Protesi bionica: storia della creazione, principio del lavoro

A partire dal Medioevo fino ad oggi, l'umanità sta cercando di creare protesi che siano il più possibile simili a un arto perso, non solo nell'aspetto, ma anche nella funzionalità. Per rendere la vita più facile per i pazienti che in passato non avevano alcuna possibilità di realizzazione nella società e migliorare il loro benessere, consente la medicina moderna e la scienza. Il rapido sviluppo del progresso tecnologico ti consente di creare cose incredibili che rendono la vita dei pazienti più libera, positiva e ricca.

Scienza del futuro

Allo stato attuale, è emersa una nuova disciplina che combina tecnologia e biologia. La bionica è una scienza che studia il sistema nervoso, le sue cellule e lo studio dei recettori. Lo scopo di questo lavoro è creare dispositivi innovativi.

La bionica è una disciplina applicata, e oggi il suo sviluppo avviene a un ritmo abbastanza rapido. Dopotutto, l'umanità ha sempre cercato di possedere tali capacità che non gli sono state date dalla natura. Certo, un corpo vivente può fare molto. Tuttavia, ci sono cose che una persona semplicemente non può fare. Questo, ad esempio, la mancanza di capacità di parlare con persone che non sono a portata d'orecchio, così come la possibilità di volare. Ma l'uomo ha sempre cercato di compensare le sue imperfezioni. Per questo, ha usato una varietà di dispositivi esterni. Ad esempio, sono stati inventati il ​​telefono e l'aereo. Ma per quanto riguarda il campo medico, è sempre più difficile. Allo stesso tempo, ognuno di noi comprende che i medici, nei casi in cui qualcosa accade al corpo del paziente, eseguono la sua "riparazione", utilizzando gli ultimi risultati in questo settore.

La bionica è una scienza che è stata in grado di mettere insieme questi due concetti, a prima vista, piuttosto semplici. Inoltre, ci consente di guardare un po 'nel futuro. Dopotutto, lì, molto probabilmente, i medici inizieranno a migliorare attivamente i loro pazienti, "cambiando" i loro organi e sistemi "non adatti", "logori". Inoltre, è altamente probabile che la bionica ci permetterà di essere fatti in modo tale che la natura non possa creare, cioè, più forte e più veloce. Questa è l'essenza di questa scienza.

Infissi insoliti

Una delle principali aree della bionica riguarda la produzione di protesi e impianti moderni. Tali dispositivi tecnologici sono collocati dove prima c'era un arto perso.

Il nome della protesi bionica ricevuto dalla parola "bionica". Per creare i loro prodotti, oltre alla tecnologia e alla biologia, questa disciplina utilizza i risultati dell'elettronica e della cibernetica, della fisica e della chimica, della navigazione, ecc.

Una protesi bionica o impianto stabilito per una persona inizia a interagire con le cellule del sistema nervoso. E, nonostante il fatto che tali dispositivi siano fatti di materiali artificiali, permettono al paziente di controllare i loro movimenti. Ciò è reso possibile dal metodo di reinnervazione muscolare. Il suo principio di base sta nel fatto che i nervi che una volta erano responsabili di una gamba o di un braccio amputati sono collegati ai restanti tessuti muscolari dell'arto. Trasmettono segnali a sensori elettronici protesici.
Dopo che una persona ha rimosso un arto, ci sono nervi nel suo corpo responsabili dell'attività motoria. I medici con l'aiuto di complesse operazioni chirurgiche li collegano con le zone dei muscoli più grandi. Ad esempio, nel caso di un braccio amputato, dal torace.

Come funzionano le protesi bioniche? Quando una persona ha il desiderio di muovere le dita, il suo cervello invia un segnale al muscolo pettorale. Qui gli elettrodi sono inclusi nel lavoro. Ricevono questo segnale e trasmettono un impulso attraverso i fili al processore all'interno dell'arto bionico. Ciò consente alla protesi di effettuare il movimento previsto.

