для чего нужен протез руки
Бионические руки: история, будущее и реальность
Потеря любой конечности или любого органа для человека — это большая проблема. В некоторых случаях с ней приходится мириться, но иногда современные средства протезирования способны сделать из человека «с ограниченными возможностями» человека с «дополненными возможностями», как выражаются представители некоторых компаний этой отрасли.
В этой статье мы поговорим о протезировании рук. Здесь мы не затронем тему зубов, глаз, ушей, лица, внутренних органов человека и даже ног. И начнём со Средневековья, когда одним из самых эффективных способов борьбы с инфекциями была ампутация. Тему продолжат устройства викторианской эпохи и современные бионические протезы, а в конце мы обсудим будущее этого направления.
Стальные руки рыцарей
Этот протез руки, выполненный из стали, датируется XVI веком. В нём есть сдвоенные пальцы и большой палец, которые могут принимать определённые позиции. Управление происходило с помощью кнопки на тыльной части ладони. Это устройство — один из трёх протезов шевалье Götz von Berlichingen. Приспособление позволяло брать в руки предметы и, возможно, даже писать пером.
Внутри этой железной руки, изготовленной в XVII веке, был механизм, который позволял сгибанием оставшейся руки управлять сжатием кулака. Это был, видимо, прообраз современных тяговых протезов.
Этот деревянный протез предположительно был сделан в 1800 году.
Ещё один деревянный протез предположительно управлялся с помощью тросика. Искусственная рука представлена в Смитсоновском музее.
Источник: invention.smithsonian.org
Менее богатые люди могли использовать крюки-протезы, подобные этому приспособлению начала XIX века. Когда я взялся за эту статью, я был уверен, что только такие протезы и были до XX века.
Локоть, запястье и пальцы этого протеза, сделанного между 1850 и 1910 годами, могут двигаться. Вероятно, на эту железную руку надевали перчатку. Хотя устройство выглядит очень интересно.
В 2013 году на Хабрахабре заминусовали пост о чудо-протезе из Голландии. Пост содержал скан из Журнала Министерства народного просвещения № 7 от 1837 года, где описывалась «механическая рука нового устройства, которая может совершенно заменить потерю этих драгоценных членов». Две такие руки, которыми можно махать, шевелить пальцами и брать предметы, дали двум военнослужащим. Судя по предыдущим примерам протезов, которые хранятся в различных музеях и описаны историками и учёными, данная статья всё-таки могла не быть уткой, как думали пользователи.
На фотографии ниже — ветеран Гражданской войны в США 1861-1865 годов.
В ладони этой женской искусственной руки XIX века видны отверстия, которые, возможно, использовали для закрепления крюка или других приспособлений, упрощающих жизнь.
Источник: collectmedicalantiques.com
XX век
Протез на фотографии ниже был сделан для 16-летней девочки, потерявшей руку ниже локтя. Протез сделан из дерева, кожи и ткани. Нужно отметить, что здесь думали и о внешнем виде приспособления, и о его функциональности: запястье вращается, пальцы меняют положение, а в ладонь добавлен крюк — чтобы можно было, например, носить сумку. Протез представлен в Музее науки в Лондоне.
Так выглядели протезы XIX и XX века. Представлены в Музее науки.
На этой фотографии немецкий солдат работает в мастерской, используя протез левой руки. Фотография содержится в Национальном музее Первой Мировой Войны в Канзасе.
Это швейцарский протез. В лучших традициях — с разными сменными насадками.
Этот протез представлен в Музее науки в Лондоне. Он сделан для 17-летнего парня в 1959 году.
Источник: sciencemuseum.org.uk
Одними из первых получателей протезов были военнослужащие. В этом случае производитель протезов из Бруклина на рекламном плакате сообщил, что горд работой с вооружёнными силами США.
Как можно заметить, протезы этого типа за несколько десятков лет не особенно изменились.
Современные бионические протезы
Давайте разберёмся сперва, что такое «бионические протезы». Бионика — это прикладная наука, объединяющая в себе биологию и технику. Живая природа помогает учёным находить решения для технических устройств. Различают биологическую бионику, которая изучает процессы в биологических системах, теоретическую, которая строит математические модели этих процессов и техническую. Нам сейчас важна техническая бионика: она применяет модели теоретической бионики для решения инженерных задач, как и в случае с протезами.
Ранее специалисты подразумевали под «бионическими» протезами такие устройства, которые похожи на часть тела, которую они замещают. С точки зрения современных понятий эти протезы — те, которые управляются электроникой и биотоками, то есть используют миографию или энцефалограмму.
