Евсеев С.П., Курдыбайло С.Ф., Сусляев В.Г. Материально-техническое обеспечение адаптивной физической культуры (АФК)
Подождите немного. Документ загружается.
повышенную надежность эксплуатации и безопасность. Кинематика движений
приближалась к естественной, отмечена улучшенная амортизация при касании
искусственной стопой поверхности опоры, а также независимый контроль
динамических параметров шага и статических нагрузок.
Данный коленный модуль выпускался в четырех вариантах: первый — с
пневматическим контролем фазы переноса (Pneumatic Swing Phase Control —
PS PC); второй — с гидравлической системой CaTech 300ТР; третий — с
пневматическим цилиндром, снабженным электронной управляющей системой
с возможностью программирования (Intelligent Prosthesis Plus — IP+);
четвертый — с пневматическим контролем фазы переноса (PSPC) и ручным
фиксатором коленного шарнира.
Для повседневной двигательной активности, занятий спортивными играми,
танцев, связанных со значительными ротационными движениями стопы, был
разработан механизм, обеспечивающий снижение торсионных нагрузок, Torque
Absorber 409130. Эта конструкция уменьшала ротационные нагрузки на культю
(до 45° вправо и влево от нейтрального положения), походка становилась более
естественной. Б конструкции устройства был использован специальный
пластиковый торсионный вкладыш, который обеспечивал противодействие
внешним силам. Выпускаемый в нескольких вариантах и взаимозаменяемый, он
обеспечивал более мягкое или более жесткое гашение ротационных движений.
Torque Absorber устанавливался между искусственной стопой и стойкой голени.
Возможность участия в спортивных играх с использованием этого устройства
иллюстрируется на рис. 191.
Рис. 189. Коленный модуль протеза после вычленения в коленном суставе
171
Slim Profile
Рис. 190. Коленный модуль Stanceflex ESK
Участие в спортивных, таких как настольный и большой теннис,
бадминтон, баскетбол, волейбол, гандбол и некоторых других играх
сопровождается относительно небольшим физическим напряжением и в то же
время является достаточно эффективным средством тренировки, особенно при
систематических и регулярных занятиях. Эти игры требуют быстрой реакции,
ловкости, быстрого изменения положения тела. Вместе с тем, участники игры
не преодолевают больших дистанций, поскольку игры проводятся на
небольших площадках или кортах, что в целом создает благоприятные условия
для усеченной конечности в плане трав-мобезопасности.
Однако, как и во многих других играх и видах спорта, важным моментом
является отработка скоростных движений, ловкости, тактики игры. Ввиду
необходимости быстрого передвижения, выполнения прыжков и других
игровых движений существенное внимание должно быть уделено тщательности
подгонки и изготовления приемной гильзы.
Рис. 191. Игра в гольф на протезе бедра фирмы Blatchford с механизмом
Torque Absorlvr
172
Рис. 192. Игра в гольф на протезе бедра фирмы Blatchford, оснащенном
торсионным адаптером
Для участия в спортивных играх, например в игре в гольф, существенное
значение для выполнения полноценных игровых движений имеет конструкция
коленного модуля, совмещенная с торсионным адаптером. Торсионные
адаптеры обеспечивали упругую амортизацию резких толчков и ударов,
ротационных движений тела, снижали риск повреждения мягких тканей культи.
Применение торсионных адаптеров повышало функциональность протезов
бедра, предназначенных для активных пациентов. На рис. 192 показаны
элементы игры в гольф и динамика движений коленного модуля, оснащенного
таким устройством. Следует добавить, что различные конструкции торсионных
адаптеров обеспечивали поворот модуля голени со стопой более чем на 90" и
тем самым создавали более естественное положение при сидении на траве и т.д.
(рис. 193).
Рис. 193. Вид протеза бедра ОТТО-ВОСК с торсионным адаптером
173
Разработанные конструкции протезов предоставили инвалидам широкие
возможности для активного отдыха, занятий физической культурой и
спортивной деятельностью. В этой связи можно отметить рекордные
достижения американского спортсмена Тодда Шаффхаузера, выступавшего на
Пара-лимпийских играх в Барселоне (1992) и в Атланте (1996) на протезе бедра
Blatchford и завоевавшего, соответственно, золотую и бронзовую медали в беге
на 100 м (рис. 194). Бег рассматривается как одно из наиболее эффективных
средств физической тренировки и спортивной деятельности. Одновременно он
является одним из наиболее трудных видов спорта для инвалидов, перенесших
ампутации нижних конечностей. Это обусловлено значительным напряжением
костно-мышечной системы, ударными нагрузками на культю в момент касания
искусственной стопой поверхности опоры и тд. Занятия бегом требуют
хорошей тренированности организма, выносливости, функционального
состояния мышц культи, кожных покровов. Многие инвалиды могут бегать на
небольшие дистанции, однако бег на длинные или марафонские дистанции
доступен немногим. Длительный бег требует соответствующей физической
подготовленности и большой личной мотивации.
