Hvordan Prosthetic Limbs Arbejde

{h1}

Prostetiske lemmer er utroligt værdifulde for amputere. Find ud af, hvordan proteselemmerne genopretter nogle af de tabte evner med det amputerede lemmer.

Hvis du er heldig har alle dine arme og ben, er chancerne for, at du tager dem for givet. Den menneskelige krop er et bemærkelsesværdigt stykke biologisk maskineri, og dine lemmer er ingen undtagelse. For eksempel overveje de delikate og komplekse opgaver, hænderne kan udføre, såsom at skrive i kalligrafi eller spille violin. Samtidig har hænderne den styrke og holdbarhed, der kræves til at greb tunge genstande og modstå påvirkninger. Benene er lige så imponerende, at en person kan køre lange afstande uden at trætte og navigere på tværs af usikre terræn.

Når nogen mister et lem på grund af skade eller sygdom, går den rige funktionalitet, der en gang tilbydes af det pågældende lem, også tabt. en øvre ekstremitet amputation, der involverer tabet af hele eller en del af en arm, kan betyde tabet af evnen til at udføre jobkompetencer eller normale aktiviteter i dagligdagen. For a amputanten i den nederste ende, nogen mangler dele af et eller flere ben, kan dette betyde tabet af evnen til at gå eller løbe.

Prostetiske lemmer er utroligt værdifulde for amputere, fordi en protese kan hjælpe med at genoprette nogle af de tabte evner med det amputerede lem. Selv om proteser ikke er fremskredet til det punkt, hvor de kan konkurrere med funktionaliteten fra biologiske lemmer, kan de muligheder, de giver, være signifikante. Der gøres store fremskridt hver dag inden for protesområdet, og mens de store teknologiske udfordringer forbliver, bliver kunstige lemmer i stigende grad ligner virkelige lemmer.

Vil du vide, hvordan proteser er lavet? Vil du vide, hvordan de styres? Hvor tæt er forskerne på at udvikle bioniske kunstige lemmer, ligner dem vi ser i science fiction-film? Vi giver dig besked. Men først læs den næste side for at se på fortiden og finde ud af, hvordan proteser har udviklet sig gennem historien.

Ikke bare Limbs

Mens en kunstig lem er sandsynligvis det første billede, der kommer til at tænke på, når man hører ordprotesen, kan udtrykket faktisk henvise til en kunstig erstatning for enhver manglende kropsdel. Fingre, tæer, ører, øjne og næser - de falder alle under protesens mærkning.

Historien om proteser

Denne protetå taler tilbage til mellem 950 og 710 B.C.

Denne protetå taler tilbage til mellem 950 og 710 B.C.

Den antikke litteratur indeholder henvisninger til proteser i historier og digte, men nogle af de tidligste historiske konti om protesekretbrug blev registreret i græsk og romersk tid. For eksempel er der den historiske beretning om Marcus Sergius, en romersk general, der mistede sin højre hånd og kæmpede i den anden puniske krig. Famously havde han en erstatningshånd udformet af jern med det formål at holde sit skjold og kunne vende tilbage til kampen og fortsætte med at kæmpe.

I år 2000 opdagede forskere i Kairo, Egypten, hvad de mener at være den ældste dokumenterede kunstige kropsdel ​​- en protetå på træ og læder. Enheden, der er knyttet til de næsten 3.000 år gamle mumificerede rester af en egyptisk noblewoman, er en god repræsentation af, hvor lidt proteser har ændret sig gennem historien. Med undtagelse af meget nylige tider er proteseanordninger fremstillet af basismaterialer, såsom træ og metal, og holdt til kroppen med lædertilbehør.

For at vise, hvor lidt proteser har udviklet sig gennem det meste af historien, overvej de kunstige hænder og ben i de mørke alder - næsten 2.000 år senere. Pansrede riddere i denne æra var ofte afhængige af jernprostetiske lemmer, som normalt var udført af samme metalarbejder, der lavede deres rustning. Disse omfangsrige lemmer var ganske vist ikke meget funktionelle og blev faktisk brugt mere med det formål at skjule det tabte lem, som på det tidspunkt blev anset for at være en pinlig deformitet.

