Эволюция протезирования представляет собой длительную и легендарную историю: от примитивных истоков до сложных современных конструкций. Как и в развитии любой другой области, некоторые идеи и изобретения работали и успешно развивались, в то время как другие остались на обочине истории и устарели.

Длинный и извилистый путь к компьютеризированным протезам начался около 1500 г. до н.э. Чтобы оценить, как далеко человечество зашло в области протезирования, для начала нам стоит посмотреть на опыт древних египтян.

Египтяне были пионерами ортопедической техники. Их «рудиментарные» протезы были сделаны из ткани, и считается, что их носили больше для чувства «цельности», чем ради их протезных функций. Первый функциональный протез большого пальца ноги, принадлежащей особе дворянского рода, был найден в Египте. Согласно данным ученых, он был создан в период 950-710 гг. до н.э. Протез состоял из двух деревянных частей, которые скреплялись кожаной нитью через отверстия, просверленные в древесине. Кожаный ремешок крепил палец к ноге с помощью кожаных нитей.

Сложно переоценить значение пальцев в жизни человека, но примечателен тот факт, что первый реальный пример протезирования относится именно к ним, а не к тем частям тела или конечностям, которые могут казаться более важными – например, рукам или ногам. Существует предположение, что на создание такого протеза египтян вынудила важность традиционных египетских сандалий в гардеробе знатной женщины, которые невозможно было носить, не имея большого пальца.

Это внимание к эстетической привлекательности протезов является довольно распространенным явлением среди древних устройств и даже может быть более важным, чем их функциональность.

424 г. до н.э. – 1 г. до н.э.

В результате раскопок в 1858 году в итальянском городе Капуя была найдена первая искусственная нога, которую сделали приблизительно в 300 г. до н.э. Она сделана из бронзы и железа, с деревянным сердечником, которую, по-видимому, носили ниже колена. Существует точная копия этого протеза, которую можно увидеть в Музее науки в Лондоне.

Самый известный случай в древнеримской истории протезирования описан римским ученым Плинием Старшим, и связан с генералом Марком Сергием, который считается первым документально подтвержденным носителем искусственной конечности. Во второй Пунической войне Сергий потерял правую руку и получил протез, сделанный из железа, чтобы тот мог держать свой щит и продолжать битву.

В истории Древней Греции также сохранились сведения об успешном протезировании. В 424 году до н.э. древнегреческий историк Геродот писал о персидском провидце, который был приговорен к смерти, но ампутировал себе ногу и сделал деревянный протез, чтобы пройти почти 50 километров пути до следующего города и таким образом скрыться от преследования.

Темные века (476-1000 гг.)

В этот период человечество продвинулось в протезировании и создавало более сложные устройства, чем ручной крюк или деревянная нога. Большинство протезов в то время выполняли больше эстетическую функцию и были сделаны для того, чтобы скрыть уродства или травмы, полученные в бою. У рыцарей были протезы для рук, которые позволяли держать щит и для ног, чтобы можно было закрепить ее в стремени, с небольшим вниманием к функциональности. В то время носить протезы вне битвы могли себе позволить только очень богатые люди.

Проектированием и созданием искусственных конечностей в темные века в основном занимались торговцы и оружейники. Но кроме них развитию протезирования способствовали и люди других профессий. Так, например, часовщики были особенно полезны для добавления сложных внутренних функций с помощью пружин и зубчатых колес.

Эпоха ренессанса (1400-1800 гг.)

Эпоха возрождения открыла новые перспективы для искусства, философии, науки и медицины. В это время произошло возрождение в истории протезирования зубов: их изготавливали преимущественно из железа, стали, меди и дерева.

История протезирования всегда переплетается с историей войн и жизнью солдат, которые ведут борьбу. Примеры из Средневековья показывают, насколько медленно развивалась эта область – железные руки, которые изготавливали для рыцарей, были не более продвинутыми, чем те, что использовал генерал Сергий тысячу лет назад.

В 1508 году у немецкого наемника Гетца фон Берлихингена была пара технологически продвинутых железных рук, сделанных после того, как он потерял правую руку в битве при Ландсхуте. Ими можно было управлять с помощью пружин, подвешенных на кожаных ремешках.