Британская компания RSLSteeper, имеющая на данный момент около 90 лет опыта в протезировании, вывела бионический протез кисти руки BeBionic на международный рынок в 2010 году. На тот момент искусственная рука для взрослого имела только четыре функциональных захвата, но уже позволяла есть, пить, печатать, поворачивать ключ в замке, использовать банкомат и держать маленькие предметы. Пользователь с помощью устройства может разбивать яйца и держать в руке одноразовый стаканчик — потому что даже сила нажатия регулируется командами, снимаемыми датчиками с мышц.
Отсутствие массового спроса и низкая конкуренция — основная причина, по которой бионические протезы очень дорого стоят. В 2013 году протез ладони стоил до ста тысяч долларов.
Как удешевить протез? Нужно сделать дешевле его производство. В 2013 году успешно завершилась краудфандинговая кампания на IndieGoGo по созданию открытого и доступного протеза ладони, большую часть деталей для которого можно распечатать на 3D-принтере. Устройство имеет независимые приводы для каждого пальца, тактильную обратную связь и считывает сигналы через кожу для управления. В ладони устройства находятся электроприводы и управляющая плата на Arduino.
Ещё один проект, Limbitless Solutions, который делает недорогие протезы, в 2015 году устроил встречу Роберта Дауни младшего и семилетнего мальчика Алекса, чтобы подарить ребёнку бионический протез в форме руки костюма его любимого героя.
И что очень важно — благодаря печати на 3D-принтере себестоимость этого протеза составила всего 350 долларов. Сам проект делает эти протезы в основном для детей, семьи которых не могут себе позволить потратить 30-100 тысяч долларов на бионическую руку.
В 2014 году в госпитале Университета Джона Хопкинса разработали протез обеих рук и испытали его на человеке, который потерял обе руки от плеча и ниже. Для управления протезом система считывала сигналы с грудных мышц.
Один из самых серьёзных игроков рынка протезирования рук в мире — компания Bebionic. Часто в СМИ говорят о том, что именно эта компания сделала первый бионический протез. В этом видео — демонстрация возможностей миоэлектрического протеза BeBionic 3 от Найджела Экленда, известного в России и мире киборга.
В июне 2016 года первая британка получила кисть Bebionic Small — реалистичный протез, который благодаря небольшому размеру подходит женщинам и подросткам. 29-летняя Ники Эшвелл (Nicky Ashwell) из Лондона родилась без правой руки и всю жизнь использовала косметический протез, который не имел никакого функционала. Судя по фотографиям, Ники решила не надевать перчатку, имитирующую человеческую кожу.
Протез Bebionic Small весит 390 граммов, способен держать до 45 килограммов и имеет 14 захватов.
В мае 2016 года 26-летний Джеймс Янг получил протез, сделанный похожим на руку Солида Снейка — героя серии игр Metal Gear Solid. Джеймс потерял левую руку, повредил левую ногу и получил другие повреждения, когда попал под поезд, и после больницы получил стандартные протезы, которые сам описал как «уродливые». Сейчас он «обкатывает» очередной прототип искусственной руки.
Фото: dailymail.co.uk
Metal Gear Solid 5
Как видно из примеров выше, современные бионические протезы имеют достаточный для различных бытовых действий функционал. Но есть ещё кое-что, над чем работают учёные: над чувствительностью протезов. Для руки человека важно понимать, как сильно что-то сжать, что именно можно брать в руку, что нельзя. Так и с искусственной кистью — её сильно улучшит возможность чувствовать.
В 2013 году команда из Cleveland Veterans Affairs Medical Center и Case Western Reserve University разработала протез, сенсоры которого напрямую подключены к нервным окончаниям оставшейся части конечности. В этом случае импульсы с датчиков не отличаются от импульсов, которые передаёт собственная рука. Первый доброволец, который испытал на себе устройство, рассказал, что стал чувствовать «пальцами», ладонью и тыльной частью ладони. На видео ниже доброволец пытается оторвать веточку от вишни — сначала с выключенной функцией чувствительности искусственной руки, затем — с включенной. Во втором случае он лучше справляется с этой задачей.
DARPA в середине 2013 года также представила протез с обратной связью в рамках программы RE-NET (Reliable Neural-Interface Technology). Агентство собиралось работать по данному проекту до 2016 года.
В 2015 году 28-летний парализованный пациент с помощью протеза, подключенного к мозгу, стал осязать различные предметы, включая прикосновения к каждому пальцу. Это было сделано в рамках другой программы — Revolutionizing Prosthetics.
