worden gebruikt. Niet alleen past de persoon zich aan de prothese, maar ook de prothese aan de persoon. De zelfstudende module, uitgerust met ingebouwde kunstmatige intelligentie, herinnert zich aan de gang- en routekenmerken. De module "leert" niet alleen de breedte van de stap en de belasting op het ledemaat, maar onthoudt ook het aantal en de hoogte van de trappen, potten en putten op de weg. Modules kopiëren de acties van de hersenen die een stap of andere beweging voorbereiden.

Hoeveel kost een "live" prothese?

De kosten van bionische prothetica zijn nog steeds hoog en kunnen in moeilijke gevallen miljoenen roebels bereiken. Een terugkeer naar een volledig leven is echter moeilijk te beoordelen in termen van materiële termen. In feite is de installatie van bionische protesen de enige manier om een gehandicapte terug te keren naar het normale leven: plannen te bouwen en uit te voeren, de familie te ondersteunen en loopbaanhoogten te zoeken.

Het belangrijkste is om terug te keren naar de gemeenschap van gezonde, zelfstandige mensen. Mensen met "levende" prothesen blijven een gebruikelijke manier van leven leiden, dansen en zelfs sportprijzen ontvangen. Dat wil zeggen dat de prothese een deel van een persoon wordt, zodat het moeilijk is om de acties van levende spieren uit hun bionische analogen te onderscheiden.

Prosthetica: ontwikkelingsstadia

In vergelijking met de gebruikelijke bionische prothese borstel - een echte doorbraak. Meer recentelijk kan een persoon die een borstel heeft verloren, slechts twee mogelijkheden kiezen: er is een velflap gevormd tussen de elleboog en de straal om de persoon in staat te stellen grote voorwerpen te grijpen, of een haak was aan de cultus gehecht. Beide waren ongemakkelijk en een beetje esthetisch. Vandaag begint zelfs de vorming van een stomp voor een toekomstige prothese in de operatiekamer. Vanaf de eerste dagen van de postoperatieve periode werkt de prosthetist samen met het slachtoffer, waardoor de beste combinatie van details wordt gekozen. De cultus wordt gevormd en getraind, en de delen van de toekomstige prothese zijn optimaal aangepast aan de resterende mogelijkheden. De huid komt in contact met een zachte siliconen manchet met ingebouwde chips. Er is geen verlies van moderne prothesen. Het programma voor elk product wordt individueel ontwikkeld, afhankelijk van wat een persoon doet. De taak is de maximale restauratie van de functie.

Hulp voor gehandicapten

Een persoon die een ledemaat heeft verloren, slaat falen in medische en sociale expertise. Gelijktijdig met de oprichting van een invaliditeitsgroep wordt voor iedereen een social rehabilitatieprogramma ontwikkeld. Rehabilitatie houdt in dat er voor het eerst gebruik wordt gemaakt van technische middelen die het terugbrengen van een persoon naar het werk vergemakkelijken. Alle bionische ledematen zijn opgenomen in de verplichte lijst van dergelijke technische middelen. De persoon heeft de keuze: in het kader van het revalidatieprogramma, ontvang het eindproduct of koop het zelf met daaropvolgende ontvangst van monetaire compensatie. Het bedrag van de vergoeding wordt berekend tegen de gemiddelde kosten van soortgelijke prothetische producten.

Waar werken de ontwikkelaars aan?

Moderne bionische protesen van de handen voeren perfecte delicate bewegingen uit, maar de persoon ontvangt niet van hen de gevoelens waaraan hij gewend is. Zo kan een prothese het haar van een persoon raken, maar men kan de warmte van de hoofdhuid niet voelen en de zachtheid van het haar. Nu elimineren wetenschappers deze tekortkoming. Specialisten hebben al geleerd hoe botten met titanium moeten worden gesmolten en de sensoren van bewegingen en gevoelens rechtstreeks aansluiten op de levende zenuw. Zo vervangt de bionische hand de levende, volledig en krijgt de persoon tactiele sensaties die jarenlang beroofd zijn. De directe verbinding van zenuwen en spieren met de technische aanpassing verhoogt de snelheid van de beweging sterk, waardoor het dichterbij komt bij de natuurlijke.

Welke onderdelen bestaat uit het bionische been?

De moderne bionische beenprothese bevat een aantal verplichte elementen, zoals:

• Siliconen manchet met ingebouwde sensoren;
• Ondersteuning - titaniumstaaf, gevormd als een scheen;
• Een scharnierende module met een microdriver en een processor;
• Een kunstmatige intelligentie-eenheid die alle inkomende signalen verwerkt.

De nieuwste modellen van prothesen van toonaangevende Duitse bedrijven hebben een speciale coating, zeer vergelijkbaar met de huid. Synthetisch leer heeft een tweeledig doel: het beschermt de delen van de gebit van vocht en voert een cosmetische functie uit. De prothese met een bedekking kan niet verwijderd worden, een douche nemen en op plaspaden lopen.

Een beetje verbeelding

Vandaag leven meerdere mensen op dezelfde planeet als wij, die tegelijkertijd 2 of zelfs 3 bionische prothese hebben. Uitgevonden synthetisch leer, de stijfheid veranderen. Uitgevonden exoskeletonen, die verlamde mensen helpen lopen. Ontwikkelde producten, gedreven door de kracht van de gedachte. Experimenten worden uitgevoerd op zenuwgroei in microkanalen. Theoretisch is de dag niet ver weg wanneer het mogelijk is om een zenuw van de vereiste lengte te laten groeien. Wetenschappers proberen de lijn tussen levende natuur en een technisch apparaat uit te wissen. Het aantal bewegingen van bionische protesen neemt steeds toe, en hun complexiteit neemt ook toe.

Dit alles geeft grote hoop dat een persoon sterker wordt dan een ziekte.

Prosthetica van de ledematen worden routineprocedure, die een persoon terugzetten naar de gebruikelijke cursus. Misschien komt de dag wanneer een deel van het menselijk lichaam kan worden vervangen door een kunstmatige. In ieder geval wil ik er echt van geloven.