АНАЛИЗ ПЕРСПЕКТИВНЫХ НАПРАВЛЕНИЙ В ПРОЕКТИРОВАНИИ ПРОТЕЗОВ СТОПЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ
Аннотация
Цель: определение перспективных направлений в проектировании протезов стопы нового поколения. Материалы и методы. С использованием баз данных Scopus, Web of Science и Google Scholar проведен анализ и обобщение современных подходов к проектированию протезов голени. Акцент был сделан на применяемые технологии изготовления, материалы и научно-технологические подходы, приводящие к снижению стоимости конечного изделия при сохранении высоких потребительских свойств. Результаты. Разработанные ранее 2000-х годов протезы стопы SACH (Solid Ankle Cushion Heel) предназначались преимущественно для восстановления вертикальной устойчивости и базовой ходьбы и представляли собой простейшую конструкцию, изготовленную из дерева или пластика, окруженную сжимаемым пеноуретаном. Эволюцией протезов стопы SACH являются протезы по технологии Energy-Storing-and-Returning (ESR), подразделяемые на Early ESR, Advanced ESR и Articulated ESR. С начала 2000-х годов начались активные разработки бионических протезов (bionic feet) или активных и гибридных адаптивных протезов стопы. Наиболее перспективным, на наш взгляд, является дальнейшее совершенствование протезов (ESR) с применением различных подходов – внесение конструктивных изменений (добавление имитации суставов пальцев стопы), поиск недорогих альтернатив углепластику (трехмерная печать нейлоновой нитью, армированной углеволокном), возможность индивидуализации протеза (новая методология проектирования с одним (one-keel) или несколькими килями (Multi-Keel)). Заключение. Наиболее перспективным направлением улучшения потребительских свойств и снижения стоимости протезов голени являются разработка новых подходов к их проектированию. Научно-технологический задел должен формироваться, исходя из принципов персонифицированной медицины с применением композитных материалов, обеспечивающих близкие по параметрам функции здоровой стопы.
Литература
2. Barr A.E. Biomechanical Comparison of the Energy-Storing Capabilities of SACH and Carbon Copy II Prosthetic Feet During the Stance Phase of Gait in a Person with Below-Knee Ampu-tation. Physical Therapy, 1992, no. 72, pp. 344–354. DOI: 10.1093/ptj/72.5.344
3. Chiriac O.A., Bucur D. From Conventional Prosthetic Feet to Bionic Feet. A Review. Proceedings of the International Conference of Mechatronics and Cyber-MixMechatronics, 2020, vol. 143. DOI: 10.1007/978-3-030-53973-3_14
4. McDonald C.L., Westcott-McCoy S., Weaver M.R. Global Prevalence of Traumatic Non-Fatal Limb Amputation. Prosthet. Orthot. Int., 2021, 0309364620972258.
5. McDonald K.A., Teater R.H., Cruz J.P. et al. Adding a toe Joint to a Prosthesis: Walking Biomechanics, Energetics, and Preference of Individuals with Unilateral Below-Knee Limb Loss. Science Rep., 2021, 1924 p. DOI: 10.1038/s41598-021-81565-1
6. Muscolino J.E. Kinesiology-E-Book: The Skeletal System and Muscle Function. Elsevier Health Sciences, 2010.
7. Organization W.H. World Report on Disability: Standards for Prosthetics and Orthotics. Technical Report, 2017, 214 р.
8. Ottobock Homepage, Sach Foot. Available at: https://www.ottobock.co.uk/prosthetics/info_ for_new_amputees/prosthetic-technologyexplained/about_feet/index.html (accessed 12.05.2020).
