На 3D-принтері роздрукували персоналізований протез для пацієнта з пороком розвитку кисті

Американські інженери надрукували на 3D-принтері механічний протез кисті руки з датчиками тиску, адаптований до форми руки пацієнта з пороком розвитку дистального відділу кисті. Експерименти показали, що адаптація протеза до конкретного пацієнта збільшує площу контакту руки з ним уп'ятеро порівняно зі стандартним протезом, розповідають автори статті в.

Багато протезів створюються в стандартному виконанні і мають обмежені механізми адаптації до форми тіла конкретної людини. Крім того, існують методи, що дозволяють адаптувати форму протеза на етапі створення. Для цього необхідно спочатку відсканувати кінцівку, а потім створити відповідний контактний елемент протеза за допомогою виливки у форму, 3D-друку або іншого методу виробництва. Але часто виробництво протеза і процес його адаптації до носія обходиться дорого і через це підходить не всім пацієнтам.

Інженери з Політехнічного університету Віргінії під керівництвом Блейка Джонсона (Blake Johnson) розробили спосіб друку механічних протезів з адаптованими контактними елементами і датчиками тиску, що дозволяють визначати рівень контакту руки з протезом. За основу вони взяли створений іншими розробниками механічний протез The Raptor Hand. Він складається з 3D-друкованого корпусу і тросів, що приводять у рух пальці. Особливість протеза полягає в тому, що він не використовує мотори. Замість них за рух пальців відповідає згинання куп'ястя, через яке закріплені на кінцях пальців троси натягуються.

Для сканування руки інженери вибрали досить простий спосіб. Спочатку вони створили зліпок руки, а потім залили в нього поліуретан і створили з нього об'ємну копію руки. Потім інженери сканували цю копію за допомогою системи оптичного сканування, що складається з проектора і двох камер. Під час сканування апарат проектує на об'єкт текстуру, за спотворенням якої визначає форму предмета. Для якісного сканування об'єкт періодично повертається за допомогою підставки, що обертається.

Як пацієнта інженери вибрали 12-річну дитину з вродженим пороком розвитку дистального відділу кисті, викликаного синдромом амніотичних перетяжок. План інженерів полягав у тому, що протез дозволить заповнити недостатню довжину і рухливість пальців. Відмінність надрукованого авторами протеза від оригінального полягає в тому, що його внутрішня частина практично ідеально відповідає формі руки пацієнта. Крім того, на ній вони надрукували десять м'яких електродів, що складаються з суміші полідіметилоксану і вуглецевих нанотрубок. Завдяки їм інженери можуть визначати тиск частин пензля на внутрішню поверхню протеза шляхом вимірювання опору, який змінюється при додатку сили до електродів.

Вимірювання показали, що при використанні внутрішньої частини протеза, адаптованої до форми руки пацієнта, площа контакту руки з нею зростає на 408 відсотків. Крім того, вимірювання за допомогою датчиків тиску показали відмінність розподілу тиску частин пензля на різних етапах згинання протеза. Інженери вважають, що ці дані дозволять провести оптимізацію форми і збільшать комфорт носіння протеза.

Адаптація протезів до носія відбувається не тільки за допомогою створення контактуючої поверхні спеціальної форми, але і за допомогою програмних поліпшень. Наприклад, нещодавно інша група американських інженерів навчила протез ноги з колінним суглобом адаптувати рухи під походку носія. А минулого року американці навчили протез з «дотиком» адаптувати чутливість під рівень контакту руки з електродами, що збільшує комфорт під час електростимуляції шкіри при дотику до предметів.