Бионические протезы: последние достижения в области создания высокотехнологичных устройств, способных заменить утраченные органы

Фото: A.R.M. Project Titanium

В следующем году холдинг «Технодинамика» Госкорпорации Ростех начнет серийное производство бионических протезов руки. Разработчики ставят перед собой амбициозную задачу – создать собственный «автомат Калашникова» в сфере бионического протезирования. Кроме того, разработки в этой тематике ведут холдинги «Швабе» и КРЭТ.
Для людей, лишившихся руки, бионический протез – это возможность почувствовать себя не инвалидом, а супергероем. Как отмечают создатели, такие протезы могут быть адаптированы и для использования на сложных и опасных производствах. Например, при дистанционной работе с огне- и взрывоопасными составами или в агрессивной среде.О том, какие новые возможности предоставляет современная бионика и как устроен новейший бионический протез – в нашем материале.

Виды современных протезов

По уровню ампутации:

• косметические протезы пальцев;
• протез части кисти;
• протез всей кисти;
• протез предплечья (до локтя);
• протез плеча;
• протез после вычленения плечевого сустава.

По способу крепления к культе конечности:

• с помощью силиконового чехла и замка;
• с помощью анатомической формы приёмной гильзы;
• с помощью ремней (бандажа).

По назначению выделяют две группы протезов:

• косметические — имитируют естественную руку, скрывая дефект;
• функциональные — дают возможность пользоваться поврежденной конечностью.

По механизму действия функциональные протезы бывают:

• бионическими (миоэлектрическими или биоэлектрическими);
• рабочими (пассивными);
• тяговыми (активными механическими).

Запчасти для человека

О замене утраченных органов человечество задумывалось с древних времен, постепенно совершенствуя эту область знаний и сами протезы. Если первые протезы в основном имели эстетическое предназначение и визуально скрывали ущербность, лишь в редких случаях выполняя функции недостающих органов, то современные устройства в недалеком будущем смогут даже расширить возможности человека, сделав из него кибернетический организм, или киборга.

Несмотря на то что киборгизация человечества все еще выглядит сюжетом из фантастики, киборги уже живут среди нас, ведь так можно назвать любого человека, который использует механический или электронный протез или имплант. Сегодня одним из самых совершенных и при этом доступных видов протезирования верхних конечностей являются бионические протезы.

Бионика – наука, изучающая возможности применения свойств живой природы в технике. Впервые это слово употребил в 1958 году американский военный врач Джек Стил, который исследовал природные процессы и явления, чтобы применить эти знания в разработках для армии США. Одним из результатов развития бионики стало появление электронных протезов, которые могут взаимодействовать с нервными клетками человека.

Примечательно, что в СССР подобные разработки начались еще в 1956 году, когда доктор биологических наук Яков Славуцкий описал физиологические аспекты биоэлектрического управления протезами. А уже в 1961 году начался промышленный выпуск советских протезов предплечья с биоэлектрическим управлением.

Бионические протезы

Самые прогрессивные протезы, максимально приближенные к действию человеческой руки. Для работы используют внешний источник энергии (аккумуляторные батареи), снабжены электродвигателями и управляются электрическими сигналами с тела пациента. Миоэлектрические протезы реагируют на сокращение мышц. Изменения электрического потенциала улавливают ЭМГ-датчики культеприёмной гильзы. Они передают сигнал микропроцессору искусственной кисти, и протез выполняет определенное действие.

Обратите внимание!

• Обычные биоэлектрические протезы делают хват в щепоть. Это основное движение, но его не всегда бывает достаточно.
• Высокофункциональные протезы могут делать различные хваты. Для этого используется два миодатчика, воспринимающих активность двух самых крупных мышц руки. Чтобы выбрать нужный жест, пациент посылает протезу несколько последовательно повторяющихся команд — они служат для переключения режимов методом перебора. После тренировки протез становится действительным продолжением руки, человек пользуется им инстинктивно, осуществляя разные виды хватов не задумываясь.