Около 1512 года итальянский хирург, путешествуя по Азии, обратил внимание на человека с двусторонней ампутацией рук, который мог снять шляпу, открыть свой кошелек и поставить свою подпись с помощью протеза. Еще одна история того времени связана с серебряной рукой, которая была сделана для турецкого адмирала Хайреддина Барбароссы, воевавшего с испанцами в Бужи.

С середины до конца 1500-х годов

Французский армейский цирюльник Амбруаз Паре, по мнению многих ученых, является отцом современной хирургии ампутации и ортопедических конструкций. В 1529 году он ввел современные процедуры ампутации в медицинском сообществе, а в 1536 году сделал навесные протезы для верхних и нижних конечностей. Он также модифицировал искусственную ногу ниже колена, добавив к ней регулируемые ремни безопасности, управление блокировкой колена и другие технические особенности, которые используются в современных устройствах.

Его работа продемонстрировала первое истинное понимание того, как должен работать протез. Коллега Паре – Лоррен, французский слесарь, сделал один из самых важных вкладов в этой области, используя в изготовлении протеза кожу, бумагу и клей вместо тяжелого железа.

Большая часть работы Паре отменила многие из широко распространенных медицинских верований того времени, часть из которых приносила больше вреда, чем пользы. Например, Паре установил, что если наносить масло к месту огнестрельного ранения или любой другой раны, то оно не приводит к исцелению, как считалось ранее, а на самом деле оказывает негативное воздействие. То же касается и прижигания – еще одного распространенного метода, который казался Паре неэффективным. Вместо этого Паре пользовался перевязкой артерий, и стал, возможно, первым врачом, который проводил эту операцию.

XVII-XIX вв.

В 1696 году Питер Вердайн разработал первый протез ноги ниже колена без дополнительной фиксации, который позже станет основой для современного протезирования суставов и корсетных устройств.

В 1800 году лондонец Джеймс Поттс разработал протез, изготовленный из деревянного стержня со стальным коленным суставом и шарнирной ногой, которая крепилась кетгутовыми нитями от колена до лодыжки. Впоследствии такой протез будут называть «ногой Англси» в честь Генри Уильяма Пэджета – первого человека, удостоенного титула маркиза Англси, который потерял ногу в битве при Ватерлоо и воспользовался изобретением Поттса. В 1839 году Уильям Селфо завез этот протез в США, где он стал известен как «нога Селфо».

В 1843 году сэр Джеймс Сайм открыл новый метод ампутации лодыжки, не приводящий к ампутации до бедра. Этот подход приветствовался в сообществе инвалидов-ампутантов, поскольку это означало, что появилась возможность ходить не с протезом, заменяющим всю ногу, а только лишь с искусственной ступней.

В 1846 году Бенджамин Палмер решил улучшить положение дел для пациентов с ампутацией нижней конечностей и доработал «ногу Селфо», добавив переднюю пружину, сгладив внешний вид и прикрыв сухожилия, чтобы имитировать естественные движения.

Дуглас Блай изобрел и запатентовал «анатомическую ногу доктора Блая» в 1858 году, которую он называл «наиболее полным и успешным изобретением из когда-либо созданных среди искусственных конечностей». А уже в 1863 году Дюбуа Пармли изобрел усовершенствованный протез с присоской, полицентрическим коленом и множеством шарниров.

Позже Густав Герман предложил использовать алюминий вместо стали, чтобы сделать протезы легче и функциональнее. Такое легкое устройство пришлось ждать до 1912 года, когда Марсель Дезуттер, известный английский летчик, потерявший ногу в авиакатастрофе, не сделал первый алюминиевый протез при помощи своего брата-инженера Чарльза.

Прогресс, которого достигли в своем развитии технологии протезирования за 300 лет, оказался незначительным. Однако достижения в хирургии и ампутации в середине XIX века позволили врачам сформировать культю таким образом, чтобы она была более восприимчива к присоединению протеза. Протезы не сильно улучшились, но жизнь становилась все более удобной для тех, кто носил их.

