Применение электроники и биомеханики при протезировании
ПРИМЕНЕНИЕ ЭЛЕКТРОНИКИ И БИОМЕХАНИКИ ПРИ ПРОТЕЗИРОВАНИИ.
Восстановление
поврежденных или замена полностью утраченных в результате болезни или травмы
отдельных органов человека -- одна из проблем медицинской практики которой
сегодня занимаются врачи в тесном союзе со специалистами в области электроники
и бионики.
Начиная с античных
времен и по сей день, человеческая изобретательская мысль с неотступной
страстностью и упорством ищет способы создания искусственной руки, которая бы в
своем совершенстве была наиболее близка к природной.
Но попытки создания
механического подобия кисти, приводимого в движение теми или иными группами
мышц, желаемого результата не давали.
Положение изменилось
лишь к середине текущего столетия. В результате достигнутого высокого уровня
развития электрофизиологоии, основ автоматического управления, биомеханики --
новой ветви бионики и электронной техники -- начали вырисовываться новые пути
решения задачи. В большой мере этому способствовало утверждение
кибернитического подхода к изучению общих закономерностей управления функциями
живого организма. В итоге родилось принципиально новое направление в
протезировании конечностей -- создание протезов с биоэлектрической системой
управления и биоуправляемых протезов.
В 1956 году советскими
учеными А.Е. Кобринским, Я.С. Якобсоном,
Е.П. Поляным, Я.Л.
Славуцким, А.Я. Сысиным, М.Г. Брейдо, В.С. Гурфинкелем,
М.Л. Цетлиным в Центральном
научно-исследовательском институте протезирования и протезостроения Министерства
социального обеспечения РСФСР был создан макетный образец
"биоэлектрической руки" -- протеза, управляемого с помощью биотоков
мышц культи. Это "чудо ХХ века", впервые демонстрировалось в
советском павильоне на Всемирной выставке в Брюсселе.
Искусственная рука,
созданная совецкими учеными, вернула к полноценной жизни тысячи людей. В
Канаде, Англии и других странах приобретены лицензии на советскую
биоэлектрическую руку.
Обладатель
исскуственной руки пользуется ей очень просто, без какихнибудь неестественных
усилий: мозг отдает мышцам приказание сократиться, после чего легкое сокращение
одной мышц культи заставляет кисть сжаться, сокращение другой -- раскрывает ее.
Протез надежно работает при любом положении руки, с его помощью человек может
самомтоятельно обслуживать себя: одеться, обуться, за обеденным столом
управляться с ножом и вилкой по всем правилам хорошего тона, а также писать,
чертить и т.п. Более того уверенно работать напильником и ножовкой, пинцетом и
ножницами и даже управлять транспортным средством...
Многие ученые, работающие над проблемой искусственного зрения, пытаются
активизировать потенциальные возможности мозга слепых. Разработанная
американскими учеными электронная система искусственного зрения построена
следующим образом: в глазницах слепого устанавливаются стеклянные глаза --
высокочувствительные экраны, воспринимающие световые волны (вместо сетчатки).
Стеклянные глаза, содержащие матрицы светочувствительных элементов, соединяются
с сохранившимися мышцами зрительных органов слепого. Благодаря усилию глазных
мускулов положение этих экранов (камер) можно менять, направляя их на тот или
иной объект. В дужках темных фальшивых очков, заменяющих оптический нерв,
размещены микроузлы, преобразующие изображение, "считываемое" с экрана,
которое передается в электронный блок, связанный с электродами, кончики которых
введены в участки гловного мозга, ведающие зрением. Соединение электронных схем
с вживленными электродами производится либо по проводам с подкожным разъемом,
либо через передатчик, устанавливаемый снаружи и имеющий индуктивную связь со
вживленной частью системы под черепной коробкрй.
Каждый раз, когда
экран в глазнице слепого регистрирует какой-либо несложный объект, миниатюрная
ЭВМ в дужке очков преобразует изображение в импульсы. В свою очередь электроды
"переводят" их в иллюзорное ощущение света, соответствующее
определенному пространственному образу.
Предстоит еще много сделать, чтобы подобные системы искусственного
зрения стали высокоэффективными приборами, приносящими реальную пользу не
отдельным пациентам, а тысячам и тысячам слепых.
Не менее успешно ведутся работы и по созданию электронных устройств для
людей, частично или полностью потерявших слух.
Один из наиболее
удобных аппаратов, усилительный тракт которого построен на одной интегральной
микросхеме. Его вес не более 7 граммов. Применяемые элекретные микрофоны со
встроенными истоковыми повторителями имеющими высокую чувствительность.
Значительно сложнее
вернуть человеку слух при полной его потере. Обычно глухим вживляют в улитку
внутреннего уха одноканальные электроды (вместо нервов), что позволяет им
слышать, например, звуки телефонного или дверного звонка. С появлением
микропоцессоров возникла возможность обработки воспринимаемых звуков для
выделения составляющих тональных сигналов, подаваемых на отдельные каналы
многоканального аппарата искусственного слуха, синтезирующие первоначальные
сигналы в слуховом участке коры головного мозга.
Мы еще мало знаем об
удивительных способностях живых организмов узнавать о событиях внешнего мира.
Когда нейрофизиологи и бионики побольше узнают о них, можно будет создать и
"электронные уши" и "электронные глаза", которые окажут
неоценимую помощь миллионам людей.