È interessante notare che l'arto artificiale può anche percepire calore, pressione e tatto. Dopo tutto, i medici producono una connessione di un nervo sensoriale vivente con un'area della pelle situata sul petto. Questo metodo è stato chiamato reinnervazione sensoriale target. I sensori situati su un arto artificiale inviano un segnale alla zona della pelle. Inoltre, questo impulso viene trasmesso alla corteccia cerebrale, e una persona, ad esempio, è in grado di percepire il calore e di alzare il braccio.

Oggi possiamo dire che le protesi di arti bionici vengono introdotte solo nella vita. E c'è ancora il problema del controllo di qualità di tali dispositivi.

Mani bioniche

La creazione di una tale protesi ha richiesto molto tempo agli scienziati. Ovviamente, il compito davanti ai ricercatori non è stato facile. Come creare una protesi così intelligente da poter ricreare tutti i movimenti del suo maestro, anche i più delicati? Dopo tutto, la natura ha fornito la punta delle dita delle mani umane con le terminazioni nervose più sensibili, che assicurano la precisione nell'esecuzione di vari compiti.

Naturalmente, fino ad oggi, gli scienziati non sono ancora riusciti a ripetere le possibilità naturali della mano umana al cento per cento. Tuttavia, ci sono diversi tentativi abbastanza interessanti che hanno permesso di avvicinare l'arto artificiale a quello naturale nel modo più preciso possibile.

Cosa sono le protesi bioniche? La storia della creazione di questi dispositivi ha ancora pochissimo tempo. Questo diventa la ragione principale per cui il loro uso al momento non è così massiccio. Le prime protesi bioniche furono sviluppate dagli scienziati che lavoravano al Chicago Rehabilitation Institute. Sono riusciti a creare un dispositivo che permettesse al paziente di controllare la sua mano e persino riconoscere un certo numero di sensazioni. La prima mano bionica è stata sollevata da Claudia Mitchell. Questa donna, che in passato aveva prestato servizio nella Marina degli Stati Uniti, ha avuto un incidente nel 2005. Per salvare la vita del paziente, i chirurghi hanno dovuto subire un'operazione per amputare il suo braccio sinistro. E sulla spalla. Una mano artificiale era attaccata ai nervi, che rimase invariata.
Oggi una tale protesi bionica è prodotta da diversi produttori. Considera alcuni di loro.

Protesi I-LIMB

Una delle aziende che producono le mani bioniche è Touch Bionics. Inizialmente, ha prodotto i suoi prodotti per i veterani di guerra. Un tale braccio protesico non può solo prendere, ma anche contenere oggetti. In questo caso, le sue dita sono in grado di muoversi separatamente e riprodurre diversi movimenti registrati standard. È interessante notare che una tale protesi bionica può comprimere oggetti con differenti intensità.

Qual è la base di questo dispositivo? Questo è un dispositivo microelettrico in grado di leggere il potenziale bioelettrico della parte sopravvissuta della mano. Segue il seguito trasferimento di informazioni su un dispositivo software. Assicura il continuo funzionamento dell'arto bionico. Il sistema informatico, che è dotato di una mano artificiale, contiene un certo elenco di pinze e movimenti standard.

Protesi Bebionic3

Questo braccio bionico è simile a quello descritto sopra. Con il suo aiuto, una persona è in grado di eseguire quattordici diversi movimenti e prese, riproducendo varie azioni.

Questa protesi myo-elettrica è attualmente in fase di completamento, ma potrebbe presto diventare una vera e propria sostituzione per un braccio perduto.

Bioruka, creato alla Chalmers Technical University

Gli scienziati di questa istituzione hanno creato una protesi unica. Parzialmente, può funzionare da mioelettrico, e in parte a causa di impulsi trasmessi dal sistema nervoso della persona disabile. Gli elettrodi sono impiantati nel braccio di una persona, che legge i segnali trasmessi dal cervello. Inoltre, questi impulsi arrivano a un dispositivo computerizzato, che li ridistribuisce in motori controllati. Di conseguenza, il braccio protesico è in grado di riprodurre i movimenti con le dita sia contemporaneamente che individualmente.

