Исследователи из Индийского технологического института (ИИТ) Гувахати разработали доступный по цене протез ноги, который позволит людям с ограниченными возможностями (ЛОВ) жить в индийских условиях. Помимо того, что этот протез ноги подходит для неровной местности, разных возрастных групп и нескольких этапов использования протеза,
он позволяет пользователям делать глубокие приседания, сидеть со скрещенными ногами и заниматься йогой.
Финансирование этого исследования поступило от Министерства образования, правительства Индии и Департамента биотехнологии, правительства Индии.
Разработкой этого протеза ноги, учитывающего доступность и адаптируемость к местным потребностям в передвижении, руководил профессор С. Канагарадж с кафедры машиностроения.
В пресс-релизе, выпущенном институтом ранее на этой неделе, профессор Канагарадж сказал: «Коленный сустав, разработанный нашей командой, имеет подпружиненный механизм глубокого приседания, который помогает более комфортно пользоваться индийской туалетной системой; механизм поворота колена помогает сидеть со скрещенными ногами; запорный механизм помогает снизить страх пациентов перед падением при ходьбе по неизвестной местности; регулируемая длина звена в колене помогает обеспечить большую стабильность или легкость сгибания в зависимости от возраста и требований пациентов. В целом, коленный сустав разработан с учетом образа жизни индийцев, который не соответствует другим продуктам».
Особенности протеза конечности
Протезы ног, разработанные с использованием западных технологий, игнорируют индийские двигательные потребности, такие как сидение со скрещенными ногами, глубокие приседания для посещения туалета и упражнения в йоге. Усовершенствованный механизм поворота коленного сустава облегчает сидение со скрещенными ногами и позволяет значительно увеличить радиус действия по сравнению с традиционными протезами коленей. Механизм глубокого приседания помогает предотвратить остановку движения при вставании и снижает затраты метаболической энергии.
«Чтобы имитировать возможность вращения в развитом коленном суставе, в коленный сустав встроен механизм с пружиной сжатия, который позволяет вращать нижнюю конечность относительно тазобедренного сустава. Эта сидячая поза со скрещенными ногами помогает пользователям общаться в повседневных мероприятиях, таких как практика йоги, прием пищи на определенных общественных мероприятиях и т. д. Кроме того, человек может использовать эту функцию вместе с согнутым коленом, чтобы завязать шнурки, не снимая шнурки. протез ноги», — объясняет профессор Канагарадж в беседе с The Better India .
Он добавляет: «Тем временем механизм глубокого приседания включает в себя двухфазные вспомогательные пружины разгибания в сочетании с кинематической структурой (длиной звена) коленного сустава, которая позволяет пользователю сидеть в положении глубокого приседания. Эта пружина накапливает энергию при глубоком приседании и высвобождает накопленную энергию, когда пользователь пытается встать из этого положения. Короче говоря, помощь пользователю встать, в отличие от других доступных механизмов, которые только помогают до сидения в положении на стуле и ограничивают после этого. Этот механизм не встречается ни в одном другом коммерчески доступном коленном суставе с механическим приводом».
Также инвалиды нуждаются в дополнительной стабилизации в зависимости от стадии использования протеза. Как только человек с ампутированной конечностью привыкает к своей ноге, ему становится трудно ходить по неровной местности и лестницам. Чтобы решить эту проблему, исследователи из IIT-G разработали механизм блокировки колена, который может активироваться и деактивироваться человеком с ампутированными конечностями, когда он сталкивается с трудными условиями.
«Рассмотрите ситуацию, когда человеку с ампутацией трудно управлять стабильностью. В этом состоянии возможность блокировки сгибания колена позволит пользователю перенести вес на протезную ногу, которая не имеет никакого сгибания или изгиба. Так человек будет более устойчивым. Протез ноги будет действовать как жесткий костыль, прикрепленный к культе. Но человек должен поднять (накрениться) бедро, чтобы получить свободное пространство от пола, чтобы можно было избежать любой ситуации спотыкания. Однако такой стиль ходьбы не характерен для походки человека. Надлежащее укрепление мышц может позволить пользователю ходить с согнутыми коленями после нескольких недель тренировок. Эта возможность блокировки сгибания также позволяет пользователю стоять в течение более длительного времени, не сгибая колено, избегая при этом страха падения», — говорит он.
Это заблокированное колено действует как жесткая палка, которая наиболее устойчива на нескольких типах местности, таких как гравий, лестницы, пандусы и т. д., поскольку степень свободы колена ограничена, что повышает устойчивость пользователя на начальном этапе протезирования.