Mest berømt tilskrives søfarende pirater, peglegs med trækerner og metalhænder, der er formet i kroge, har faktisk været protesstandarden igennem en stor del af historien. Mens Hollywood har overdrevet deres brug af kroge og peglegs, havde pirater undertiden stole på disse typer proteser. De krævede materialer til disse anordninger kunne scavenged fra et fælles piratskib; dog ville en uddannet læge have været sjældne. I stedet udførte skibets kok typisk amputationsoperationer, om end med dårlige succeshastigheder.

I den tidlige del af det 16. århundrede bidrog den franske militærlæge Ambroise Paré, der også var kendt for sit arbejde med amputationsteknikker, nogle af de første store fremskridt inden for proteser set i mange år. Paré opfandt en hængslet mekanisk hånd samt prostetiske ben, der fremhævede fremskridt som låseknæer og specialbeslag. Omkring 1690 udviklede en nederlandsk kirurg, Pieter Verduyn, senere en underbenprotes med specialiserede hængsler og en lædermanchet til forbedret tilslutning til kroppen. Det er utroligt, at mange af de fremskridt, der er medført af disse to læger, stadig er fælles træk ved moderne proteser.

Med ankomsten af ​​gasanæstesi i 1840'erne kunne lægerne udføre længere og mere grundige amputationsoperationer, så de kunne operere på lemstubben på en sådan måde, at de forberedte sig på at komme i kontakt med en protese. Fremskridt i sterile kimfri kirurgi forbedrede også succesraten for amputationsprocedurer, hvilket øger behovet for proteser.

Da kunstige lemmer blev mere almindelige, fortsatte fremskridt inden for områder som fælles teknologi og sugebaserede fastgørelsesmetoder at fremme prostetikområdet. Især i 1812 blev der udviklet en protesarm, der kunne styres af den modsatte skulder med forbindelsesstropper - noget som ligner hvordan bremser styres på en cykel.

Det Nationale Videnskabsakademi, et amerikansk statsligt agentur, etablerede det kunstige limbprogram i 1945. Programmet blev oprettet som reaktion på tilstrømningen af ​​veteran-amputere fra anden verdenskrig og med det formål at fremme videnskabelig udvikling i udviklingen af ​​kunstig lemmer. Siden denne gang har fremskridt inden for områder som materialer, computerdesignmetoder og kirurgiske teknikker hjulpet proteser til at blive mere og mere levende og funktionelle.

Du kan ikke tage det med dig... eller kan du?

En fælles kulturel tro - en afholdt i forskellige perioder gennem historien - er, at en person, som mister et lem under hans eller hendes tid på Jorden, forbliver ubarmhjertig i efterlivet. For at undgå denne skæbne blev amputerede lemmer almindeligt gemt til senere begravelse sammen med resten af ​​kroppen.

Moderne proteser

En amputant kan have flere protetiske lemmer, hver specialiseret til forskellige aktiviteter.

En amputant kan have flere protetiske lemmer, hver specialiseret til forskellige aktiviteter.

Hvordan sammenligner moderne proteser med de historiske tider? En stor forskel er tilstedeværelsen af ​​nyere materialer, såsom avancerede plast- og carbonfiberkompositter. Disse materialer kan gøre et prostetisk lemmer lettere, stærkere og mere realistisk. Elektroniske teknologier gør dagens avancerede proteser mere kontrollerbare, selv i stand til automatisk at tilpasse deres funktion under bestemte opgaver, såsom gribning eller gåning.

Mens nye materialer og teknologier har helt sikkert moderniseret proteser i løbet af det sidste århundrede, forbliver de grundlæggende bestanddele af proteser forblev de samme. Lad os gå over nogle af disse.

Pylon er den indre ramme eller skelet af protesen. Pylonen skal tilvejebringe strukturel støtte og er traditionelt blevet dannet af metalstænger. I nyere tid er lettere carbon-fiber kompositter blevet brugt til at danne pylons. Pylons er undertiden omsluttet af et låg, typisk fremstillet af et skumlignende materiale. Omslaget kan formes og farves for at matche modtagerens hudfarve for at give proteselemmen mere

livagtigt udseende.