Ad oggi, i creatori di questo modello stanno lavorando al suo miglioramento. Si sono dati il ​​compito di formare una tale protesi che sarebbe controllata esclusivamente da impulsi nervosi trasmessi dal cervello.

Dispositivo Andrew Schwartz

La produzione di protesi, realizzata secondo gli sviluppi di questo neurobiologo, ha permesso di cambiare la vita delle persone paralizzate. Il primo paziente sottoposto a intervento chirurgico per installare questo bioruki era una donna che soffriva di una grave malattia neurodegenerativa. È stata questa malattia che ha causato la perdita della funzione motoria del paziente in tutto il corpo. Elettrodi speciali sono stati impiantati nel cervello della donna, con l'aiuto di cui è stato controllato il bioruka.

Nel prototipo della nuova protesi dell'arto superiore, i segnali tattili vengono trasmessi utilizzando sensori incorporati nella punta di un palmo artificiale, polso e dita. Questa innovazione consente al paziente di sentire non solo la posizione della protesi stessa. Si sente e gli oggetti compressi da bioruk.

Certo, oggi possiamo dire che questi sentimenti non possono essere paragonati al naturale, dato da noi natura. Inoltre, il materiale da cui viene realizzato l'impianto non dovrebbe essere in un organismo vivente per più di un mese. Tuttavia, è sicuro dire che i primi passi per creare una protesi "intelligente" sono già stati fatti.

Gambe bioniche

A prima vista, la creazione di un arto inferiore artificiale di una nuova generazione sembra essere un compito più facile rispetto a quello che gli scienziati hanno dovuto affrontare nella creazione della mano "intelligente".

Tuttavia, ad oggi, i ricercatori non sono stati in grado di avvicinarsi significativamente alla sua soluzione. Realizzare protesi in grado di sostituire gli arti inferiori, naturalmente, va avanti da diversi anni. Inoltre, i ricercatori hanno già presentato alcuni dei modelli di maggior successo.

Prove di gambe bioniche

Gli scienziati della Vanderbilt University stanno lavorando duramente per creare motori per il ginocchio e il piede. Il primo paziente che ha sperimentato le capacità di questo arto artificiale è il ventitreenne Crain Hatto. Ha perso una gamba in uno scontro con uno squalo. Analizzando il video sull'andatura di un giovane, è sicuro concludere che Crane si muove bene su superfici diverse. Zoppica solo leggermente e indipendentemente può percorrere una distanza di fino a 14 km. Tale protesi è in grado di rispondere anche ai più piccoli cambiamenti durante il movimento di una persona.

Un altro sviluppo di successo sperimentato dagli scienziati della Vanderbilt University, così come i ricercatori del Centro di riabilitazione dell'Università di Chicago, è una gamba artificiale, installata da Zack Wouter. Usando le capacità tecniche di questa protesi, questo paziente è salito in modo indipendente al 103 ° piano di un grattacielo.

Il principio di funzionamento di questo modello sta nel fatto che la protesi è controllata da segnali inviati dal cervello. In questo caso, il dispositivo è collegato alle terminazioni nervose, che sono presenti nella parte restante dell'arto.

Bionoga tibion

Oltre agli sviluppi di cui sopra, ci sono altri modelli ugualmente degni di arti inferiori artificiali. Uno di questi è Bionoga Tibion. La costruzione di questa protesi, i ricercatori il più vicino possibile a quei parametri che ha lo scheletro di una gamba naturale. Questo sviluppo è destinato ai pazienti anziani che hanno gli arti inferiori immobilizzati, ad esempio dopo un ictus.

