Самый умный протез в мире?

Самый умный протез в мире? Интервью с профессором Саидом Захеди

Интервью взято из April Cashin-Garbutt, MA (Cantab)

saed

Взгляд изнутри профессора Саида Сахеди OBE FREng RDI FIMechE PhD

Технический директор компании Blatchford

С какими проблемами сталкиваются сегодня пользователи протезов нижних конечностей, и почему Blatchford создали интеллектуальный протез?

Основные проблемы, связанные с ампутацией нижних конечностей — это безопасность и боль. Отсутствие обратной связи приводит к увеличению риска падения, необходимость в компенсаторных движениях из-за неустойчивости вызывает боли в пояснице и дискомфорт в области культи конечности. Все это приводит к неуверенности и неспособности жить полноценной жизнью.

В течение 40 лет мы применяли новейшие инженерные и технологические достижения для того, чтобы реализовать функции коленного сустава и щиколотки\ступни в модульном протезе. Мы стали первыми использовать композитные материалы для создания более легких протезных компонентов, применять многоосные щиколотки для уменьшения физических затрат при ходьбе, а также разработали первое микропроцессорное колено для управления темпом ходьбы. Мы добились значительного прогресса, впервые создав гидравлические щиколотки стоп, которые могут адаптироваться к различным неровным поверхностям, обеспечивая превосходную ответную реакцию между протезом и культей.

Мы достигли того, что наука, лежащая в основе передвижения, позволила нам сымитировать естественную взаимосвязь между щиколоткой и коленом, и определить то, каким образом необходимо скоординировать части протеза с тем, чтобы бы они работали вместе. Это позволило обеспечить большую устойчивость и безопасность, больший комфорт за счет распределения нагрузок и меньших затратах энергии, например, при быстрой ходьбе, при ходьбе вниз по пандусу, стоянии не месте или стоянии на склоне. Наши пациенты смогли распределить нагрузку на обе конечности более равномерно, уменьшить количество необходимых компенсаторных движений и снизить нагрузку на опорно-двигательный аппарат.

Следующим закономерным шагом была разработка комплексного протеза, в котором колено и щиколотка могли бы гармонично функционировать и продолжать работать в любой ситуации, в которой мог оказаться пользователь протеза. Так родился Linx.

Протез Linx имеет 4 центральных процессора, 7 датчиков, чтобы получать и обрабатывать информацию о пользователе, его действиях, окружающей среде и местности.

Как работает интеллектуальный протез? Каким образом система автоматически адаптируется к различным условиям?

Новое поколение интеллектуальных протезов представляет собой комплексную систему, которая сочетает в себе щиколотку, стопу и колено, интегрированные в единое устройство, которое, в свою очередь, вмещает в себя массив датчиков, гидравлические и пневматические приводы, связанные с композитными и пневматическими пружинами. Эти пружины собирают естественную человеческую энергию и возвращают ее в протез под управление четырех микропроцессоров.

Компоненты системы Linx связаны 3-мя информационными каналами для передачи данных, работающих одновременно в режиме реального времени, и способными передавать до 700 сообщений в секунду, в любое время.

Свыше 100 различных фрагментов информации могут быть передаваться между щиколоткой и коленом.

В течение дня протез будет адаптироваться свыше 2.000 раз в зависимости от действий пользователя

Например, датчики на стопе обнаруживают поверхность со склоном и отдают команду колену увеличить амортизацию, или, когда пациент делает остановку, датчики на колене отмечают это, еще раз согласуют со щиколоткой и увеличивают параметры сопротивления таким образом, чтобы предложить более естественную и удобную позу для стояния с учетом всех индивидуальных особенностей.

Интеллектуальность протеза заключается в его способности обеспечить бесперебойную работу благодаря моментальной информированности об изменениях внешней среды, внутренних нагрузках и движении пациента. Протез подстраивается и предлагает наиболее оптимальную функциональность при наименьших компенсаторных усилиях со стороны пользователя. Пользователи Linx отметили, что у них далеко не всегда есть необходимость думать о ходьбе, стоянии, сидении, спуске по лестнице или хождении по пандусу. На самом деле часто они были удивлены, что поверхность изменилась, а они даже не заметили этого!

linx-review

Какие были основные сложности при разработке системы Linx, и сколько потребовалось времени на ее разработку?

Основные сложности были связаны с созданием базы или платформы для наших экспериментов и установлением связи между коленом и щиколоткой. Затем нужно было определить, какое понадобится оборудование, и уже после поместить все это в практичную упаковку, визуально привлекательную и достаточно легкую при ношении.

На сегодня основные ожидания связаны с устройствами, которые могут работать на батарейках в течение нескольких дней. Например, нам нужно было добиться того, чтобы технология используемых батарей была настроена таким образом, чтобы центр тяжести протеза находился как можно ближе к колену, что является необходимым условием для уменьшения воздействия любых ненормальных толкающих сил на приемную гильзу и культю. Для решения этой задачи нам пришлось объединить всю команду разработчиков, за чем было очень интересно наблюдать, прямо как за танцем, разные решения появлялись одно за другим.

Создание проекта заняло 3 года с момента подачи заявки на патент, разработки структурного и функционального прототипов для тестирования. Было очень интересно наблюдать за реакцией пользователей.

Какие отзывы у вас уже есть?

Несмотря на присутствие некоторых сложностей, отзывы очень положительные. Сразу появились отзывы о безопасном прохождении через препятствия, когда пользователю не надо было задумываться о том, как его совершить; о приспосабливаемости протеза к различным типам поверхностей, его податливости при хождении по краю дороги, стоянию на месте в расслабленном состоянии.