При занятиях бегом существенное значение имеет поверхность беговой
дорожки. Так, например, бег по траве является менее напряженным, чем по
бетонной поверхности. Однако бег по траве субъективно оценивается как более
трудный ввиду неровностей поверхности, что нарушает ритмичность
движений, требует дополнительных компенсаторных движений для сохранения
равновесия, может быть причиной падения. Вместе с тем бег по траве
сопровождается уменьшением силы реакции опоры, снижается эффективность
действия энергосберегающих искусственных стоп. В противоположность
травяным беговым дорожкам бетонные считаются более эффективными при
использовании энергосберегающих стоп, которые в этом случае не снижают
своих функциональных качеств. Ровная бетонная поверхность позволяет
спортсмену развивать большую скорость, поддерживать равномерный темп
движений и совершенствовать технику бега. Наиболее эффектным признается
174
использование беговых дорожек с синтетическим покрытием, обладающих
достаточной жесткостью и одновременно пружинящими свойствами.
Освоить технику бега могут инвалиды не только после ампутации бедра, о
чем было сказано выше, но и после ампутации обеих нижних конечностей на
уровне бедер. Одним из первых освоил бег Роджер Чартер, использовавший для
этого энергосберегающие стопы конструкции J. Sabolich (США), коленные
модули с гидравлическими узлами Blatchford Endolite и гибкие приемные
гильзы. Ниже приводится фотография (рис. 195), иллюстрирующая
возможность бега на двух протезах, обошедшая в свое время страницы многих
журналов и свидетельствующая о способности человека даже при таком уровне
поражения вести активный образ жизни и заниматься спортом.
Рис. 194. Тодд Шаффхаузер — золотой медалист Паралимпийских игр
(Барселона, 1992)
Рис. 195. Роджер Чартер одним из первых освоил технику бега после
ампутации обоих бедер
Как было отмечено выше, с целью повышения функциональности протезов
175
бедра разрабатывались и выпускались различные конструкции коленных
модулей с гидравлическими или пневматическими узлами, обеспечивающими
компенсацию ударных нагрузок и приближающими кинематику движений к
таковой здоровой конечности.
В этой связи можно отметить разработки французской фирмы Proteval,
уделявшей большое внимание конструированию и изготовлению модулей,
компонентов и протезных изделий для активных пациентов, занимающихся
спортивной деятельностью. Среди этих разработок следует выделить коленный
полицентрический модуль с пневматическим узлом (рис. 196). Использование
этого коленного модуля, со всеми присущими данным конструкциям
функциональными качествами, давало возможность активного участия в
различных играх, например в баскетбол, волейбол (рис. 197) и т.д.
Баскетбол — один из наиболее распространенных командных видов
спорта. Эта игра требует от игроки очень быстрых движений, высокой степени
владения мячом, выполнения прыжков, коротких пробежек, а также быстрого
изменения направления движения. Применение коленного модуля фирмы
Proteval позволяет выполнять все необходимые игровые движения — прыгать,
бегать, быстро изменять направление движения и тд. Кроме того, в рекламных
проспектах фирмы Proteval отмечалось, что этот коленный модуль был
успешно использован при восхождении инвалидов-альпинистов в Гималаях,
что подтвердило высокую функциональность и надежность конструкции.
Рис. 196. Полицентрический коленный модуль фирмы Proteval
176
Рис. 197. Игра в волейбол с использованием протеза с коленным модулем
фирмы Proteval
Рис. 198. Коленный модуль протай Intelligent Prosthesis Plus с
пневматическим узлом, встроенным лшкропроцессором и блоком настройки
Важным этапом развития протезной техники, начало которого пришлось
на середину и конец 90-х гг. XX в., явилось использование микропроцессоров,
встраиваемых в коленные модули. Для обучения быстрой ходьбе и бегу
применялись коленные модули с микропроцессором в протезах Blatchford
Endolite, получивших название Intelligent Prosthesis Plus (рис. 198), а также в
протезах ОТТО-ВОСК — упоминавшихся выше C-Leg. Принцип «обратной
связи», применяемый в системах с микропроцессорной техникой, открывал
возможность индивидуально выбирать режим и скорость движений, сгибания и
разгибания в коленном модуле. Переход от обычной ходьбы в медленном темпе
к быстрой ходьбе и бегу происходил за короткое время (до 1,2 с), а функция
микропроцессора напоминала работу автоматической коробки переключения
передач автомобиля. В последующих конструкциях Blatchford — узлах SERVO
177
PS PC (Pneumatic Swing Phase Control), устанавливаемых с 1997 г. активизация
движений за счет модуля происходила в зависимости от величины нагрузок и
интенсивности силовых движений культей без применения микропроцессорной
техники и дополнительных источников питания.