В 2014 году Dennis Aabo Sørensen, потерявший руку из-за неосторожного обращения с пиротехническими «игрушками», вызывался добровольцем для испытаний протеза с обратной связью. Электроды протеза подключили к нервной системе человека. Сила сигнала просчитывается компьютером, и Деннис стал ощущать размер, форму и текстуру объекта.
Бионические протезы в России
На российском рынке фактически нет игроков, которые ввели в коммерческое использование бионические протезы рук. Разработку ведёт стартап «Моторика», известный внедрением в федеральную программу обеспечения инвалидов техническими средствами реабилитации тяговых протезов для детей — благодаря этой компании дети получают тяговые протезы за счёт государства. В этом видео — испытания четвёртого прототипа искусственной кисти Stradivary, которую команда планирует начать производить и устанавливать в России в октябре-ноябре 2016 года.
Протез Stradivary — миоэлектрический. Для его установки не требуется хирургическое вмешательство. Поверхностные миодатчики встраиваются в приёмную гильзу, касаются определённых мест на коже в районе мышц, улавливают потенциал при сокращении мышцы и передают сигнал на раскрытие или закрытие кисти.
Основная проблема, с которой встречаются при установке этого вида протезов, это слабо развитые мышцы предплечья. Чтобы избежать этой проблемы, «Моторика» и делает тяговые механические протезы детям — такие протезы не только помогают выполнять различные функции руки, но и служат тренажёром.
По мнению Ильи Чеха, основателя «Моторики», сейчас есть два направления развития бионических протезов.
Первое — это очувствление, то есть обратная связь, позволяющая владельцу протеза получать информацию о качествах объекта, к которому он прикасается устройством.
Второе — вживление всех элементов, включая каркас и датчик. Одна из проблем с протезом Джеймса Янг, получившего руку, похожую на руку из Metal Gear Solid, это необходимость снимать такой протез для сна или принятия душа. В будущем протезы будут скорее напоминать руку главного героя фильма «Я, робот», сыгранного Уиллом Смитом. Не в плане соответствия собственной конечности, а в плане отсутствия необходимости дополнительного ухода.
Сейчас в мире очень популярно недорогое печатное направление в протезировании. К этому привели доступность и распространение 3D-принтеров. Существуют различные проекты, помогающие бесплатно получить тяговые протезы, и схемы, с помощью которых можно доработать и распечатать миоэлектрический протез руки. Илья Чех считает это направление временным: оно будет популярно предстоящие 10-12 лет, пока будут развиваться и масштабироваться вживляемые технологии. 3D-печать сейчас предлагает более низкую стоимость, но существенно проигрывает в качестве. И лучшее качество по сравнению с традиционными технологиями оно скорее всего не даст никогда. Всегда будет дешевле и качественнее отрезать на лазере из листового металла, чем печатать полимерами с помощью принтера. По крайней мере так будет, если мыслить в существующей парадигме развития печати, и не фантазировать на предмет молекулярного построения объектов. Печать создана для максимального сокращения сроков и стоимости прототипирования и R&D.
Каким вы видите будущее протезирования руки человека? Какие способы установки и управления кажутся вам наиболее востребованными через 20-30 лет?
Рук больше, чем ног: какими бывают современные протезы и кто производит их в России и в мире
Журналист, автор RB.RU
Каждую минуту в мире кому-то ампутируют ногу или руку. Но далеко не все пациенты впоследствии становятся киборгами: так и в шутку, и всерьез сегодня называют людей с протезами вместо конечностей.
Rusbase разобрался, какими бывают современные протезы, кто их производит, сколько они стоят и во что превратятся в будущем.
Какие бывают протезы
Современные технологии протезирования позволяют воссоздать отсутствующие конечности как целиком, так и частично. Коленные шарниры, искусственные пальцы, локтевой сустав, бедро, плечо — это неполный перечень протезов, доступных на российском рынке. Человечество научилось делать межпозвоночные диски и даже глазные протезы, которые частично восстанавливают утраченное зрение.
Конечно, чаще всего рядовой человек сталкивается с зубным протезированием: именно эти технологии получили самое широкое распространение. Однако сегодня мы остановимся на даже более важных протезах — для рук и ног.
Все виды протезов можно условно разделить на две группы:
Материалы современных протезов
Обычно протезы состоят из культеприемной гильзы и каркаса, поверх которого может быть натянута оболочка. «Гильза — один из наиболее важных индивидуальных модулей протеза, она соединяет усеченную конечность с механическими частями и воспринимает основные статические и динамические нагрузки в системе “человек-протез”», — отмечает Владимир Нелюб, директор МИЦ «Композиты России» МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Комплектующие и материалы для разных видов протезов тоже нужны разные.