Переход к современности

По мере того, как продолжалась гражданская война в США, количество ампутаций росло катастрофически быстро, что заставляло американцев усиленно развиваться в области протезирования. Джеймс Хангер, один из первых ампутантов гражданской войны, разработал то, что он позже запатентовал как Hanger Limb – протез, изготовленный из бочарных клепок и металла, который имел шарнирные суставы в области колена и лодыжки. Hanger Limb оказалась на тот момент самой передовой технологией в истории протезирования, и основанная Хангером компания продолжает оставаться лидером в этой области.

В отличие от гражданской войны, Первая мировая не способствовала особенному прогрессу в этой области. Несмотря на отсутствие технических достижений хирурги и военные осознавали важность обсуждения технологии и разработки протезов. В конечном итоге это привело к формированию американской ассоциации протезирования и применения ортопедических изделий (AOPA).

После Второй мировой войны ветераны были недовольны отсутствием технологичных решений и требовали улучшения. Тогда правительство США заключило сделку с военными компаниями для улучшения протезов, а не оружия. Это соглашение открыло путь к разработке и производству современных протезов. Новые устройства намного легче – изготавливаются из пластика, алюминия и композитных материалов, чтобы обеспечить пациентов наиболее функциональными устройствами.

В 1970-х годах изобретатель Исидро М. Мартинес оказал огромное влияние на индустрию протезирования, когда разработал протез нижней конечности, который, вместо того, чтобы попытаться повторить движения природной конечности, был ориентирован на улучшение походки и уменьшение трения. Снижая давление и делая ходьбу более комфортной, Мартинес, который сам был инвалидом, улучшил жизнь многих будущих пациентов.

Наиболее резкое различие между современными искусственными конечностями и теми, что были сделаны в прошлом, находится на границе между протезом и той частью тела, к которой он будет крепиться. В прошлом система подвески для протезов конечностей была сделана из кожаных или тканных ремней, а паз был деревянным или металлическим, облицованным тканью. Большинство современных протезов сочетают в себе пластиковое гнездо и присоски. Они тщательно утепляются и предотвращают повреждение той части конечности, к которой крепится.

Современные разъемы также облегчают надевание и снимание протеза. Это особенно полезно, когда человек носит несколько протезов. Например, спортсмены могут иметь несколько протезов для бега, катания на лыжах, езды на велосипеде и другой физической деятельности. Чаще всего, они не похожи визуально на человеческие конечности. Это тщательно продуманная конструкция из пластика, резины и углеродного волокна, которые пропорционально приспособлены к телу. Они тщательно контролируются и проверяются во время соревнований, чтобы гарантировать, что не используются никакие дополнительные преимущества, например, более длинная конечность.

Протезирование конечностей Протезирование конечностей – Спортивные протезы

ПРОТЕЗИРОВАНИЕ КОНЕЧНОСТЕЙ - СПОРТИВНЫЕ ПРОТЕЗЫ

Ампутация конечности - это операция, при которой врач отсекает пораженную конечность, всю или часть ее, для спасения жизни человека.

Протезирование — замена утраченных или необратимо повреждённых частей тела искусственными заменителями — протезами.

Физическая активность - это важный фактор, без которого невозможно оставаться здоровым и сохранять надлежащую форму в условиях современного мира.

Сегодня благодаря новейшим достижениям в области протезирования лицам, лишившимся той либо иной конечности уже нет необходимости полностью менять свою жизнь, ограничивая себя в движениях. При помощи протезов стало возможным не только чувствовать себя более-менее комфортно в быту, но и заниматься оздоровительными и даже профессиональными видами спорта.

Спортивные протезы как верхних, так и нижних конечностей изготавливаются сугубо индивидуально, с учётом особенностей культи, возраста, уровня активности и интересующего человека вида спорта. Это могут быть протезы для людей, которые занимаются бегом, увлекаются ездой на велосипеде, лыжным спортом, теннисом, гольфом, греблей, бейсболом, футболом, баскетболом, софтболом, хоккеем, лакроссом, плаванием, дайвингом, альпинизмом, тяжёлой атлетикой, фехтованием, боевыми искусствами, скачками и т.д.

На сегодняшний день уже многие спортсмены-инвалиды могут на равных конкурировать со своим здоровыми коллегами в таких видах спорта, как дорожные гонки, марафон, триатлон и др.

