Учёные из Массачусетского технологического института (MIT) представили систему для людей с ампутацией ноги выше колена, которая позволяет двигаться почти так же естественно, как и до потери конечности. Вместо традиционного крепления протеза с помощью внешней чаши, новая разработка предполагает прямую интеграцию бионического колена с мышечной и костной тканью пациента.
Система получила название e-OPRA (enhanced Osseointegrated Prostheses for the Rehabilitation of Amputees — усовершенствованные оссеоинтегрированные протезы для реабилитации ампутантов). Она обеспечивает:
- более плавные и быстрые движения,
- улучшенную способность подниматься по лестницам,
- высокую устойчивость,
- лучшее избегание препятствий.
Пациенты с этой системой демонстрируют поразительно естественную походку и даже могут, к примеру, пинать мяч.
Разработкой занимается команда под руководством профессора Хью Херра, который сам потерял обе ноги ниже колена из-за обморожения. После восстановления он вернулся к скалолазанию и посвятил жизнь созданию передовых протезов. Его лаборатория в MIT занимается исследованиями в области биомеханотроники.
Предыдущая работа Херра касалась протезов для людей с ампутацией ниже колена, управляемых через нервную систему. Оба проекта базируются на хирургической методике AMI (Agonist-Antagonist Myoneural Interface) — восстановлении пар мышц, чтобы они могли обмениваться информацией о положении и скорости сокращения.
Биомеханическая интеграция
Бионическое колено интегрируется с оставшейся частью бедренной кости с помощью титаново́го штифта. Сигналы от AMI-мышц передаются на робота-контроллер, который рассчитывает необходимый крутящий момент для движения.
Особенности системы:
- имплантация в кость исключает дискомфорт от чаши и риск кожных инфекций;
- подключение к внутренним мышцам позволяет управлять протезом так, как если бы он был частью тела;
- сигналы мышц напрямую влияют на движение колена.
В эксперименте приняли участие три группы пациентов. Участники, получившие как AMI-хирургию, так и e-OPRA-имплант, показали лучшие результаты в тестах на физическую активность по сравнению с другими группами. Более того, они сообщили о высокой степени «ощущения принадлежности» протеза, то есть воспринимали его как часть своего тела.
«Насколько бы ни была умной ИИ-система протеза, она всё равно будет ощущаться как внешний инструмент. Но при интеграции с тканями человек начинает воспринимать протез как часть самого себя», — отметил профессор Херр.
В дальнейшем технология должна пройти клинические испытания для получения одобрения FDA в США. Это может занять около пяти лет.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