«Использование углепластика в протезах открывает массу возможностей как для техников, создающих их, так и для людей, которые будут их использовать в повседневной жизни. Такие протезы более надежны, долговечны, а главное, намного удобнее для пациентов. Они обеспечивают ту же силу отталкивания от земли, что человеческие мышцы и сухожилия.
Протезы из углепластика легкие и могут быть выполнены в различных вариациях, например, с пружинами из углеродного волокна, с длинными композитными дугами. Специальные датчики могут измерять мощность, положение стопы, регулировать угол ее наклона, жесткость протеза и уровень амортизации», — отмечает Владимир Нелюб.
Для изготовления гильз, которые плотно соприкасаются с культей, используются термопластик, силикон, литьевые смолы, полимеры, в некоторых случаях дерево. Тип крепления и материал гильзы выбирается индивидуально, зависит от высоты ампутации, состояния мягких тканей, наличия шрамов, рубцов, пересадки кожи. При среднестатистической культе можно использовать любой тип крепления, рассказывает Степан Головин, первый заместитель генерального директора ортопедического центра «Ортокосмос». Но тонкостей довольно много.
«Если человек часто сидит в машине или летает в самолете, должно быть такое крепление, которое можно незаметно для окружающих отстегнуть и пристегнуть обратно при любой форме одежды. Сидеть в протезе в согнутом положении несколько часов очень сложно».
«Важно уточнить, что по требованиям РФ материалы для протеза должны выдерживать 3 года эксплуатации у взрослого человека, то есть сейчас металлические части в производстве незаменимы», — подчеркивает Наталья Иванюк, генеральный директор «Бионик Натали». Компания производит бионические протезы на базе нейронной сети Bi-oN.
Производители используют различные технологии производства, балансируя между себестоимостью, надежностью протеза и его конечной массой.
«В качестве конструкционных материалов используются металлы для несущих и нагруженных деталей, а также пластики для всех остальных. В последние годы набирает популярность использование аддитивных технологий как при изготовлении нескольких отдельных узлов (преобладает сплавление металлических порошков), так и при изготовлении основной номенклатуры деталей (тут уже чаще используется селективное лазерное спекание пластика)», — объясняет Павел Лавриков, технический директор «Клайбер Бионикс». Компания производит бионические протезы рук, в том числе Kleiber Solo.
Фото: Kleiber bionics
История протезов: от египтян до киборгов
Все знают истории про пиратов с деревянными ногами-подпорками ниже колена. Казалось бы, вот он — первый протез в истории человечеств. На самом деле протезы появились значительно раньше: их носили еще пять тысяч лет назад в Древнем Египте. Протезы крепились к телу кожаными ремнями и были выполнены из дерева. Известны минимум две находки: искусственная правая рука и большой палец правой ноги.
Долгое время протезы никак не восполняли утраченные человеком функции, они только имитировали ампутированную конечность, выполняли декоративную задачу.
Первый бионический протез ноги появился в Исландии. Его разработали специалисты компании Ossur. Автором первой бионической руки, доступной широкой общественности, стала компания Touch Bionics (Великобритания). Ее потом, кстати, купили исландцы.
Считается, что отечественную бионическую руку на российский рынок впервые выпустила в 2017 году компания «Моторика». «Это не совсем так, — уточняет ее основатель Илья Чех. — Раньше нас бионические протезы начала делать и продавать компания “Галатея”, но сейчас не видно, чтобы их продукт как-то развивался». Первые эксперименты по созданию прототипов бионических рук в СССР велись еще в 1950-ые годы.
Впрочем, первую бионическую руку в современном понимании этого термина создали только в 1993 году. Ее носил шотландец Джон Кэмпбэлл. Протез создали пять инженеров из Великобритании, он состоял из двигателей, шестеренок, микрочипов и схем, мог поворачиваться в запястье, сгибаться в локте и вращаться в плече. Секрет управления этой рукой крылся, как ни странно, в кепке, которую носил Джон. Расположенные в ней микродатчики регистрировали импульсы мозга и посылали их в искусственную конечность.
Протезы Motorica, фото с сайта компании
Современные технологии протезирования
Известными производителями бионических протезов в мире сейчас являются Ossur (Исландия), Ottobock (Германия), Vincent Systems (Германия), Taska (Новая Зеландия), Steeper (Великобритания). На российском рынке основные игроки — MaxBionic, «Орто-Космос», «Сколиолоджик», «Моторика». Степан Головин, первый заместитель генерального директора компании «Ортокосмос», добавляет в этот ряд компанию Metiz и уточняет, что на мировом рынке, по большому счету, есть только два основных конкурента: Ossur и Ottobock.