Производятся спортивные протезы из высокопрочных материалов полученных из сферы космических технологий с применением последних достижений нейробиологии, биомеханики, а также других инновационных областей знаний. К примеру, немецкая компания Отто Бокк разработала специальные карбоновые стопы C-Sprint и Sprinter, которые позволяют спортсменам-параолимпийцам показывать выдающиеся результаты в спринтерских забегах на сто, двести и четыреста метров, а также в прыжках в высоту, в длину. Протез C-Sprint был создан специально для спортивного бега. Его корпус изготавливается из углеволокна - гибкого, прочного и в то же время очень лёгкого материала, для остальных деталей используется алюминий, титановые сплавы и сталь. Вес такой искусственной ноги составляет всего около двухсот граммов. Состоит она из ста шестидесяти компонентов, работающих как единое целое.

Для передвижений в водоёмах и комфортного принятия душа и других водных процедур сейчас тоже существуют специальные протезы. Делаются они из слоистого пластика, благодаря чему обеспечивается их водонепроницаемость. Дополнительно в них могут быть просверлены кингстонные отверстия, уменьшающие плавучесть протезов в воде. Применяются здесь исключительно бесшарнирные стопы. Крепление происходит за счёт надмыщелкого захвата и особого резинового наколенника, кроме этого могут использоваться и замковые устройства для силикон-лайнеров. Протезы бедра крепятся на культю при помощи вакуумного крепления и имеют узел «колено-голень», также изготовленный из слоистого пластика.

Реалистично выполненная форма нижней конечности позволяет человеку безбоязненно ходить необутым по мокрому кафелю за счёт имеющегося специального рифления на поверхности стопы. Оно увеличивает надёжность сцепления протеза с полом и предохраняет пользователя от проскальзывания на скользкой и мокрой поверхности.

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к протезированию и протезостроению. Насадка дополнительно содержит поворотную раму, планку, ось вращения, стандартный узел крепления к протезу и вторую пружинящую губу, которая разнесена относительно первой губы. Обе губы жестко соединены с поворотной рамой, соединенной осью вращения с планкой, снабженной стандартным узлом крепления к рабочему протезу. Технический результат заключается в создании насадки к рабочему протезу верхней конечности для езды на велосипеде (мопеде), обеспечивающей легкий и удобный схват руля велосипеда (мопеда, а также и черенка лопаты, граблей, тяпки, вил и т.д.), возможность управления велосипедом и опирания на его руль, автоматическое рассоединение с рулем в аварийной ситуации, а также при необходимости возможность проведения сельхозработ. 3 ил.