Stikket er den del af den protese enhed, der går i forbindelse med patientens lemstub eller resterende lemmer. Fordi soklen overfører kræfter fra proteselemmen til patientens krop, skal den være omhyggeligt monteret på den resterende del for at sikre, at det ikke forårsager irritation eller beskadigelse af huden eller underliggende væv. En blød beklædning er typisk placeret indeni indersiden af ​​stikkontakten, og en patient kan også have et lag af en eller flere protesokker for at opnå en mere tæt pasform.

Suspensionssystemet er, hvad der holder protesen fastgjort til kroppen. Suspensionsmekanismen kan komme i flere forskellige former. For eksempel, i tilfælde af et sele system, anvendes remme, bælter eller ærmer til at fastgøre protesenheden. For nogle former for amputationer kan protesen forblive vedhæftet ved blot at passe på formen af ​​det resterende ben. En af de mest almindelige typer af suspensionsmekanismer er afhængig af sugning. I dette scenario passer proteselemmen tæt på det resterende lem, og en lufttæt forsegling holder den på plads.

Selvom de fleste proteser har disse grundlæggende komponenter i en eller anden form, er hver enhed unik og designet til en bestemt type og niveau af amputation. Hvorvidt en amputation er over eller under store led, som albuen eller knæet, gør en stor forskel på, hvilken type prostetisk lem er påkrævet. For eksempel a transfemoral amputation - en amputation over knæet - kræver en protesenhed med et kunstigt knæ, mens a transtibial amputation - en amputation under knæet - giver patienten mulighed for at beholde brugen af ​​hans eller hendes eget knæ.

Så nu kender vi de komponenter, der udgør en protesenhed, men hvordan bliver proteseforbindelser alligevel gjort? Læs den næste side for at finde ud af.

Et alternativ til proteser?

Selv om det stadig er en forholdsvis ny og udviklingsteknik, har eksperimenter med lemtransplantation vist lovende resultater. Det er en ekstremt kompliceret operation, men flere patienter har med succes modtaget transplanterede hænder på det jødiske hospital, der er baseret i Louisville Medical Center ved University of Louisville, Ky.

Fremstilling af proteser

Fysioterapi er kritisk efter en amputationskirurgi.

Fysioterapi er kritisk efter en amputationskirurgi.

Fordi hver patient og hans eller hendes amputation er unik, skal hver proteselamme tilpasses og derefter bygges. Dette er opgaven med a ortopædisk bandagist, der specialiserer sig i fremstilling og montering af proteser. Fordi prosthetister arbejder for at interfere med kunstige enheder med menneskekroppen, har de brug for en bred vifte af færdigheder inden for områder som teknik, anatomi og fysiologi.

Design- og fabrikationsprocessen består af flere forskellige trin og begynder med en præcis måleproces, der senere bruges til at designe proteselemien. Om muligt begynder en proteser at tage målinger, før patientens lem er endog amputeret, så fremstillingsprocessen kan komme i gang. For eksempel er detaljerede målinger af patientens krop taget for at hjælpe med at dimensionere prostetiske lemmer korrekt. Protesisten og lægen møder også før operationen for at diskutere detaljer om operationen.

Adskillige uger efter amputationskirurgi, når såret har haft en chance for at helbrede og hævelsen er gået ned, tages der en gipsform af det resterende lem.Denne form tjener derefter som en skabelon til fremstilling af et duplikat af det resterende lem. Den resterende del af duplikatet bruges derefter til at teste pasformen af ​​proteselemmet, da det bliver bygget. Nyere teknologier tillader også datastyrt digitale målinger. Der lægges også omhyggelig vægt på strukturen af ​​patientens resterende lem, herunder placeringen af ​​enhver muskler, sener og knogler. Patientens sundhed og tilstanden af ​​huden er andre faktorer, der tages i betragtning ved udformningen af ​​protesen.

Fysioterapi efter en amputation og protesanordning er ekstremt vigtig. At lære at gå med en protese kan være en særlig vanskelig opgave, der kræver flere måneders rehabilitering og træning. Terapi kan også fokusere på at bruge protesen til at udføre vigtige hverdagslige aktiviteter. For en benproteser overvåger proteseren omhyggeligt patientens ganggang og foretager tilpasninger efter behov.

