Инновационная система управления многофункциональным протезом плеча

Авторы:

Буров Геннадий Николаевич — кандидат технических наук, руководитель научного направления, Федеральное государственное бюджетное учреждение «Федеральный научный центр реабилитации инвалидов им. Г.А. Альбрехта» Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации, ул. Бестужевская, 50, Санкт-Петербург, 195067, Российская Федерация, +7-921-791-12-90, e-mail: zxzy@yandex.ru

Большаков Владимир Александрович — старший научный сотрудник проектно-конструкторского отдела, Федеральное государственное бюджетное учреждение «Федеральный научный центр реабилитации инвалидов им. Г.А. Альбрехта» Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации, ул. Бестужевская, 50, Санкт-Петербург, 195067, Российская Федерация, +7-921-757-87-16, e-mail: pko09_903@mail.ru

Дробаха Алёна Сергеевна — младший научный сотрудник, Федеральное государственное бюджетное учреждение «Федеральный научный центр реабилитации инвалидов им. Г.А. Альбрехта» Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации, ул. Бестужевская, 50, Санкт-Петербург, 195067, Российская Федерация, e-mail: drobaha-alena@mail.ru

Аннотация:

Введение. Принимаемые в протезостроении технические решения должны способствовать созданию комфортных условий для пациента и обеспечению соответствия протезно-ортопедического изделия его медико-социальному назначению. Для пациентов с высоким уровнем ампутации, снабжённых протезом плеча, наиболее важным и одновременно сложным является создание системы управления, обеспечивающей реализацию функций протеза, а именно: ротации плеча, сгибания предплечья, сгибания и ротации искусственной кисти, а также управления её схватом. При этом необходимо определить источники управления данными функциями и оценить возможности инвалида использовать их для осуществления заданной функциональности протеза плеча без переключения в естественном режиме.

Цель исследования — повышение эффективности протезно-ортопедического обеспечения пациентов с ампутационными дефектами в пределах плеча за счёт расширения их функциональных возможностей путём создания инновационной системы управления, реализующей многофункциональность протеза плеча.

Материалы и методы. С целью восстановления наибольшего числа степеней подвижности при создании многофункционального протеза плеча, достаточно простого и эффективного в управлении, необходимо оценить остаточные и компенсаторные возможности инвалида-оператора, являющегося звеном биотехнической системы «инвалид — техническое средство». При этом требуется также выявить возможность использования всех сегментов руки с их остаточной подвижностью в качестве органов управления протезом. Немаловажную роль здесь играет практическая реализация средств съёма информации, обеспечивающих формирование различных систем управления многофункциональным устройством протеза плеча.

Результаты. В результате исследования выполнена проработка вероятных структур управления, включая структуры систем разомкнутого управления приводами протеза плеча, в том числе биоэлектрического и контактного (миотонического) управления, проведена предварительная проработка структуры систем замкнутого позиционного управления приводами протеза плеча.

Обсуждение. Процесс совершенствования в области протезов верхних конечностей идет весьма медленно. Это вполне объяснимо. По сравнению с решением общетехнических задач ситуация резко меняется, когда исследователь имеет дело с инвалидом, у которого отсутствует часть руки или, в случае вычленения плеча, рука отсутствует полностью.
Существующие протезы плеча реализуют одну или две функции: схват и сгибание предплечья. Инновация подобных протезов производится, в основном, за счёт увеличения функциональности искусственной кисти.
Поскольку сложный комплекс надплечья совместно с мышцами груди, лопаток, спины и околосуставных мышц после ампутации плеча в средней и нижней трети полностью сохраняет свою функциональность, его потенциальные возможности могут быть эффективно использованы как сигналы управления для систем управления бионических протезов плеча. Следует, однако, иметь в виду, что эти движения требуют соответствующего обучения и постоянной поддерживающей тренировки для исключения опасности в экстремальной ситуации совершить неадекватное действие.

Заключение. Проработка перспектив построения инновационных протезов плеча показала, что непрерывное управление с обратной связью по положению и усилию позволяет обеспечить фактическое очувствление процесса управления протезом плеча, способствует сокращению времени выполнения двигательных актов, повышая тем самым уровень реабилитационного эффекта при протезировании.

Список цитируемой литературы:

1. Буров Г.Н., Большаков В.А., Белянин О.Л., Дробаха А.С. Инновационный протез предплечья с одновременным управлением тремя функциями искусственной кисти // Робототехника и техническая кибернетика. — 2019. — Т.7. — №3. — С.233-239.

2. Реабилитация инвалидов: национальное руководство / под ред. Г.Н. Пономаренко. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2018. — 736 с.

3. Tallie MJ, van der Laan MD, Sietke G, Postema MD, PhD’Michiel F, Reneman PT, PhD’Raoul M, Bongers MSc, PhDbCorry K,van der Sluis MD. Development and reliability of the rating of compensatory movements in upper limb prosthesis wearers during work-related tasks. Journal of Hand Therapy. 2019(July-September);32(3):368-74.

4. Большаков В.А., Буров Г.Н. К вопросу формирования системы управления протезом при ампутационных дефектах в пределах предплечья // Вестник Всероссийской гильдии протезистов-ортопедов. — 2014. — № 4. — С. 31-33.

5. Буров Г.Н., Большаков В.А., Большакова М.А. Принципы создания современных реабилитационных устройств в протезировании верхних конечностей // Вестник Всероссийской гильдии протезистов-ортопедов. — 2017. — № 1. — С. 9-13.

6. Robbie Brack Emeka, H Amalu. A review of technology, materials and R&D challenges of upper limb prosthesis for improved user suitability. Journal of Orthopaedics. 2021(January-February);23:88-96.