Бионические протезы для рук повышают качество жизни пациентов. Людям становятся доступны такие сложные действия как рисование, работа с клавиатурой, завязывание шнурков, приготовление еды и многие другие. Бионические протезы последнего поколения способны осуществлять движения пальцами. К примеру, кисть Touch Bionic компании Ossur выполняет функционал, приближенный к действиям настоящей руки, так как каждый палец снабжен отдельным электродвигателем. Пациент может выбрать от двенадцати вариантов схватов кисти. Помочь установить индивидуальные скорость реакции и силу захвата поможет ваш техник-протезист. Это позволяет комфортно работать даже с очень хрупкими предметами, например, брать куриное яйцо.

Плюсы:

инновационный технологичный вид, использование для всех основных видов бытовой деятельности.

Минусы:

высокая стоимость, неестественный внешний вид.

CAD/CAM — новое слово в компьютерном моделировании

С появлением инновационных технологий доктора получили уникальную возможность создавать аппараты, идеально подходящие для полости рта конкретного пациента. Компьютерные методики CAD/CAM исключают любые врачебные ошибки.

Установки Кад/Кам делают возможной компьютерную визуализацию. С их помощью создаются виртуальные модели будущих резцов, клыков и моляров, которые в последующем вытачивают на фрезерном станке. Безусловно, данная инновация относится к классу дорогостоящих, и найти ее можно далеко не в каждой зуботехнической лаборатории. Но результаты, получаемые с ее помощью, превосходят все ожидания.

Работа систем Кад/Кам включает всего 3 последовательных этапа:

1. Снятие слепков зубных рядов либо сканирование ротовой полости миниатюрным датчиком.
2. Создание модели будущего изделия на экране на основе ранее сделанных слепков или снимков.
3. Вытачивание продукции на станке.

При использовании оборудования CAD/CAM роль человека в производственном процессе сводится к минимуму. Умная машина сама определяет, какую форму придать заготовке и под каким углом сточить ее грани, чтобы у пациента не возникали дискомфортные ощущения после окончания стоматологического лечения.

Компьютерные технологии пригодны для обработки даже самых надежных и долговечных материалов — оксида и диоксида циркония/алюминия. С их помощью также можно изготавливать искусственные единицы из прессованной керамики.

Мосты, коронки, виниры и люминиры, появившиеся на свет благодаря установкам Кад/Кам, идеально подходят человеку, для которого были созданы. Они характеризуются невероятно точным позиционированием, максимально плотно прилегают к стенкам основания и не вызывают никаких неприятных ощущений. Служат около двадцати лет.

Рабочие протезы

Рабочий протез совсем не похож на обычную руку. Он оснащён адаптером для установки различных насадок, что позволяет активно использовать верхнюю конечность для работы. К протезу можно прикрепить насадки для письма, столовых приборов, рисования, печати, шитья. Есть захваты для молотка, ключей, ножниц и других инструментов.

Плюсы:

недорогая конструкция, большой функционал.

Минусы:

неестественный внешний вид, необходимость приобретать насадки под каждый вид деятельности и менять их во время работы.

Acry Free — устройства, которые не натирают

Новейшее протезирование зубов исключает применение жесткого пластика в ходе изготовления съемных систем. Клиентам клиники стоматологии предлагают конструкции из мягких и гибких материалов. Они эластичные и обеспечивают плотное прилегание каркаса, отлично держатся во рту даже без использования специальных фиксирующих средств. Что важно, не натирают и не раздражают слизистые оболочки.

Съемные изделия нового поколения носят название Acry Free. Если сравнивать их с нейлоновыми предшественниками, то они лучше удерживают форму, не растягиваются, не впитывают запахи пищи и не изменяют свой цвет. Во время их использования исключены аллергические реакции. Высокий уровень прочности материалов, задействованных в ходе выпуская Акри Фри, позволяет пережевывать ими даже твердую пищу, не боясь поломок. Привыкать к мягким системам куда проще. Именно поэтому их сегодня все чаще выбирают люди, желающие носить съемные аппараты.

Активные механические протезы

Активные (или «тяговые») — позволяют искусственной кисти сжиматься, за счет тяг, чтобы удерживать различные предметы. Действие происходит с помощью механической тяги (при движении противоположного плеча натягивается или ослабевает тросик). Простой и надежный механизм позволяет контролировать силу и скорость хвата.

При достаточной практике человек осваивает достаточно тонкие движения: может писать ручкой, пользоваться столовыми приборами, печатать, нести сумку, зажигать спички.

