Протезы: перспективы и объем рынка

Современные протезы не только восстанавливают утраченные функции, но и помогают людям чувствовать себя уверенно и комфортно.

Операции по имплантации распространены шире, чем принято думать. Мировой рынок бионики, в том числе конечностей, органов зрения, слуха и внутренних органов, по данным Mordor Intelligence, в 2023 году достиг $6,1 млрд и будет и дальше развиваться.

Эксперты оценивают, что на протяжении ближайших пяти лет рынок сможет вырасти на 9,6% в год, до $9,6 млрд в 2028 году.

Каждый год в мире происходит более 1 млн ампутаций конечностей. Каковы основные причины операций? Сосудистые заболевания, в том числе диабет и заболевания периферических артерий (54%), травмы (45%), а также онкозаболевания, согласно американской Advanced Amputee Solutions. Помимо этого, конечностей может не быть от рождения. Аплазия — дефект развития, заключающийся в отсутствии всего органа, его части, участка ткани, части тела или всего зародыша.

История протезирования конечностей

Древний мир

Первое упоминание протеза относится ко 2 тыс. до нашей эры. Так, в древнейшем тексте «Ригведа» фигурирует мифическая королева-воительница Вишпал. В битве она потеряла ногу, и в награду за храбрость ей подарили протез: с его помощью королева могла продолжать сражаться.

В Древнем Египте археологами был обнаружен самый древний функциональный протез, который заменял большой палец на ноге женщины. Искусственный палец был изготовлен в 950–710 гг. до н. э. из дерева и телячьей кожи.

Эксперты считают, что такой протез был необходим для ношения сандалий, которые нельзя было закрепить на ноге без большого пальца.

В Древнем Риме также практиковалось протезирование. В итальянском городе Капу был найден древний бронзовый протез ноги, который передавал ее анатомию.

Средние века и Новое время

В Средневековье протезирование получило новый виток развития. Рыцари, потерявшие конечности в сражениях, нуждались в протезах. Так стали популярны «рыцарские руки» — металлические протезы, которые могли удерживать щит или меч. Эти протезы были очень тяжелыми, но с их помощью воины могли вернуться на службу.

В XVI веке французский хирург Амбруаз Паре разработал первый механический протез руки с подвижными пальцами. Этот протез, известный как «железная рука», мог сгибать пальцы и удерживать предметы. Паре также создал протезы ног с коленными шарнирами, что значительно улучшило их функциональность.

XIX век

В Новое время происходили значительные разработки в области протезирования:

• В начале XIX века англичанин Джеймс Поттс изобрел протез на основе стержня из дерева. Коленный сустав Поттс произвел из прочной стали, а сама нога была на шарнирах и крепилась к колену и лодыжке нитями из кетгута. Позже этот протез стал называться «нога Англси», в честь маркиза, который лишился ноги, сражаясь при Ватерлоо.
• В 1846 году Бенджамин Палмер доработал «ногу Селфо», добавив к протезу пружину спереди — с целью имитации естественных движений.

XX век

В начале XX века стальные детали заменили на алюминиевые для протезирования. В 1912 году первый алюминиевый протез нижней конечности изготовили братья Дезуттер в Англии.

В 1960-х годах началась разработка миоэлектрических протезов, управляемых электрическими сигналами мышц. Изобретателем первого бионического протеза был Арон Кобринский. Он применил эту технологию и открыл тем самым новую эру в протезировании.

Со второй половины XX века ведется активная разработка и внедрение бионических протезов конечностей. Они управляются импульсами сохраненных мышц или имеют микропроцессорное управление, считывают движения датчиками.

Протезы сегодня

Сегодня существует большой выбор протезов разных возможностей и функционала.

«Главная сложность создания протезов том, что это индивидуальное изделие и в каждом конкретном случае протез изготавливается с учетом состояния культи и сохранных суставов, общего здоровья и антропометрических параметров конкретного пациента, его образа жизни и потребностей. Во всех случаях делается индивидуальный слепок культи и на его основе изготавливается гильза; в зависимости от уровня ампутации создается схема протеза и подбираются комплектующие. Все сугубо индивидуально».

Александр Пронин, ведущий техник-протезист Центра протезирования «Динамика»

Эксперт подчеркивает, пациенту первое время сложно им управлять, потому что даже самый лучший протез — это не совершенная модель ноги и руки, нужны определенные навыки и привычка. Поэтому важной и, даже можно сказать, неотъемлемой частью протезирования — обучение пациента в школе ходьбы и реабилитации. Каждая протезная мастерская должна предоставлять эту услугу.

Не так давно в сфере протезирования появилось такое направление, как «биомехатроника», представляющее соединение робототехники и нервных клеток человека.

Задача направления — разработка искусственных конечностей, которыми можно будет управлять силой мысли, а функциональность будет соответствовать заменяемой конечности человека полностью.

Кроме создания роботизированных протезов, работы ведутся в сфере сращивания искусственного модуля и кости, что позволит обойтись без гильзы протеза.

О том, какие перспективные направления в сфере протезирования существуют, рассказал Илья Чех, сооснователь компании-разработчика роботизированных протезов «Моторика»: «В протезировании рук есть концептуально две нерешенные большие технологические задачи. Первая — это обратная связь при взаимодействии с предметами. До сих пор на рынке нет предложений с подобными протезами, даже с инвазивными технологиями».

Направление состоит из двух технологических подразделов:

«Первое — это сенсорика руки, с датчиками, которые считывают давление, касание, температуру и так далее. И второе — это способ имплантации электродов: они закрепляются на нужном нерве и передают импульсы», - Илья Чех, сооснователь компании-разработчика роботизированных протезов «Моторика».

Эксперт добавляет, что «Моторика», например, включает в протезы оптические датчики давления, которые очень точно реагируют на соприкосновение с любой поверхностью пальца с внутренней стороны.

Вторая нерешенная технологическая задача, по мнению Чеха, — это мелкая моторика протеза. Она нужна, чтобы человек мог управлять не заранее запрограммированными жестами, по принципу работы протезов сейчас, а интуитивно. К примеру, хочешь сжать палец, сжимаешь палец. По сути, это пропорциональное управление, которое не зависит от уже заложенных паттернов жестов.

«Чтобы такую систему сделать, нужна очень сложная система управления и сложная система датчиков. Электромиографические датчики, которые сейчас используются во всех протезах, не позволяют реализовать такую систему», — подытоживает эксперт.

В качестве примера технологической эволюции устройств может послужить один из самых дорогих протезов мира. Это бионический протез руки, стоимость которого составляет около 6 млн. долларов.

Владелец данного протеза может поворачивать кисть, ощущать прикосновения, кончиками пальцев различать структуру поверхности и даже температуру объекта. Все это достигается с помощью нейроинтерфейса. Авторы проекта — лаборатория прикладной физики Университета Джона Хопкинса, а финансирование поступает от DARPA, научного подразделения Пентагона.

Вывод

Жизнь человека с протезами конечностей часто описывается с «позиции силы». Киборги, полуроботы-полулюди, наделенные особыми свойствами, которыми мы не владеем — то, что нам показывает «большой» кинематограф. Но то, как приходится заново учиться пользоваться «рукой», бороться с бытовыми неудобствами и внутренними проблемами — это остается «за кадром».

Технологический прогресс идет рука об руку с требованиями времени. И, возможно, если мы будем больше говорить о проблемах протезирования, он наберет больше сторонников и ускорится.

‍

Подписывайтесь на наш Telegram, с нами интересно!

Оригинал статьи в спец рубрике Компьютерра.