В одном случае врачи решили отложить лечение второго колена пациента из-за болей в пояснице: после нескольких недель использования протеза Linx, это перестало быть проблемой. Linx обеспечивает дополнительный комфорт, уверенность и способность стоять вертикально, а также сохранять равновесие в любых ситуациях и безопасно садиться. Для случаев двусторонней ампутации мы сейчас работаем над тем, чтобы правая нога могла «общаться» с левой, так как все аппаратные и программные средства уже имеются в нашем распоряжении.

В другой раз мы в ужасе и с большим волнением наблюдали за тем, как человек с ампутированной конечностью спускался спиной вниз по склону, протез Linx смог сделать это!

linx-reklatra

Сколько времени требуется, чтобы настроить протез Linx  под естественную походку его пользователя? Как часто требуется такая настройка?

Основная проблема, которая была решена – это взаимодействие пользовательского программного обеспечения и встроенного программного обеспечения. Linx как раз об этом и заботится – настройка по большей части происходит автоматически и работает путем измерения походки пациента.

Что касается пациентов, то каждый из них индивидуален и требует индивидуальной настройки. Это означает, что настройка является очень важным и сложным моментом, который должен учитывать все эти и многие другие индивидуальные особенности.

Программирование занимает 10-15 минут. Пациент сначала устанавливает значения настроек при стоянии на месте, затем при сидении и после при вставании. Протез учится естественному движению пользователя. Протезист может более точно подстроить настройки на основе ответной реакции. Далее пациент делает приблизительно 10 шагов, и система самостоятельно получает основную часть информации, необходимой ей для расчета точных индивидуальных параметров для каждого пациента.

Существуют и другие расширенные настройки для хождения по пандусу, лестнице, или при хождении с разной скоростью – предварительно вычисленные значения настраиваются под пользователя в данных условиях окружающей среды и местности.

Какие шаги планирует предпринять Blatchford для продвижения и усовершенствования Linx?

В 2010 году мы получили награду Engineering’s MacRobert от Королевской Академии за разработку первой коммерческой биомиметической гидравлической щиколотки. Наша команда R&D попала в десятку самых инновационных разработчиков в Соединенном Королевстве. Это признание в сочетании с проведением Параолимпийских Игр в 2012 году стало катализатором для создания протеза Linx, который в этом году стал лауреатом премии MacRobert, соперничая с новым сканером MRI фирмы Siemens и новым двигателем Jaguar-Land Rover.

Так как данная награда характеризует собой «следующий большой шаг» в развитии технологии, и пройдя через сложный процесс отбора (наиболее полный в инженерном секторе Великобритании), то данное признание наших способностей придало нам смелости совершить еще большие шаги при расширении функций Linx для менее активных пользователей (каких большинство среди ампутантов), чтобы дать им возможность безопасно стоять и сидеть.

Хотелось бы надеяться, что это приведет к уменьшению количества обслуживания, необходимого пожилым людем с ампутированными конечностями и обеспечит им длительную самостоятельную жизнь. И в заключение, что касается внешнего источника питания для протеза, конечной целью является замена им энергии, производимой исходной человеческой конечностью.

Как вы думаете, какое будущее ждет интеллектуальные протезы?

Сейчас мы находимся в самом начале их интеграции. Через 20 лет я думаю, все протезы уже будут комплексными, что мы можем наблюдать с верхними конечностями, в которых датчики подключаются к телу для управления протезом. Через 5 лет предвидится существенный прогресс в разработке программного обеспечения, с помощью которого будет происходить управление протезом.

Мы начали лучше понимать естественную координацию суставов нижних конечностей и сегментов, что открывает нам новые интересные возможности для конструирования протезов, способных бесперебойно выполнять свои функции, вне зависимости от того, поднимает ли пользователь тяжести, принимает душ или переодевает обувь.

Где читатели могут найти  более подробную информацию?

На сайтах протеза Linx и компании Blatchford есть более подробная информация: linx.endolite.co.uk и http://www.blatchford.co.uk/endolite/linx/

Информация о награде Королевской Академии Engineering’s MacRobert есть на сайте: www.raeng.org.uk/prizes/macrobert

linx-logos

О профессоре Саиде Сахеди

Профессор Саид Сахеди OBE FREng RDI FIMechE PhD: уже более трех десятилетий занимает лидирующие позиции в области международной инновационной протезной деятельности.

Профессор Саид Сахеди является членом Королевской инженерной академии и Института инженеров-механиков, Королевским конструктором в промышленном секторе, Заместителем председателя ISPO Великобритании, член ISO, CEN и IEC Working Groups в медицинской робототехнике, ортопедии и протезировании.

Профессор Саид Сахеди имеет свыше 125 авторских научных публикаций, 35 патентов, награжден специальной премией Принца Филипа  в 2011 году в области конструирования, и имеет награду BHTA Life Time Achievement в 2013 году.

Он отвечал за коммерциализацию первого в мире интеллектуального протеза в начале 90-х, и, в 2012 году вместе с командой разработал первый интегрированный биометрический протез нижней конечности с микропроцессорным управлением взаимодействующих друг с другом щиколотки и коленного сустава. Этот коммерческий продукт — протез Linx выиграл премию BHTA innovation в 2015 году и награду Королевской Академии Engineering’s MacRobert в 2016. Сейчас работа профессора совместно с его командой сосредоточена на разработке следующего поколения индивидуальных протезов и ортезов, целью которых является дальнейшая интеграция этих продуктов для повышения эффективности и продления самостоятельной жизни пользователей.