Тяговые протезы можно устанавливать детям с 8-ми лет. Постоянная тренировка мышц плеча и предплечья впоследствии помогает сформировать культю и быстрее привыкнуть к более совершенному бионическому протезу.

Плюсы:

простой механизм, лёгкий в обслуживании, точность движений при выполнении некоторых тонких работ.

Минусы:

использование тягового бандажа (может натирать), необходимость бережного отношения к оболочке протеза и её периодической замены.

Стать киборгом за счет государства

В России около 200 тысяч человек нуждаются в протезировании рук или ног. Государство декларирует помощь в приобретении протеза, но на практике это часто оказывается проблематичным – либо очень сложно пройти через бюрократические препоны и получить компенсацию стоимости купленного за свои деньги протеза, либо выделяемые бесплатно протезы оказываются устаревших моделей и низкого качества. Еще одна проблема – сами инвалиды мало знают о современных протезах и о своих возможностях в получении технических средств реабилитации.

Но ситуация постепенно выравнивается. В рамках нацпроекта «Здоровье» увеличивается финансирование направления. В России за последние несколько лет появились свои стартапы разработчиков перспективных типов протезов, которые могут конкурировать с западными монополистами, по меньшей мере, на российском рынке. К теме проявляют интерес СМИ, шаг за шагом создается инфополе, у проектов появляются частные и государственные инвесторы, готовые поддержать деньгами и производственными возможностями.

Важным стимулом к развитию функциональных протезов стало развитие технологий. Практически все современные промышленные тренды нашли отражение в протезировании конечностей – роботизация, искусственный интеллект, создание материалов нового поколения, увеличение емкости и снижение веса аккумуляторных устройств, 3D-печать и другие.

Косметические протезы

Косметический протез максимально приближен к естественному внешнему виду настоящей руки, однако совершенно нефункционален. Что-то сложное сделать с его помощью не получится (например, застегнуть куртку). Протез состоит из четырех частей: культеприемника, несущей гильзы, каркаса кисти и оболочки (перчатки). Оболочка изготавливается из ПВХ или силикона, в тон кожи пациента. Для большей достоверности могут наноситься изображения родинок, вен, складок, линий ладони. Есть возможность изготовить протез с ногтями из акрила, которые максимально приближены к настоящим.

Плюсы:

относительно небольшая цена, имитирует здоровую руку, рука выглядит естественно — не привлекает внимания окружающих.

Минусы:

невозможность выполнения каких-либо действий, необходимость бережного отношения к оболочке протеза и её периодической замены.

В какую сумму обойдется лечение?

На вопрос о стоимости протезирования зубов невозможно дать однозначный и точный ответ, потому что цена лечения будет складываться из значительного количества факторов. В первую очередь, нужно узнать, какое количество зубов вам требуется восстановить, выбрать технологию протезирования и вид зубных протезов. Технология и вид протезов, а также их количество — вот основные факторы формирования цены на протезирование.

На общую стоимость протезирования зубов повлияет и необходимость предварительного лечения зубов и санации ротовой полости. Нельзя ставить зубные протезы, если зубы больны кариесом, на них накопился налет или присутствует воспаление десен. Все эти состояния должны быть устранены до начала протезирования и естественно – необходимость их проведения увеличит стоимость лечения на определенную сумму.

ВАЖНО: На цену лечения может повлиять и необходимость предварительного депульпирования опорных зубов. Оно проводится не всегда, но, если решено, что без этого этапа не обойтись — цена протезирования опять же возрастет, так как после депульпирования зуба нужно будет обработать и запломбировать его каналы. И чем их больше – тем цена выше.

Лучший способ узнать цену услуги протезирования зубов для себя – это посещение клиники. Врач проведет осмотр и диагностику и на их основании составит для вас план лечения, в котором будет обозначена полная цена протезирования.

История протезирования

Существует немало видов новых современных протезов:

• зубные;
• эндопротезы – заменяют разрушенные тазобедренные, коленные суставы;
• глазные;
• протезы конечностей;
• протезы на вычленение, заменяющие и важные суставы, и конечности полностью;
• протезы отдельных частей тела – пальцев, носа, уха.

Когда мы говорим о древних протезах, то представляем себе старинного пирата с деревянной подпоркой вместо ноги и металлическим крюком вместо руки. Но история протезирования зародилась значительно раньше. Как свидетельствуют многочисленные раскопки, проводимые на территории современной Северной Африки, косметические протезы устанавливали уже в Древнем Египте. Они изготавливались из дерева, выполняли ограниченные функции, а к телу крепились специальными кожаными ремнями.

