10 подписчиков

🦾КАК РАБОТАЮТ БИОНИЧЕСКИЕ ПРОТЕЗЫ? ЧАСТЬ 1: За счёт чего двигается протез?

25 апреля 202325 апр 2023

3 мин

Время прочтения: 3-4 минуты

Вариантов несколько, начнём с самого распространённого. За счет анализа ЭМГ.📈

Самый главный термин:

🔎ЭМГ — электромиография — метод измерения электрических потенциалов, возникающих в скелетных мышцах с помощью накожных и внутрикожных электродов.

🦿У протезов так же, как и у условных рефлексов организма, есть три этапа, на которых зиждется их работа — задающий уровень управления, логический, исполнительный (чувствительный, центральный, двигательный).

🪄Задающий уровень управления собственно представляет собой электроды, считывающие ЭМГ.

В исследовании 2013 года их 25 и они располагаются определенным образом в зависимости от того, какой палец мы хотим найти (1я картинка — зоны и 2я — пример ЭМГ).

🕳Суть в том, что если на ампутированной конечности остались мышцы, отвечающие за движение в уже отсутствующих суставах, то информацию о возбуждении этих мышц можно считать и повторить в протезе этот двигательный акт.

Это ярко прослеживается на предплечье, где почти все мышцы, даже самые близкие к локтевой области, отвечают за движения в запястном суставе и суставе пальцев.

Далее рассмотрим этапы.

🏁Этапы:

1️⃣Ставят электроды схожим образом на другой здоровой руке и выделяют паттерны (уже знакомое слово из нейроимплантов) ЭМГ при различных движениях в суставах для каждого электрода.

🛑Здесь сделаю небольшое отступление и замечу, что, конечно, травматизация и формирование культи может накладывать свой отпечаток на ЭМГ(потеря иннервации мышц, их атрофия, а в дальнейшем спрутинг — прорастание других нервов в эту мышцу для ее иннервации) и поэтому паттерны здоровой конечности не будут полностью аналогичны, важен анализ и коррекция алгоритма. Этот этап — опорный.

2️⃣Анализируют ЭМГ как фрактальную🙈 кривую и цепочкой из нескольких математических уравнений находят коэффициент D.

“Определив диапазон значений D для каждого пальца, можно по этому признаку проводить его идентификацию по одному электроду.”

3️⃣Сопоставление данных со всех электродов для увеличения точности и качества сигналов — как бы смотрим на двигательную программу с разных сторон 🔨

4️⃣Передача преобразованной «двигательной информации» (программы) на двигательные единицы протеза (3е фото)

⚠️Но опять же, даже такой продвинутый способ не может сделать руку пишущей, работающей на все 100 процентов, потому что отсутствует проприоцептивное чувство — чувство положения в пространстве, тонуса мышц, давления с пальцев и многого другого, а значит мы не можем подсознательно проверять результат двигательного акта и цепочка, которая в организме завязана на торможении импульса для его постоянной проверки, размыкается. Мы проверяем результат работы рукой только зрительно, а не осязательно. Этого недостаточно.

Функционал такого протеза — разные хваты, жесты, да много чего, что объективно лучше отсутствия руки или ее муляжа, но точно не полная функциональность с мелкой моторикой🎸

🦿На ноге, которая должна выполнять уже более автоматизированные действия, такие как шагательный рефлекс, присутствуют дополнительные датчики, которые заменяют поступление проприоцептивной информации, но, понятное дело, не в тело, а в протез для более правильной работы:

⭕️датчик ускорения (акселерометр),

⭕️датчик угла колена, лодыжки,

⭕️датчик касания носка и пятки (для определения фазы опоры и переноса в цикле шагания)

Статистика и цены📊💰

🧩По данным «Моторики», в мире требуется около 35 млн. протезов верхних конечностей🦾 и в около 200 млн. протезов для ног🦿

🧩Самым дорогим протезом кисти является многосхватный VincentEvolution от Vincent Systems🇩🇪(фото), его конечная стоимость достигает 6 млн. рублей.

🧩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.