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно протезированию и протезостроению. Известны щипцы - кольцо с активным раскрытием Н352 А, содержащие неподвижную и подвижную губы, пружину схвата и механизм активного раскрытия, обеспечивающие схват и удержание (за счет пружины схвата) круглых и плоских предметов и возможность раскрытия губ за счет наличия механизма активного раскрытия . Недостатком аналога является необходимость специальных действий пациента при езде на велосипеде для рассоединения насадки с рулем в аварийной ситуации. Наиболее близким аналогом по технической сущности (прототипом) является захват для штамповщика Н-388, содержащий пружинящую губу, регулируемую губу и механизм регулировки зазора между пружинящей и регулируемой губами, обеспечивающие возможность захвата и удержание листового или иного материала . Недостатками прототипа являются отсутствие возможности надежного схвата и удержания круглых предметов и отсутствие шарнира поворота губ относительно узла соединения насадки с приемной гильзой для обеспечения возможности поворота руля на значительные углы при маневрах во время езды на велосипеде (мопеде). Задачей предлагаемого изобретения является создание насадки к рабочему протезу верхней конечности для еды на велосипеде (мопеде), обеспечивающей легкий и удобный схват руля велосипеда (мопеда, а также и черенка лопаты, граблей тяпки, вил и т. д.), возможность управления велосипедом и опирание на его руль, автоматическое рассоединение с рулем в аварийной ситуации, а также, при необходимости, возможность проведения сельхозработ. Указанная цель достигается тем, что в насадке к рабочему протезу верхней конечности для езды на велосипеде (мопеде), содержащей пружинящую губу, отличительной особенностью является то, что она дополнительно содержит поворотную раму, планку, ось вращения, стандартный узел крепления к протезу и вторую пружинящую губу, которая разнесена относительно первой губы, обе губы жестко соединены с поворотной рамой, соединенной осью вращения с планкой, снабженной стандартным узлом крепления к рабочему протезу. Совокупность приведенных признаков, обеспечивающих надежный схват рукоятки велосипеда, возможность управления при езде на велосипеде и автоматическое расцепление насадки с рулем в аварийной ситуации, не обнаружена в науке и технике до даты подачи заявки, что соответствует требованию "новизна". Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "положительный эффект". Помимо этого, авторами не обнаружено подобных решений, следовательно, совокупность существенных признаков отвечает критерию изобретения "существенные отличия". Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, представленными на фигурах 1, 2, 3. Насадка к рабочему протезу для езды на велосипеде (мопеде) содержит две пружинящие губы 1, поворотную раму 2, ось 3, планку 4 и стандартный узел крепления к рабочему протезу 5. Насадка к рабочему протезу для езды на велосипеде функционирует следующим образом. С помощью стандартного узла насадка крепится к приемной гильзе рабочего протеза руки, затем насадка подводится к рукоятке велосипеда (мопеда) так, чтобы рукоятка руля оказалась между верхними и нижними концами обеих пружинящих губ, затем нажатием на поворотную раму в сторону рукоятки руля осуществляется схват. При езде на велосипеде (мопеде) при вращении руля в процессе управления поворотная рама вращается относительно планки и предплечья и оси 3. На фиг. 3 показаны на развертке пружинящей губы эпюры изгибающих моментов от единичных сил P A =1 и P B =1. Из сопромата известно, что для консольной балки, нагруженной поперечной силой, прогиб определяется по формуле: W= PL 3 /(3EJ)= ML 2 /(3EJ); где ML/2 - площадь эпюры изгибающего момента, действующего на консольную балку, то есть прогиб тем больше, чем больше площадь эпюры изгибающих моментов и чем длиннее консоль балки L. Естественно предположить, что и в нашем случае это справедливо, тогда из фиг. 3 видим, что, когда рукоятка находится в положении захвата (точка Б), усилие P B , необходимое для отжатия пружинящих губ и проскальзывания рукоятки дальше, если опереться на насадку, должно быть в десятки раз больше, да и угол поворотной рамы является упором, препятствующим дальнейшему проскальзыванию рукоятки. В случае аварийной ситуации при расцепке насадки с рукояткой руля возникающая сила P BA создает момент , отгибающий пружинящие губы и обеспечивающий расцепление. Как видно из фиг. 3, P BA будет приблизительно в 2-3 раза больше, чем P A . Реальную геометрию и поперечное сечение пружинящих губ легко подобрать для различных рукояток и различных весовых категорий инвалидов. Применение предлагаемой насадки даст большой социально-психологический и медико-реабилитационный эффект. Источники информации: 1. Справочник по протезированию под редакцией В. И. Филатова, Л., "Медицина", 1978, с. 173, табл. 15 "Насадки к рабочим протезам рук", с. 175, рис.96, N8. 2. Там же, с. 175, рис.96, N11 (прототип).

Формула изобретения

Насадка к рабочему протезу верхней конечности для езды на велосипеде (мопеде), содержащая пружинящую губу, отличающаяся тем, что она дополнительно содержит поворотную раму, планку, ось вращения, стандартный узел крепления к протезу и вторую пружинящую губу, которая разнесена относительно первой губы, обе губы жестко соединены с поворотной рамой, соединенной осью вращения с планкой, снабженной стандартным узлом крепления к рабочему протезу, при этом геометрию и поперечное сечение пружинящих губ подбирают для различных рукояток и различных весовых категорий инвалидов.

3D-протезы уже становятся стоящим внимания вариантом и в скором будущем они могут стать вполне конкурентоспособными.