Prostetisten lægger særlig stor vægt på grænsefladen mellem patientens resterende led og protesekontakten. Efter en amputation vil en patients residuallempe typisk krympes i løbet af flere måneder, idet hævelse formindskes, og muskler begynder at atrofi eller krympe fra manglende brug. Det er muligt, at nye stikkontakter måske skal monteres for at imødekomme reduktionen i størrelse. Lag af soklignende dressinger kan også varieres for at imødekomme den ændrede størrelse af det resterende lem. En protesist skal arbejde særligt tæt sammen med børn for at sikre, at deres proteser er blevet ændret eller udskiftet som nødvendigt for at holde op med deres naturlige vækst.

En patient vil fortsætte med at besøge protesen gennem hele hans eller hendes liv, da resterende lemmer altid kan ændre form og proteser til sidst nedbrydes. Faktisk har en gennemsnitlig proteseanordning ifølge National Loss Information Center et levetid på kun tre år.

Læs videre for at finde ud af, hvordan en patient er i stand til at kontrollere et protetisk lem.

Bilaterale amputee

Hvis tabet af en arm lyder svært, forestil dig livet for en bilaterale arm amputær, savner begge arme. Heldigvis kan moderne protetiske lemmer gå langt i at hjælpe bilaterale arm amputerer til at genvinde vigtige evner. Nogle dobbeltarm amputerer bliver også bemærkelsesværdigt dygtige ved at bruge deres fødder og tæer til at udføre hverdagens opgaver.

Prostetisk Limb Control

Den i-Limb protetiske hånd fra Touch Bionics har individuelt drevne fingre, der gør det muligt at udføre forskellige typer greb med forbedret kontrol.

Den i-Limb protetiske hånd fra Touch Bionics har individuelt drevne fingre, der gør det muligt at udføre forskellige typer greb med forbedret kontrol.

Forskellige typer af proteser er designet med forskellige mål i tankerne. Ofte afhænger disse mål af amputationsstedet og patientens behov.

For eksempel er et kosmetisk protetisk lem, kaldet en kosmese, designet med udseende i tankerne snarere end kontrollerbarhed. Avanceret plast og pigmenter, der er unikt tilpasset patientens egen hudtone, tillader en moderne kosmese at tage et fantastisk livlignende udseende. Selv detaljer som fregner, hår og fingeraftryk kan medtages, hvilket bringer kosmese til det punkt, hvor det næsten ikke skelnes fra den oprindelige manglende arm eller ben.

Andre proteser er designet med brugervenlighed og funktion som et centralt formål. Som et eksempel kan en fælles styrbar proteshånd bestå af en pincer-lignende split hook, der kan åbnes eller lukkes til grebobjekter eller udføre andre typer opgaver. Denne type protesenhed kan dækkes med en handskelignende belægning for at gøre den mere til en naturlig hånd. Funktionelle proteser kan faktisk styres på forskellige måder.

Kropsdrevne proteser er styret af kabler, der forbinder dem med andre steder på kroppen. For eksempel kan en protesarm styres via et kabel, der er fastgjort med en rem eller seletøj til den modsatte, sunde skulder. Arbejdsskulden bevæges derefter på visse måder for at styre protesenheden - ligesom du kan bruge en håndhåndtag på din cykel til at styre bremserne.

Eksternt drevne proteser er udstyret med motorer og kan styres af patienten på flere måder. Omskifterstyringsmetoden gør det muligt for en patient at bevæge sin protesenhed ved at dreje omskiftere eller knapper. Patienten skifter omskifterne med den modsatte skulder, eller han eller hun kan muligvis bruge resterende muskler i den resterende del for at skubbe omskifterne. Fordi en protetisk hånd eller arm kan udføre en bred vifte af bevægelser, kan forskellige sekvenser af omskiftning af omskifter være påkrævet for at udføre ønskede opgaver.

En mere avanceret måde at styre et protetisk lem på er ved at lytte til muskler tilbage i det resterende lem, som patienten stadig kan indgå. Fordi muskler genererer små elektriske signaler, når de trækker sammen, kan elektroder placeret på overfladen af ​​huden måle muskelbevægelser. Selv om der ikke er nogen knapper, der er fysisk presset af musklerne i dette tilfælde, opdages deres sammentrækninger af elektroderne og bruges derefter til at styre proteselemien - på samme måde som den omskifterstyringsmetode, der netop blev beskrevet. Prostetiske lemmer, der fungerer på denne måde, kaldes myoelektrisk.