«Больше всего сильных игроков в Европе (OpenBionics, Hy5, Glaze Prosthetics) и Северной Америке, там преобладают местные производства утилитарных протезов для спорта и крюков»., — говорит Илья Чех, основатель компании Motorica.
Местные производители часто покупают комплектующие за рубежом, дорабатывают их на месте, собирая протез под конкретного заказчика. Интересно, что на российском рынке производителей протезов для рук больше, чем производителей протезов для ног. Эксперты объясняют это высокой себестоимостью производства и тестирования.
Антон Круглов, руководитель отдела протезирования верхних конечностей и новейших разработок протезно-ортопедического центра «Сколиолоджик»
«Новые игроки на российском рынке будут постоянно появляться. Они будут считать, что могут сделать в 10 раз дешевле и при этом так же хорошо. Но я пока им не верю. Самый важный фактор, который мешает развитию этого рынка, — это уровень компетенции и образованности. Для того, чтобы шел рост именно в этой отрасли, не хватает специализированного обучения по направлению протезирования конечностей. У нас сейчас есть медицинское образование без технической составляющей и техническое образование без медицинской составляющей. В лучшем случае врач и техник объединяются в команду и идут к общей цели».
Когда ставить протез и сколько к нему привыкать
Золотым окном первичного протезирования считаются первые 60 дней после ампутации. Задержка сильно влияет на конечный результат: пациент теряет двигательный стереотип, а культя — чувствительность. Впрочем, результат зависит и от того, как много усилий он приложил к тому, чтобы научиться пользоваться протезом.
При ампутации голени и бедра обучение ходьбе в среднем занимает 2-4 недели. «Фаза переживания своей ампутации тоже очень сильно влияет на то, как человек приспосабливается к новой реальности в своем новом теле. Например, к протезу пальца человек привыкнет за 10 минут, а к протезу на вычленение в тазобедренном суставе в сочетании с протезом голени может привыкать годами. И так и не привыкнуть, выбрав инвалидную коляску», — говорит Антон Круглов.
«В среднем на создание протеза уходит 2 недели, но его можно сделать и за три дня, и за несколько недель, и за несколько месяцев. Все зависит от сложности протеза, культи, состояния пациента и наличия комплектующих», — рассказывает Степан Головин, первый заместитель генерального директора компании «Ортокосмос». Пока изготавливается функциональный протез руки, пациент часто ходит с косметическим.
Если говорить про массовое протезирование, человек из России может получить то, что получают среднестатистические пациенты во всем мире в развитых странах, рассказывает Круглов. Пожалуй, Россия отстает только в доле высокотехнологичных изделий. Их у нас меньше, чем, например, в США. Но качество сопоставимо с качеством аналогов из Европы и США, потому что полуфабрикаты для всех одинаковые.
«Например, Ossur продает свои высокотехнологичные модули нижних конечностей как в США, так и в Европу, и в РФ. Ottobock свои микропроцессорные коленки поставляет как для РФ, так и для Израиля. Поэтому протезы будут примерно одинаковыми», — добавляет Антон Круглов.
Несмотря на бюрократические сложности, протезы можно получить бесплатно от государства. Для этого инвалид должен оформить ИПР (индивидуальную программу реабилитации). Получить можно рабочие, бытовые и плавательные протезы, а вот оформить продвинутые спортивные, например, вряд ли удастся.
Степан Головин, первый заместитель генерального директора компании «Ортокосмос»
«Государством определены сроки пользования протезами. Для протезов ног это два года, влагостойкие протезы ног для купания выдаются на три. Для рук — тоже два-три года в зависимости от типа протеза. Но сами протезы могут служить намного дольше, все зависит от уровня активности человека. У нас, например, есть люди, кто ходит с протезами по пять и семь лет. Три года — вообще легко. Они делают ремонт расходников, например, меняют внешнюю косметическую оболочку или внутренний силиконовый чехол, и используют протез дальше».
Обычно производитель дает два года гарантии на комплектующие, после за ремонт и замену деталей уже надо платить. Или делать новый протез.
Рук больше, чем ног
Между тем, производителей искусственных ног в мире значительно меньше, чем рук. В России та же ситуация. Из отечественных компаний на слуху одна — Metiz. Она разрабатывает метизы для протезов ног, работает в коллаборации с Оssur, производит свои коленные модули и стопы.