В зависимости от остаточной длины ноги пациента требования к протезу различаются. Идя дальше, в зависимости от возраста человека, требуется больше стабильности. Например, пожилые пациенты подвержены более высокому риску падения. В соответствии с потребностями пациента для индивидуальной настройки также предусмотрена регулировка длины звена и механизм регулировки выравнивания протеза.
Выдерживает вес тела до 100 кг
Во время физической активности динамическое равновесие является ключом к предотвращению падения человека. Решения, предлагаемые этим протезом ноги, заключаются в снижении ударной нагрузки на твердые поверхности, максимальном увеличении силы отрыва пальца и улучшенном балансе.
«Во время ходьбы сухожилия обеспечивают необходимую поддержку и стабильность стопы. Поскольку у человека с ампутированной конечностью эти сухожилия отсутствуют, в динамический голеностопный сустав включены амортизирующие пружины, которые повторяют их функцию накопления и высвобождения энергии. Это снижает воздействие на человека с ампутированной конечностью. Кроме того, человеческая стопа обычно может свободно приспосабливаться, вращаясь в зависимости от условий. Динамическая лодыжка в значительной степени имитирует эту адаптивность», — объясняет профессор Канагарадж.
Между тем, аномалия, замеченная в их походке колена и стопы, уменьшена с помощью конструкции колена Sankalp и подтверждена с помощью анализа походки и движения.
«Колено Sankalp (колено второго поколения) — еще один коленный сустав, разработанный командой, испытания которой проводились на нескольких пользователях. Его кинематический анализ производительности во время цикла походки (стиля ходьбы человека) показал, что он соответствует нормальному образцу человеческой ходьбы с минимальными отклонениями. Аномалия была уменьшена за счет использования четырехзвенного механизма в конструкции колена. Основываясь на отзывах, полученных от коленных суставов предыдущего поколения, текущий коленный сустав третьего поколения разработан с дополнительными функциями, которые могут соответствовать индийскому образу жизни», — утверждает он.
Нарушение походки возникает в результате ампутации здорового человека, при которой удаляются важные мышцы, необходимые для нормальной походки.
Хотя механический протез пытается компенсировать потерю движения, он не может воспроизвести точное движение из-за отсутствия накопления и высвобождения энергии. «Колено Sankalp снабжено пружинными механизмами для компенсации накопления и высвобождения энергии и, таким образом, уменьшения аномалий походки», — добавляет он.
Благодаря этому, по мнению профессора Канагарая, у людей с ампутированными конечностями улучшится качество жизни.
Согласно пресс-релизу, другие аспекты этого решения по сравнению с аналогами включают:
Полицентрический коленный шарнир с четырьмя звеньями, изготавливаемый методом литья под давлением, с замковым механизмом.
Предотвращает остановку движения при вставании из положения глубокого приседания и обеспечивает дополнительную энергию во время маха ногой с помощью пружинного механизма смещения разгибания
Настраиваемая длина звена может быть отрегулирована протезистом для повышения стабильности и легкости сгибания в зависимости от длины конечности, активности или возраста пациента (номер заявки на патент Индии — 202031017295).
Дополнительная устойчивость во время стояния или реабилитационных мероприятий с помощью ручного механизма блокировки сгибания колена для переключения с полицентрической на жесткую конфигурацию колена.
Минимизация силы опоры, максимизация толчка при ходьбе и балансировка при ходьбе по неровной поверхности с использованием динамического голеностопного сустава с подошвенно-тыльным сгибанием и инверсионно-эверсионным движением.
Протез ноги испытан в соответствии с международными стандартами в условиях нагрузки до 100 кг массы тела.
Уменьшение веса протеза ноги достигается за счет выбора подходящих полимеров, алюминиевых сплавов и нержавеющей стали для различных компонентов.
В релизе утверждается, что после фиксации разработанных ими технологий люди с ампутированными конечностями смогли ходить с согнутым коленом между параллельными брусьями и за их пределами в первый день реабилитации в Лаборатории анализа походки и движения, IIT-Guwahati. Кроме того, люди с ампутированными конечностями могли использовать различные функции протеза ноги с какой-либо дополнительной поддержкой и без нее в своей повседневной жизни.
«Мы находимся на заключительном этапе процесса испытаний, когда пользователи продолжают получать отзывы о реабилитации. В зависимости от потребностей пользователя стоимость протеза ноги варьируется от 25 000 до 50 000 рупий. Мы ведем переговоры с несколькими компаниями о передаче технологий. Мы по-прежнему открыты для обсуждения со всеми, кто заинтересован в его коммерциализации»