Når en protesarm har flere led, såsom a transhumeral, eller over-albue, protese, kan hver ledning være styret af den samme kontakt eller muskel. For at opnå dette tillader sekventielle kontrolmetoder en ledning at blive placeret ad gangen. For eksempel kan patienten først bruge en omskifter eller muskelkontraktion til at signalere for prostetisk lem at bøje albueforbindelsen og derefter signalere, at den protesehånd lukker for at greb en genstand.

Avancerede nederste proteser er udstyret med en række mekanismer, der hjælper dem til at bevæge sig naturligt, når en patient går eller løber. Et protetisk knæ er særlig vanskeligt at konstruere, da det hele tiden skal justeres for at muliggøre normal gang, stående og sidder. Avancerede kunstige ben har et computerstyret knæ, som automatisk tilpasser sig til patientens gangsstil.

Desværre har prisen på prostetiske lemmer tendens til at være meget høj. Dette gælder især for de proteser, der indeholder elektroniske komponenter. Faktisk kan myoelektriske proteser og proteser udstyret med computerstyrede knæ koste mange titusindvis af dollars.

Så, tror du, at disse proteser er de mest avancerede på markedet? Nå, forskere og forskere har taget proteser til næste niveau. Læs den næste side for at finde ud af hvordan.

En intelligent knæ

Avancerede protesben kan udstyres med en mikroprocessor (computerchip) og sensorer, der måler vinkler og kræfter, mens en patient går. Over tid lærer mikroprocessoren hvordan patienten går og tilpasser konstant knæets stivhed i overensstemmelse hermed.

Ossurs Rheo Knæ er særlig interessant på grund af, hvordan det tilpasser knæets stivhed: Væske inde i enheden indeholder metalpartikler, og når enheden sender et magnetfelt gennem væsken, tykker og forstærker knæleddet.

Fremragende proteser

Jesse Sullivan (venstre) og Claudia Mitchell (højre) høj fem hinanden, da de demonstrerer funktionaliteten af ​​deres tankestyrede bioniske arme under en pressekonference i Washington, D.C.

Jesse Sullivan (venstre) og Claudia Mitchell (højre) høj fem hinanden, da de demonstrerer funktionaliteten af ​​deres tankestyrede bioniske arme under en pressekonference i Washington, D.C.

En af de mest banebrydende teknologier, der bruges til at kontrollere proteser, kaldes målrettet muskelreparation (TMR) og blev udviklet af Dr. Todd Kuiken ved Rehabilitation Institute of Chicago. For at forstå TMR skal du kende nogle grundlæggende fysiologi. Din hjerne styrer musklerne i dine lemmer ved at sende elektriske kommandoer ned ad rygmarven og derefter gennem perifere nerver til musklerne. Forestil dig nu hvad der ville ske med denne informationsvej, hvis du havde en lemmer amputeret. De perifere nerver ville stadig bære elektriske motorstyresignaler genereret i hjernen, men signalerne ville møde en blindgyde på amputationsstedet og nå aldrig de amputerede muskler.

I den kirurgiske procedure, der kræves for TMR, omdirigeres disse amputerede nerver til at kontrollere en substitutions sund muskel andetsteds i kroppen. For eksempel kan kirurgen knytte de samme nerver, som en gang styrede en patients arm til en del af patientens brystmuskler. Efter denne procedure, når patienten forsøger at bevæge sin amputerede arm, vil styresignalerne, der bevæger sig gennem den oprindelige arm nerve, nu få en del af brystmusklene til at indgå i stedet. Dette er værdifuldt, fordi den elektriske aktivitet af disse brystmuskler kan afføles med elektroder og bruges til at tilvejebringe styresignaler til et protetisk lem. Slutresultatet er, at en patient blot ved at tænke på at flytte den amputerede arm bevirker, at den protese arm bevæger sig i stedet.

