Найрозумніший протез в світі? Інтерв'ю з професором Саїдом Захеді
Погляд зсередини професора Саїда Сахеді OBE FREng RDI FIMechE PhD
Технічний директор компанії Blatchford
З якими проблемами стикаються сьогодні користувачі протезів нижніх кінцівок, і чому Blatchford створили інтелектуальний протез?
Основні проблеми, пов'язані з ампутацією нижніх кінцівок - це безпека і біль. Відсутність зворотного зв'язку призводить до збільшення ризику падіння, необхідність в компенсаторних рухах через нестійкість викликає болі в попереку і дискомфорт в області кукси кінцівки. Все це призводить до невпевненості і нездатності жити повноцінним життям.
Протягом 40 років ми застосовували новітні інженерні та технологічні досягнення для того, щоб реалізувати функції колінного суглоба і щиколотки \ ступні в модульному протезі. Ми стали першими використовувати композитні матеріали для створення більш легких протезних компонентів, застосовувати многоосниє щиколотки для зменшення фізичних витрат при ходьбі, а також розробили перший мікропроцесорний коліно для управління темпом ходьби. Ми досягли значного прогресу, вперше створивши гідравлічні щиколотки стоп, які можуть адаптуватися до різних нерівних поверхнях, забезпечуючи чудову реакцію між протезом і куксою.
Ми досягли того, що наука, що лежить в основі пересування, дозволила нам зімітувати природну взаємозв'язок між щиколоткою і коліном, і визначити те, яким чином необхідно скоординувати частини протеза з тим, щоб б вони працювали разом. Це дозволило забезпечити більшу стійкість і безпеку, більший комфорт за рахунок розподілу навантажень і менших витратах енергії, наприклад, при швидкій ходьбі, при ходьбі вниз по пандусу, стоянні не місце або стоянні на схилі. Наші пацієнти змогли розподілити навантаження на обидві кінцівки більш рівномірно, зменшити кількість необхідних компенсаторних рухів і знизити навантаження на опорно-руховий апарат.
Наступним закономірним кроком була розробка комплексного протеза, в якому коліно і щиколотка могли б гармонійно функціонувати і продовжувати працювати в будь-якій ситуації, в якій міг виявитися користувач протеза. Так народився Linx.
Протез Linx має 4 центральних процесора, 7 датчиків. щоб отримувати і обробляти інформацію про користувача, його діях, навколишньому середовищу та місцевості.
Як працює інтелектуальний протез? Яким чином система автоматично адаптується до різних умов?
Нове покоління інтелектуальних протезів представляє собою комплексну систему, яка поєднує в собі щиколотку, стопу і коліно, інтегровані в єдиний пристрій, яке, в свою чергу, вміщує в себе масив датчиків, гідравлічні і пневматичні приводи, пов'язані з композитними і пневматичними пружинами. Ці пружини збирають природну людську енергію і повертають її в протез під управління чотирьох мікропроцесорів.
Компоненти системи Linx пов'язані 3-ма інформаційними каналами для передачі даних. що працюють одночасно в режимі реального часу, і здатними передавати до 700 повідомлень в секунду. в будь-який час.
Понад 100 різних фрагментів інформації можуть бути передаватися між щиколоткою і коліном.
Протягом дня протез буде адаптуватися понад 2.000 раз в залежності від дій користувача
Наприклад, датчики на стопі виявляють поверхню зі схилом і віддають команду коліну збільшити амортизацію, або, коли пацієнт робить зупинку, датчики на коліні відзначають це, ще раз погодять з щиколоткою і збільшують параметри опору таким чином, щоб запропонувати більш природну і зручну позу для стояння з урахуванням всіх індивідуальних особливостей.
Інтелектуальність протеза полягає в його здатності забезпечити безперебійну роботу завдяки моментальної інформованості про зміни зовнішнього середовища, внутрішніх навантаженнях і русі пацієнта. Протез підлаштовується і пропонує найбільш оптимальну функціональність при найменших компенсаторних зусиллях з боку користувача. Користувачі Linx відзначили, що у них далеко не завжди є необхідність думати про ходьбі, стоянні, сидінні, спуску по сходах або ходінні по пандусу. Насправді часто вони були здивовані, що поверхня змінилася, а вони навіть не помітили цього!
Які були основні складності при розробці сістемиLinx, і скільки треба було часу на її розробку?
Основні складності були пов'язані зі створенням бази або платформи для наших експериментів і встановленням зв'язку між коліном і щиколоткою. Потім потрібно було визначити, яке знадобиться обладнання, і вже після помістити все це в практичну упаковку, візуально привабливу і досить легку при носінні.
На сьогодні основні очікування пов'язані з пристроями, які можуть працювати на батарейках протягом декількох днів. Наприклад, нам потрібно було домогтися того, щоб технологія використовуваних батарей була налаштована таким чином, щоб центр ваги протеза знаходився якомога ближче до коліна, що є необхідною умовою для зменшення впливу будь-яких ненормальних штовхають сил на приймальню гільзу і куксу. Для вирішення цього завдання нам довелося об'єднати всю команду розробників, за чим було дуже цікаво спостерігати, прямо як за танцем, різні рішення з'являлися одна за одною.