«Почему большинство выбирает разработку рук? Потому что это круто, модно, на этом можно классно пиариться. Уровень ответственности в протезировании ног гораздо выше: при плохом колене или стопе пациент просто упадет, здесь жизненно необходима настоящая апробация. Производители это понимают, боятся, не хотят заниматься: нужен совсем другой уровень испытаний, — говорит Антон Круглов. — Ярких заявлений много: «А я сейчас вместо кисти за 5 млн рублей разработаю такую же кисть за 500 тысяч!»
Есть российская компания по протезированию рук, которая на рынке позиционирует себя как производитель самых доступных протезов, но их полуфабрикат стоит дороже, чем немецкий. При этом с немецким полуфабрикатом в течение пяти лет никаких проблем нет, а кисти этой компании медленнее, шумнее, не держат заряд. Так что пока в России с новыми разработками большие сложности».
Протезы рук принято классифицировать по уровню ампутации: кисти, запястья, предплечья, вычленение локтевого или плечевого сустава.
Передовые модели можно настраивать под себя, используя мобильное приложение. На такой «диалог» с хозяином способны, например, руки i-Limb. Они же умеют менять доступные в программе хваты с помощью жестов: хочешь взять трубочку для сока? Сделай нужный жест, и рука включит нужный хват. Но даже самые продвинутые бионические руки не могут восполнить все микродвижения и хваты, на которые способна «живая» рука.
Хорошо известные на рынке протезы рук — это I-limb Quantum от Ossur, Taska hand и рука Michelangelo от Ottobock.
Антон Круглов, руководитель отдела протезирования верхних конечностей и новейших разработок протезно-ортопедического центра «Сколиолоджик»
«Протезирование массовое и научно-исследовательское — две разные категории. Если говорить об исследовательской части, то, пожалуй, самый классный протез руки, самый технологичный, функциональный – это LUKE arm (рука Люка в честь «Звёздных войн»), делает его компания Mobius Bionics. Она относится к американскому военному агентству DEKA.
Это агентство ведет много разработок в плане бионических протезов. Они сделали верхнюю конечность, у которой есть все степени электрической подвижности, то есть рука актива в плечевом суставе, в локтевом, в лучезапястном, есть многофункциональная кисть. Все это управляется датчиками-джойстиками на стопах. Монтируются датчики на обувь. Это самое классное, что я видел из протезов рук. Но массово такие протезы не производят».
Протезы ног
Современное протезирование ног позволяет поставить протез стопы, части ноги ниже или выше колена, всю ногу – по бедро или вместе с ним. У каждого из них свои особенности, те же стопы, например, бывают шарнирные и бесшарнирные, с гидравлической системой управления щиколоткой и без.
Самые известные зарубежные производители протезов для ног: Ossur, Ottobock, College park, Fillauer и Freedom innovation. В компании «Орто-Космос» отмечают, что на российском рынке можно найти Ossur, Ottobock, комплектующие Freedom innovation и Nabtesco.
При выборе протеза ноги учитывается вес, рост, возраст, уровень активности и физических нагрузок пациента, наличие и отсутствие осложнений и патологий. Чтобы научиться управлять искусственной ногой, можно пойти в школу ходьбы на протезе, в России такая есть, например, у компании Ottobock. Подобные занятия помогают достичь уверенности в движениях и привыкнуть к новой походке.
Долгое время довольно распространенной проблемой у тех, кто ходил на искусственных ногах, была необходимость делать микродвижение бедром вверх при каждом новом шаге, чтобы не цеплять носком протеза дорогу. Разработчики смогли исправить это и, например, научили Symbionic Leg (производство Ossur) вовремя поднимать носок. Сейчас умные протезы даже умеют считывать характер грунта, по которому идет человек, и угол поверхности, чтобы максимально адаптировать все движения.
Бионические протезы
«Купить бионические протезы несложно, их тоже можно получить за счет государства. Сложностей в использовании практически никаких, главное — желание пользоваться. Если говорить про сложности обслуживания, это логистика и наличие подменных рук и ног», — говорит Тимур Сайфутдинов, сооснователь MaxBionic. Узнать, кто делает киборгов в России и сколько средств нужно, чтобы зайти на этот рынок, можно здесь.
В зависимости от типа протезов, аккумуляторы для подзаряда либо снимаются и заряжаются отдельно, либо не снимаются, в этом случае нужно отсоединить протез и зарядить его вместе с рукой или ногой. В среднем на зарядку аккумуляторов надо потратить пять часов, заряда хватает минимум на один день, максимум – на три. Это зависит от того, как часто человек пользуется протезом и как давно он выпущен. В среднем бионический протез ломается раз в полгода-год.
