На 3D-принтере распечатали персонализированный протез для пациента с пороком развития кисти

Американские инженеры напечатали на 3D-принтере механический протез кисти руки с датчиками давления, адаптированный к форме руки пациента с пороком развития дистального отдела кисти. Эксперименты показали, что адаптация протеза к конкретному пациенту увеличивает площадь контакта руки с ним в пять раз по сравнению со стандартным протезом, рассказывают авторы статьи в PLoS ONE.

Многие протезы создаются в стандартном исполнении и имеют ограниченные механизмы адаптации к форме тела конкретного человека. Кроме того, существуют методы позволяющие адаптировать форму протеза на этапе создания. Для этого необходимо сначала отсканировать конечность, а затем создать соответствующий контактный элемент протеза с помощью отливки в форму, 3D-печати или другого метода производства. Но часто производство протеза и процесс его адаптации к носителю обходится дорого и из-за этого подходит не всем пациентам.

Инженеры из Политехнического университета Виргинии под руководством Блейка Джонсона (Blake Johnson) разработали способ печати механических протезов с адаптированными контактными элементами и датчиками давления, позволяющими определять уровень контакта руки с протезом. За основу они взяли созданный другими разработчиками механический протез The Raptor Hand. Он состоит из 3D-печатного корпуса и тросов, приводящих в движение пальцы. Особенность протеза заключается в том, что он не использует моторы. Вместо них за движение пальцев отвечает сгибание запястья, из-за которого закрепленные на концах пальцев тросы натягиваются.

Для сканирования руки инженеры выбрали достаточно простой способ. Сначала они создали слепок руки, а затем залили в него полиуретан и создали из него объемную копию руки. Затем инженеры сканировали эту копию с помощью системы оптического сканирования, состоящей из проектора и двух камер. Во время сканирования аппарат проецирует на объект текстуру, по искажению которой определяет форму предмета. Для качественного сканирования объект периодически поворачивается с помощью вращающейся подставки.

В качестве пациента инженеры выбрали 12-летнего ребенка с врожденным пороком развития дистального отдела кисти, вызванного синдромом амниотических перетяжек. План инженеров заключался в том, что протез позволит восполнить недостаточную длину и подвижность пальцев. Отличие напечатанного авторами протеза от оригинального заключается в том, что его внутренняя часть практически идеально соответствует форме руки пациента. Кроме того, на ней они напечатали десять мягких электродов, состоящих из смеси полидиметилсилоксана и углеродных нанотрубок. Благодаря им инженеры могут определять давление частей кисти на внутреннюю поверхность протеза путем измерения сопротивления, которое меняется при приложении силы к электродам.

Измерения показали, что при использовании внутренней части протеза, адаптированной к форме руки пациента, площадь контакта руки с ней возрастает на 408 процентов. Кроме того, измерения с помощью датчиков давления показали различие распределения давления частей кисти на разных этапах сгибания протеза. Инженеры считают, что эти данные позволят провести оптимизацию формы и увеличат комфорт ношения протеза.

Адаптация протезов к носителю происходит не только с помощью создания контактирующей поверхности специальной формы, но и при помощью программных улучшений. К примеру, недавно другая группа американских инженеров научила протез ноги с коленным суставом адаптировать движения под походку носителя. А в прошлом году американцы научили протез с «осязанием» адаптировать чувствительность под уровень контакта руки с электродами, что увеличивает комфорт во время электростимуляции кожи при прикосновении к предметам.

Григорий Копиев