Это Дениз Шиндлер - участница Паралимпийских игр из Германии, у которой нет ноги. Она выиграла серебряную медаль на Паралимпийских играх 2012 года в Лондоне. К сожалению, она лишилась своей правой ноги ниже колена в результате несчастного случая, когда была еще ребенком. Для того, чтобы ездить на велосипеде, она пользуется протезом ноги, сделанным специально под ее велосипед.

Вместе с разработчиком изделий компании Autodesk Полом Сохи, они разработали протез конечности, полностью сделанный на 3D-принтере, которым она будет пользоваться на Паралимпийских играх в Рио в 2016 году. Впервые такой протез наденут для участия в играх.

"Это будет первый протез в мире, сделанный на 3D-принтере, который будет на участнике Паралимпийских игр. Эта технология находится как раз на таком этапе, что может вызвать настоящую революцию в индустрии" - говорит Сохи.

Прошлые протезы из углеродного волокна для Шиндлер делались вручную. Но все, что делается вручную, занимает много времени и стоит много денег, поэтому 3D-печать может стать альтернативой, так как стоимость работы принтера будет меньше, но качество все равно останется на уровне. При работе над этим проектом также пригодился опыт и компетенция техника по производству ортопедических изделий, Томаса Веллмера.

"Даже сейчас некоторые вещи делаются вручную и это занимает много времени. Но отливка по гипсовой модели может быть заменена 3D-сканированием, разработка дизайна розеток - цифровым скульптингом, заливка углевородоным волокном - 3D-печатью" - объясняет Сохи.

Он использовал Autodesk Fusion 360 для моделирования протеза, и скан ее правой ноги для того, чтобы убедиться, что протез подойдет.

"Fusion 360 - это универсальный блок программ, он может выполнять моделирование, анимацию и симуляцию" - говорит Сохи. "Мы можем очень быстро внести какие-то изменения и проследить за тем, как все изменится, например, как отреагирует материал".

Этот проект позволил Сохи разработать протез, который не только поможет владельцу ходить или ездить на велосипеде. Этот протез также является инструментом, деталью экипировки, который, будем надеяться, поможет Шиндлер выиграть золотую медаль. Это значит, что Сохи нужно было учитывать очень много нюансов при создании этого протеза, а не только его эргономику. Но аэродинамика тоже играет большую роль, ведь благодаря ей велосипедист набирает нужную скорость, поэтому как и для создания велосипедов для Олимпийских игр, здесь тоже было необходимо учесть этот аспект.

Шиндлер будет участвовать в забегах на различных трассах в Рио-де-Жанейро, и будем надеяться, что в долгосрочной перспективе полученные знания и опыт помогут в дальнейшей разработке протезов, при этом они будут доступные и не дорогие. "Благодаря цифровым технологиям вы можете демократизировать производство и создать протез, будучи в любой точке земного шара. Это и есть будущее протезирования" - говорит Сохи.

Этот протез был протестирован и сделан в нескольких различных формах, его напечатали из двух поликарбонатных частей.

Шиндлер тренировалась с последней версией протеза, но им есть куда развиваться, ведь чем лучше аэродинамика, тем лучше результат. "Последняя версия протеза дает мне возможность ехать на велосипеде с ним, мы определенно добились нашей цели. Я даже тренировалась на улице и на треке, и я приятно удивлена, что мы смогли сделать такой большой шаг" - говорит Шиндлер. Она очень рада, что таким образом у других людей с ампутированными конечностями появится возможность заниматься спортом, ведь многие из них не имели такой возможности после ампутации. "Новая технология очень помогла мне, но моей настоящей целью является открыть двери в мир спорта обычным людям с ампутированными конечностями. Очень важно после ампутации иметь возможность быть активным, уверенным в себе, наслаждаться жизнью и не сдаваться" - говорит она.

Но успех этого проекта может создать некоторые проблемы с правилами соревнований. Что, если 3D-протез дает участнику игр больше возможностей, чем всем другим?Ведь это нечестно. Какие правила нужно предусмотреть для таких случаев? А может мы уже столкнулись с подобными проблемами с экипировкой в спортивных состязаниях? По крайне мере, сейчас Шиндлер может участвовать в соревнованиях со своим футуристическим аэродинамическим протезом, но кто знает, как все может измениться в спортивном мире.