Requisiti per le bioprotesi

Affinché gli arti artificiali siano sufficientemente efficaci nella loro funzionalità, devono soddisfare i seguenti requisiti:

- avere una base di materiale leggero e resistente (solitamente leghe di titanio), che è particolarmente importante quando le protesi degli arti inferiori;

- avere un'elettronica affidabile, che permetterà di trasferire impulsi dai muscoli dell'area rimanente con precisione;

- avere un alimentatore autonomo, che garantirà a lungo il funzionamento del micromotore e del processore;

- avere parti resistenti all'usura che imitano l'articolazione del ginocchio o del gomito;

- essere il più vicino possibile nella sua somiglianza anatomica con un arto amputato.

Installazione di arti artificiali in Russia

Dove nel nostro paese può essere messa la protesi bionica? La Russia è un paese in cui tali dispositivi non sono fabbricati. Tuttavia, coloro che sono in difficoltà e diventano disabili saranno aiutati nel Centro di riabilitazione e ortopedia, che si trova a Mosca. Negli ultimi dieci anni, gli specialisti di questa istituzione hanno lavorato su protesi degli arti inferiori. Nel Centro, le moderne protesi modulari sono prodotte utilizzando gli sviluppi high-tech dell'azienda tedesca Otto Bock e della compagnia islandese Ossur. Queste arti artificiali comprendono le moderne bioprotesi, dotate di un microprocessore.

Sono in grado di fornire l'andatura più naturale. Queste protesi usano i seguenti moduli:

1. Rheo Knee. Questo è un modulo di autoapprendimento del ginocchio. È così "intelligente" da adattarsi costantemente e continuamente al paziente e al suo ambiente. Questo modulo utilizza le tecnologie più avanzate sotto forma di sensori di carico, che effettuano misurazioni a una frequenza di 1000 volte in un secondo.

2. Proprio piede. Questa è la prima tappa al mondo con intelligenza artificiale. Viene somministrato ai pazienti sottoposti a un intervento chirurgico per rimuovere la gamba. Il modulo si piega automaticamente anche alla caviglia. Ciò significa che nella sua funzionalità è vicino a un piede sano.

3. Gamba simbionica. Questa è una gamba completamente bionica. Per il suo funzionamento, viene utilizzata l'alimentazione combinata, così come il controllo da un microprocessore del piede e il giunto adattivo del ginocchio.

Molto efficace per le persone con disabilità è bionico protesi della gamba Il prezzo per questo nel RTC insieme all'installazione è compreso tra 1 e 3 milioni di rubli.

Certamente, le protesi bioniche sono inaccessibili alle persone comuni. Tuttavia, questo è facilmente spiegato dal loro dispositivo sofisticato e dalla grande funzionalità. Ad esempio, una gamba protesica bionica, il cui prezzo, ovviamente, è molto alto, consente non solo di camminare normalmente, salire e scendere le scale, ma anche di praticare sport senza concedersi una vita attiva.

Quali altri organi possono essere sostituiti dall'elettronica?

Sotto le protesi bioniche capisci e impianti cocleari che sono impiantati negli organi dell'udito. Questi sono dispositivi speciali che rappresentano il sistema in cui si trovano il microfono, l'elaboratore del suono e anche il trasmettitore del segnale audio. L'ultima di queste parti è fissata sulla pelle o sotto i capelli. Il ricevitore, che è un elemento integrale di questa protesi, viene impiantato nel tessuto sottocutaneo del paziente e gli elettrodi sono inseriti nella coclea uditiva.

Dal 1950, gli scienziati hanno condotto esperimenti il ​​cui scopo è creare un cuore artificiale. La prima operazione per impiantare una tale protesi fu effettuata nel 1982.

L'invenzione più sorprendente è considerata un occhio artificiale. Questo è un dispositivo complesso che può sostituire parzialmente l'organo della visione. Inizia a funzionare dopo aver installato l'antenna nel bulbo oculare. L'immagine cade su occhiali speciali, che sono dotati di una fotocamera e sono collegati a un computer che elabora l'immagine.