Первый функциональный заменитель предплечья и кисти датируется XVI столетием, он принадлежал рыцарю Гецу фон Берлихигену, потерявшему руку в бою. В России первый механический протез ноги появился в 1791. Его собрал легендарный Иван Кулибин.

Первым крупным предприятием по производству искусственных рук и ног стал Петроградский институт протезирования. Он был основан в 1919 году на базе Мариинского приюта для увечных воинов, где уже с 1880-х годов работала мастерская по изготовлению таких приспособлений. Фото старинных и более современных протезов доступны всем желающим. По ним можно изучить эволюцию таких приспособлений.

Функциональные бионические конструкции, которые управляются путем отправки сигналов головным мозгом, появились только в XXI веке. Сейчас самые современные протезы рук и ног постоянно совершенствуются, развиваются. Такие конструкции пока не в силах полностью заменить все функции конечности. Их чувствительность, мелкая моторика не столь развита, но прогресс не останавливается, появляются новые технологии и в перспективе потеря конечности выше колена перестанет быть существенной проблемой, потому что ее можно будет заменить высокотехнологичным приспособлением по среднерыночной цене.

«Квадротти» вместо традиционных бюгельных аппаратов

Современная стоматология предлагает зубные протезы из гипоаллергенных материалов, не уступающих по прочности металлу, но гораздо более красивых. Какие виды бывают? Например, Quattro Ti, созданные из материала итальянского производства Dental D. Многие врачи называют их современными аналогами металлических бюгельных систем, которые устанавливаются при условии наличия во рту хотя бы части сохранившихся элементов ряда, которые могут служить опорными.

В данных конструкциях отсутствует небное перекрытие

Аппараты «Квадротти» компактны, неплохо распределяют жевательную нагрузку, комфортны в процессе эксплуатации, не вызывают особых сложностей в период привыкания, не деформируются. Как и обычные бюгельные конструкции, они могут применяться при пародонтите и пародонтозе (только на начальной и средней стадии) для стабилизации зубного ряда, сохранения подвижных элементов. Материал, из которого они изготовлены, сочетает в себе оптимальную гибкость и жесткость.

Коронка на штифте

Если восстановлению подлежит только один зуб, разрушенный более, чем на 70%, стоматологи рекомендуют установить коронку. Она укрепит омертвевший или сломанный зуб, восстановит его форму, функции и эстетичный вид. Прочные коронки устанавливаются на длительный срок, пластмассовые — предназначены для временного использования для защиты от инфекций и внешних воздействий.

Пациент самостоятельно может выбрать материал из нескольких предложенных врачом вариантов. Рекомендации при этом обычно следующие:

• Цельнометаллические конструкции из серебра, палладия, титана или золота можно использовать для восстановления жевательных зубов. Такой материал обладает износостойкостью, служит более 20 лет, но имеет не слишком эстетичный вид.
• Керамика желательна для передних зубов, так как она обеспечивает натуральный вид, не подвержена стиранию и изменению цвета. Её срок службы находится в пределах 5−10 лет. Для бокового ряда этот материал не подходит ввиду недостаточной прочности для жевательной нагрузки. Исключение — диоксид циркониевая коронка, обладающая высоким прочностным показателям, но её стоимость довольно высокая.
• Металлокерамическая коронка подходит как для передних, так и для задних зубов. Она состоит из металлического каркаса, обеспечивающего прочность, и керамической облицовки, имитирующей натуральный цвет эмали. Служит около 10 лет, однако со временем через наружный слой может просвечивать металлическая основа. Помимо керамики, основу может облицовывать пластмасса, фарфор или композитный материал.
• Пластмассовая коронка хрупкая и нужна только для временного ношения на этапе подготовки постоянного протеза. Она скрывает обточенный зуб, предотвращает болевые реакции, облегчает приём пищи и защищает от инфекций.

Достоинство метода в том, что каждый из материалов отвечает требованиям современного протезирования зубов. Новые технологии на штифтах предполагают фиксацию в корневой системе или на имплантате, обеспечивающую высокую прочность. Недостатки зависят от выбранного материала.