Бионические протезы сильно облегчают жизнь человеку. Но, по некоторым данным, могут служить источником новых проблем со здоровьем – «Популярная механика» пишет, что у 70% инвалидов с протезами врачи наблюдают осложнения в позвоночнике и суставах, потому что протез нарушает осанку и положение тела при ходьбе.
Цена протезов
«Цена протеза складывается из себестоимости материалов, научных разработок, сборки и производства механической и электронной части, обслуживания, а также маржи. И, конечно, на цену влияет уровень ампутации. — говорит Наталья Иванюк, генеральный директор «Бионик Натали». — Наш протез для кисти на российском рынке стоит 600 тысяч рублей».
По словам Павла Лаврикова, технического директора «Клайбер Бионикс», самым дорогим протезом руки является многосхватный VincentEvolution от Vincent Systems, его конечная стоимость достигает 6 млн рублей. Популярная у ампутантов кисть «Микеланджело» производства Ottobock обойдется примерно в 2,5-3 млн рублей.
«Цены на протезы ног на российском рынке начинаются от 130 тысяч рублей и могут достигать 6 млн рублей, «руки» еще дороже: до 10 млн рублей за электронный локоть и кисть», — говорит Степан Головин, первый заместитель генерального директора компании «Ортокосмос».
На конечную цену протеза влияет стоимость работ протезно-ортопедического предприятия: консультации, исследование электрической мышечной активности культи, изготовление пробных культеприемных гильз, настройка электродов.
«Протез — это индивидуальное модульное изделие, так что его стоимость зависит от характера травмы и пожеланий пользователя, — уточняет Илья Чех, основатель «Моторики». — У нас цена бионического протеза руки с одним видом схвата начинается от 390 тысяч рублей. А стоимость многофункциональной бионики — от миллиона».
Как технологии улучшают качество жизни
В наши дни протез — не просто замена какого-то органа, а уникальный девайс, который дополняет тело человека, расширяя его функционал. Например, рука BeBionic умеет вращать кисть на 360 градусов. А технология, которой занимается Токийский университет, позволяет добавлять к телу дополнительные конечности и передавать управление ими другому человеку.
Протезы позволяют инвалидам быстро социализироваться и чувствовать себя полноценными членами общества. Патрик Кейн, который лишился ноги и руки еще в детстве, рассказывая о своем первом бионическом протезе, вспоминает о том, как вдруг поменялось отношение к нему окружающих:
«Прохожие стали смотреть на меня не с жалостью, а с любопытством. Технологии значительно меняют наше восприятие. Сейчас люди с бионическими протезами вызывают ассоциации с супергероями, и общество начинает иначе относиться к инвалидности».
Протезы сегодня не препятствуют трудоустройству, а наоборот, открывают новые карьерные возможности: фотомодели с бионическими руками и ногами очень востребованы, но протезы позволяют выделиться в любой профессии. Например, Rusbase уже рассказывал историю певицы с протезом ноги. Виктория Модеста активно выступает и снимается в клипах.
Возможность кастомизировать протез на свой вкус и цвет позволяет выразить свое творческое начало: такими красивыми бывают протезы кистей рук. Встроить в них можно что угодно, например, пульт от квадрокоптера.
Бионические протезы не чувствуют жара или холода, это открывает новые возможности, недоступные обычным людям. Например, самый известный российский киборг Константин Дебликов в своих выступлениях любит подчеркивать, что ему не нужны прихватки: он может взять горячую кастрюлю «голыми» руками без вреда для здоровья.
Впрочем, возможность чувствовать тепло и давление есть в последних моделях: специальные датчики считывают эту информацию и подают ее в качестве сигналов в кожу культи.
Чтобы как следует оценить преимущества, которые дают современные протезы человеку, стоит хоть раз побывать на выступлении барабанщика по имени Джейсон Барнс. У него нет правой руки, но благодаря бионическому протезу киборг-ударник может играть так, как не может ни один барабанщик в мире. Мало того, что его правая рука программируется на воспроизведение любого темпа и никогда не сбивается с ритма, она может удерживать сразу две палочки. В итоге на сцене выступает барабанщик, который виртуозно владеет тремя барабанными палочками, а это большой плюс к драйву и качу.
Будущее протезирования
Сейчас технологии таковы, что даже самые современные протезы требуют особого ухода, они изнашиваются, заставляют культю потеть, ломаются, требуют постоянной подзарядки, большинство из них боится воды. В решении этих минусов как раз и кроется будущее технологий протезирования.