Hvis elektroder kan mærke elektriciteten forårsaget af muskelkontraktioner, hvorfor kan de ikke bare gå til informationskilden og måle de elektriske signaler, der bæres i nerverne eller endda hjernen? Svaret er, at de kan, men optagelse fra hjernen og nerverne er mere udfordrende af flere grunde. For eksempel er elektriske signaler i hjernen og nerverne meget små og vanskelige at få adgang til. Field of neurale grænseflader er dedikeret til at udvikle måder at lytte til og kommunikere med hjernen og nerverne.

Som et eksempel på neurale grænsefladeteknik kan forskere implantere mikroskalaelektroder i hjernen for at lytte til hjernens aktivitet. Når patienten forsøger mentalt at bevæge sin amputerede lemmer, kan mikroelektroderne aflytte motorstyresignaler genereret i hjernen, og disse signaler kan derefter bruges til at styre en protesenhed. En spændende implementering af denne teknologi kommer fra lab af Dr. Miguel Nicolelis lab ved Duke University. Bemærkelsesværdige videooptagelser dokumenterer muligheden for aber, der er implanteret med mikroelektroder, for at bruge deres tanker til at styre en protesarm for at fodre selv snacks.

Fremtidige fremskridt inden for neurale grænseflader vil gøre det muligt for kunstige enheder at stimulere nerverne eller hjernen mere effektivt for at genoprette en følelse af berøring og lade patienter føle deres kunstige lemmer. Denne evne vil gå langt i at lukke kløften mellem proteser og de naturlige lemmer, de er designet til at erstatte.

Disse typer af teknologiske innovationer er blot nogle af de eksempler, der viser, hvordan prostetikens område konstant udvikler sig. Mens udfordringerne er gode, er der sket bemærkelsesværdige fremskridt i løbet af de sidste par årtier, og dedikerede forskere rundt om i verden arbejder hver dag for at gøre proteser så tæt som muligt på den virkelige ting.

Følg linkene på næste side for meget mere information om proteser og relaterede emner.

DARPAs revolutionære protetikprogram

Forsvaret Advanced Research Projects Agency (DARPA) finansierer titusindvis af dollars om året for at fremme avanceret protetisk lemteknologi. Deres mål er at udvikle proteser, der nærmer sig funktionen af ​​lemmerne, der udskiftes. Hvad gør programmet unikt er dets vilje til at finansiere sonderende forskning for at gøre sit mål til en realitet så hurtigt som muligt.

Flere gode links

  • Amputee Coalition of America (ACA)
  • Össur
  • Otto Bock protetik
  • DARPA - Revolutionerende proteser
  • Georgia Tech's Masters of Science i Prostetik og Orthotics programmet

Kilder:

  • "Protesens historie." University of Iowa Hospitaler og klinikker Medical Museum. 2008/06/05. //uihealthcare.com/depts/medmuseum/wallexhibits/body/histofpros/histofpros.html
  • "Historie af undersøgelsen af ​​lokomotion." 2008/06/05. //univie.ac.at/cga/history/
  • Kelly, Brian. Pangilinan, Percival. "Lower Limb Prosthetics." 2008/06/05. //emedicine.com/pmr/topic175.htm
  • Kelly, Brian. Pangilinan, Percival. "Upper Limb Prosthetics." 2008/06/05. //emedicine.com/pmr/topic174.HTM
  • "Prostetiske FAQ til den nye amputant." National Limb Loss Information Center. 2008/06/05. //amputee-coalition.org/fact_sheets/prosreplacprof.html
  • "Prostetiske dele og muligheder." Merck Manual Home Edition. 2008/06/05. //merck.com/mmhe/sec25/ch307888/ch307888b.html
  • Rossbach, Paddy. "Hvornår skal du udskifte en protese." 2008/06/05. //amputee-coalition.org/fact_sheets/prosreplacprof.html
  • Thurston, Alan. "Pare og protetik: Den tidlige historie af kunstige limbs." ANZ Journal of Surgery. 77: 1114-1119. 2007.
  • Wilczynski, Krzysztof. "Pirates! Legend - Fælles misforståelser." 2008/06/05. //piratesinfo.com/legend/treasure/common.html


Video Supplement: Building a Prosthetic Arm With Lego.




DA.WordsSideKick.com
All Rights Reserved!
Reproduktion Af Materialer Tilladt Kun Prostanovkoy Aktivt Link Til Webstedet DA.WordsSideKick.com

© 2005–2019 DA.WordsSideKick.com