Створення проекту зайняло 3 роки з моменту подачі заявки на патент, розробки структурного і функціонального прототипів для тестування. Було дуже цікаво спостерігати за реакцією користувачів.
Які відгуки у вас вже є?
Незважаючи на присутність деяких складнощів, відгуки дуже позитивні. Відразу з'явилися відгуки про безпечне проходження через перешкоди, коли користувачеві не треба було замислюватися про те, як його зробити; про приспосабливаемости протеза до різних типів поверхонь, його податливості при ходінні по краю дороги, стояння на місці в розслабленому стані.
В одному випадку лікарі вирішили відкласти лікування другого коліна пацієнта через болі в попереку: після декількох тижнів використання протеза Linx, це перестало бути проблемою. Linx забезпечує додатковий комфорт, впевненість і здатність стояти вертикально, а також зберігати рівновагу в будь-яких ситуаціях і безпечно сідати. Для випадків двосторонньої ампутації ми зараз працюємо над тим, щоб права нога могла «спілкуватися» з лівого, так як всі апаратні і програмні засоби вже є в нашому розпорядженні.
Іншим разом ми з жахом і з великим хвилюванням спостерігали за тим, як людина з ампутованою кінцівкою спускався спиною вниз по схилу, протез Linx зміг зробити це!
Скільки часу потрібно, щоб налаштувати протез Linx під природну ходу його користувача? Як часто потрібно така настройка?
Основна проблема, яка була вирішена - це взаємодія користувача програмного забезпечення і програмно-апаратних засобів. Linx якраз про це і піклується - настройка здебільшого відбувається автоматично і працює шляхом вимірювання ходи пацієнта.
Що стосується пацієнтів, то кожен з них індивідуальний і вимагає індивідуального налаштування. Це означає, що настройка є дуже важливим і складним моментом, який повинен враховувати всі ці та багато інших індивідуальні особливості.
Програмування займає 10-15 хвилин. Пацієнт спочатку встановлює значення параметрів при стоянні на місці, потім при сидінні і після при вставанні. Протез вчиться природному руху користувача. Протезист може більш точно підлаштувати настройки на основі відповідної реакції. Далі пацієнт робить приблизно 10 кроків, і система самостійно отримує основну частину інформації, необхідної їй для розрахунку точних індивідуальних параметрів для кожного пацієнта.
Існують і інші розширені настройки для ходіння по пандусу, сходах, або при ходінні з різною швидкістю - попередньо обчислені значення налаштовуються під користувача в даних умовах навколишнього середовища і місцевості.
Так як дана нагорода характеризує собою «наступний великий крок» у розвитку технології, і пройшовши через складний процес відбору (найбільш повний в інженерному секторі Великобританії), то дане визнання наших здібностей додало нам сміливості зробити ще більші кроки при розширенні функцій Linx для менш активних користувачів (яких більшість серед ампутантів), щоб дати їм можливість безпечно стояти і сидіти.
Хотілося б сподіватися, що це призведе до зменшення кількості обслуговування, необхідного літнім людям з ампутованими кінцівками і забезпечить їм тривалу самостійне життя. І на закінчення, що стосується зовнішнього джерела живлення для протеза, кінцевою метою є заміна їм енергії, виробленої вихідної людської кінцівкою.
Як ви думаєте, яке майбутнє чекає інтелектуальні протези?
Зараз ми знаходимося на самому початку їх інтеграції. Через 20 років я думаю, все протези вже будуть комплексними, що ми можемо спостерігати з верхніми кінцівками, в яких датчики підключаються до тіла для управління протезом. Через 5 років передбачається суттєвий прогрес у галузі розробки програмного забезпечення, за допомогою якого буде відбуватися управління протезом.
Ми почали краще розуміти природну координацію суглобів нижніх кінцівок і сегментів, що відкриває нам нові цікаві можливості для конструювання протезів, здатних безперебійно виконувати свої функції, незалежно від того, чи піднімає користувач тяжкості, приймає душ або переодягають взуття.
Де читачі можуть знайти більш детальну інформацію?
Інформація про нагороду Королівської Академії Engineering's MacRobert є на сайті: www.raeng.org.uk/prizes/macrobert
Про професора Саїді Сахеді
Професор Саїд Сахеді OBE FREng RDI FIMechE PhD: вже понад три десятиліття займає лідируючі позиції в області міжнародної інноваційної протезної діяльності.
Професор Саїд Сахеді є членом Королівської інженерної академії та Інституту інженерів-механіків, Королівським конструктором в промисловому секторі, Заступником голови ISPO Великобританії, член ISO, CEN і IEC Working Groups в медичній робототехніці, ортопедії і протезуванні.
Вам також може сподобатися