«В ближайшие 5-6 лет технологии протезирования будут теми же, но с небольшими дополнениями. Среди них — динамическая обратная связь, новая емкость аккумуляторов, водонепроницаемость и возможность считывать большое количество паттернов. Кроме того, более популярным способом протезирования станет остеоинтеграция».
Прочитать захватывающую историю появления MaxBionic можно здесь.
Остеоинтеграция позволит отказаться от гильзы и научит человечество сращивать кость и искусственный модуль напрямую. «Я знаю, что в институте Барселоны ведется разработка по остео- и нейроинтеграции: в чувствительные волокна нервов помещаются электроды, которые возвращают часть информации от протеза, а для крепления протеза будет использоваться имплант в сохранный сегмент кости. Но это не массовое производство, это только разработка. Научные изыскания, которые ведутся уже несколько лет», — рассказывает Антон Круглов, руководитель отдела протезирования верхних конечностей протезно-ортопедического центра «Сколиолоджик».
В будущем инвалиды забудут, зачем нужно было снимать протез: принять ванну или подзарядиться можно будет без дополнительных сложностей. Одна из задач ученых — сделать протезы не дополнительным гаджетом, требующим особого ухода, а еще одной частью организма человека.
Бионические руки должны стать более чувствительными, пока же обратная связь от них далека от совершенства. Хотя, например, кончики пальцев на руке Bebionic, обработанные специальным покрытием, способны передавать хозяину некоторые тактильные ощущения.
«Не стоит ожидать серьезных прорывов в области точного копирования руки здорового человека, обладающей 22 степенями подвижности. То есть изготовить такой протез можно, но нельзя предоставить пациенту возможность управления отдельными пальцами, как это происходит в случае здоровой руки. Обусловлено это ограниченностью в количестве каналов регистрации электромиографии (ЭМГ). Однако можно ждать существенного удешевления многоканальных систем регистрации ЭМГ, обеспечивающих интеллектуальную обработку и распознавание жестов пользователя», — считает Павел Лавриков, технический директор «Клайбер Бионикс».
Такие системы управления внесут новый опыт управления протезами, более интуитивный и схожий с естественной конечностью.
Илья Чех, основатель компании «Моторика»
«Наша основная цель — вывести протезы из формата медицинского изделия в формат носимой электроники, сделать протез такой же доступной повседневностью, как мобильный телефон. В рамках стратегического партнерства с компанией Samsung мы встраиваем новые функциональные компоненты в протезы-гаджеты: «умные» часы, NFC-чипы для бесконтактной оплаты, сим-карты.
Все эти элементы становятся частью нашей экосистемы и позволяют пользователям расширить функции, а мы можем собирать техническую телеметрию для развития продукта, отслеживать эффективность процесса реабилитации и вносить корректировки. В перспективе мы планируем расширить наши устройства с помощью функциональных экранов и голосовых интерфейсов».
Внешне протезы рук будущего будут более схожи с человеческими руками. «Но здесь есть много технологических сложностей, — говорит Наталья Иванюк, генеральный директор «Бионик Натали». — Например, я хотела наши протезы обтянуть человеческой кожей, но сейчас нет технологии размещения кожи на искусственную часть. Я говорю о делении и поддержании клеток в живом состоянии, не говоря уже о их клонировании».
Наконец, Илон Маск и Neuralink недавно заявили, что протезами можно будет управлять с помощью чипа в мозгу.
«Пока неизвестно, как скоро эту технологию можно будет применять в области протезирования. Но уже сейчас мы ведем исследования, связанные с нейрофизиологией, для разработки инвазивной микроэлектроники. У нас есть несколько перспективных задач: сделать протез «чувствующим» и улучшить управление им. Для этого необходимо развивать инвазивные технологии взаимодействия с периферической и центральной нервной системой человека. И я верю, что Neuralink окажет значительное воздействие на развитие этого направления», — говорит Илья Чех.
А что же другие виды протезов? Нежели, они исчезнут и не будут развиваться, уступив место бионическим?
«Разнообразие протезов будет всегда. Всегда будет ультранатуральная косметика как зеркальная копия здоровой конечности. Возможно, она научится менять свой цвет, как это делает кожа в зависимости от температуры, эмоций, саливации. И, конечно, останутся неантропоморфные приспособления, мощные захваты, манипуляторы, спортивные приспособления».
Специалисты «Ортокосмос» уверены, что в ближайшие 20 лет механические протезы с рынка никуда не уйдут, но через 50 ими уже пользоваться не будут. «А лет через 100 хотелось бы, чтобы наши конечности уже научились восстанавливать», — говорят в компании.