Intelligent Prosthesis Plus можно отнести ко второму поколению протезов с
микропроцессорным управлением фирмы Blatchford. Он отличался простотой
программирования и улучшенными характеристиками ходьбы. Оригинальная
конструкция включала в себя интегральный сенсор, встроенный
непосредственно в коленный модуль и составлявший единый блок с
пневматическим узлом и микропроцессорной системой и двумя литиевыми
аккумуляторами. В целом эта конструкция обеспечивала существенное
улучшение походки при всех скоростях ходьбы. Процедура настройки была
весьма простой и выполнялась с помощью пульта дистанционного управления
по каналу радиосвязи с системой аудиовизуального подтверждения. Протезист
мог провести программирование за несколько минут, осуществив при этом
точную настройку отдельно параметров медленного, нормального и быстрого
шага. В процессе эксплуатации переключение режимов выполнялось
автоматически. Эта система была ориентирована на пациентов с различными
уровнями двигательной активности, могла монтироваться с любыми
стандартными узлами стоп, выпускаемыми Blatchford Endolite.
Касаясь вопроса применения микропроцессорной техники в протезах
нижних конечностей, нельзя не обратить внимание на достижения японских
специалистов. Так, японская фирма NABCO Ltd предлагала своим пациентам
высокофункциональные конструкции протезов голени и бедра. Эта фирма
благодаря использованию новейших технологий, современного оборудования в
сочетании с неординарным подходом к проблеме и оригинальным
конструктивным решениям создала широкую гамму протезов, полуфабрикатов
и комплектующих изделий, обеспечивающих не только практически полное
восстановление утраченных функций, но и высокий уровень обслуживания.
В протезе бедра фирмы NABCO Ltd основным элементом являлся
встроенный в коленный модуль микрокомпьютер, который полностью
178
управлял его работой. Это был первый в мире одноосный коленный модуль с
микропроцессорным управлением, оснащенный пневматическим механизмом.
Микрокомпьютер определял скорость ходьбы и автоматически контролировал
ускорение фазы переноса, что позволяло формировать индивидуальный темп
ходьбы. В целом сочетание взаимодействия микропроцессора с
пневматическим механизмом обеспечивало легкую походку с минимальными
энергозатратами при ходьбе, а биомеханические параметры ходьбы
приближались к походке здорового человека. Внешний вид коленного модуля,
выпускаемого этой фирмой Intelligent Prosthesis Knee Joint показан на рис. 199.
Рис. 199. Внешний вид коленного модуля со встроенным
микропроцессором и пневматическим цилиндром, выпускаемого фирмой
NABCO Ltd
Микропроцессор имел специальный сенсор, с помощью которого
контролировалась скорость каждого шага, регулировались параметры ходьбы.
Он работал за счет энергии миниатюрного гальванического элемента,
рассчитанного на эксплуатацию в течение года, но даже в случае понижения
питающего напряжения, связанного с выработкой его ресурса, пациент все
равно мог пользоваться протезом, но при этом коленный модуль работал только
в постоянном режиме (движения осуществлялись с одной постоянной
скоростью). После замены гальванического элемента все функции коленного
модуля восстанавливались.
Коленный модуль обеспечивал сгибание до угла в 155°, что, несомненно,
имело большое практическое значение при занятиях физической культурой и
179
спортом (рис. 200). Его конструкция обеспечивала не только высокую
стабильность при стоянии, но и высокую подвижность и устойчивость при
движении. Функциональность конструкции позволяла широко использовать
протез для спортивной деятельности, в частности, для бега, спортивной ходьбы,
настольного и большого тенниса, езды на велосипеде и тд. (рис. 201).
Рис. 200. Прошел бедра с коленным модулем NABCO Ltd
1 октября 2004 г. фирма NABCO Ltd объединилась с TS Corporation и они
образовали корпорацию Nabtesco Corporation. В настоящее время корпорация
NABTESCO выпускает несколько вариантов пневматических коленных
модулей с двухкамерным цилиндром (рис. 202), который улучшает адаптацию
человека к изменению скорости движения с помощью пневматического
управляющего узла даже без помощи микропроцессора. Конструкции коленных
модулей имеют небольшой вес и компактный дизайн, что позволяет
использовать данные конструкции не только для активных пациентов, но и для
детей, женщин, пожилых людей.
Корпорация NABTESCO предлагает серию высотехнологичных коленных
модулей с микропроцессорным управлением для активных пациентов под
названием Intelligent Knee. Они обладают мгновенной настройкой длительности
фазы переноса в зависимости от скорости ходьбы, малым энергопотреблением,
легко программируются и настраиваются, максимальный угол сгибания 160°,
максимальный вес пациента 100 кг. Серия коленных модулей включает в себя
две основных модели, первая из них одноосная, имеет раму, выполненную из
углеродного волокна, остальные детали выполнены из титана, вес 965 г (рис.
180