9. Prost V., Johnson W.B., Kent J.A. et al. Biomechanical Evaluation Over Level Ground Walking of User-Specific Prosthetic Feet Designed Using the Lower Leg Trajectory Error Frame-work. Science Rep., 2022, vol. 12, p. 5306. DOI: 10.1038/s41598-022-09114-y
10. Prost V., Peterson H.V., Winter V.A.G. Multi-Keel Passive Prosthetic Foot Design Optimization Using the Lower Leg Trajectory Error Framework. Journal of Mechanisms and Robotics, 2023, vol. 15, no. 4, 041001. DOI: 10.1115/1.4055107
11. Shi Q.-Q., Yick K.-L., Wu J. et al. A Scientometric Analysis and Visualization of Pros-thetic Foot Research Work: 2000 to 2022. Bioengineering, 2023, vol. 10, no. 10, p. 1138. DOI: 10.3390/bioengineering10101138
12. Thilina H.W., Lalitharatne Thilina Dulantha, Gopura R.A.R.C. Adaptive Foot in Lower-Limb Prostheses. Journal of Robotics, 2017, vol. 2017, art. 9618375. DOI: 10.1155/2017/9618375
13. Warder H.H., Fairley I.I.I., Coutts J.K. et al. Examining the Viability of Carbon Fiber Reinforced Three-Dimensionally Printed Prosthetic Feet Created by Composite Filament Fabrication. Prosthetics and Orthotics International, 2018, vol. 42, no. 6, pp. 644–651. DOI: 10.1177/ 0309364618785726
14. Wezenberg D., Cutti A.G., Bruno A. et al. Differentiation between Solid-Ankle Cush-ioned Heel and Energy Storage and Return Prosthetic Foot Based on Step-to-Step Transition Cost. Journal Rehabilitation Research Dev., 2014, vol. 51, pp. 1579–1590. DOI: 10.1682/JRRD.2014.03.0081
References
1. Azocar A.F., Mooney L.M., Duval J.F. et al. Design and Clinical Implementation of an Open-Source Bionic Leg. Nat Biomedical Eng., 2020, no. 4, pp. 941–953. DOI: 10.1038/s41551-020-00619-32. Barr A.E. Biomechanical Comparison of the Energy-Storing Capabilities of SACH and Carbon Copy II Prosthetic Feet During the Stance Phase of Gait in a Person with Below-Knee Ampu-tation. Physical Therapy, 1992, no. 72, pp. 344–354. DOI: 10.1093/ptj/72.5.344
3. Chiriac O.A., Bucur D. From Conventional Prosthetic Feet to Bionic Feet. A Review. Proceedings of the International Conference of Mechatronics and Cyber-MixMechatronics, 2020, vol. 143. DOI: 10.1007/978-3-030-53973-3_14
4. McDonald C.L., Westcott-McCoy S., Weaver M.R. Global Prevalence of Traumatic Non-Fatal Limb Amputation. Prosthet. Orthot. Int., 2021, 0309364620972258.
5. McDonald K.A., Teater R.H., Cruz J.P. et al. Adding a toe Joint to a Prosthesis: Walking Biomechanics, Energetics, and Preference of Individuals with Unilateral Below-Knee Limb Loss. Science Rep., 2021, 1924 p. DOI: 10.1038/s41598-021-81565-1
6. Muscolino J.E. Kinesiology-E-Book: The Skeletal System and Muscle Function. Elsevier Health Sciences, 2010.
7. Organization W.H. World Report on Disability: Standards for Prosthetics and Orthotics. Technical Report, 2017, 214 р.
8. Ottobock Homepage, Sach Foot. Available at: https://www.ottobock.co.uk/prosthetics/info_ for_new_amputees/prosthetic-technologyexplained/about_feet/index.html (accessed 12.05.2020).
9. Prost V., Johnson W.B., Kent J.A. et al. Biomechanical Evaluation Over Level Ground Walking of User-Specific Prosthetic Feet Designed Using the Lower Leg Trajectory Error Frame-work. Science Rep., 2022, vol. 12, p. 5306. DOI: 10.1038/s41598-022-09114-y
10. Prost V., Peterson H.V., Winter V.A.G. Multi-Keel Passive Prosthetic Foot Design Optimization Using the Lower Leg Trajectory Error Framework. Journal of Mechanisms and Robotics, 2023, vol. 15, no. 4, 041001. DOI: 10.1115/1.4055107
11. Shi Q.-Q., Yick K.-L., Wu J. et al. A Scientometric Analysis and Visualization of Pros-thetic Foot Research Work: 2000 to 2022. Bioengineering, 2023, vol. 10, no. 10, p. 1138. DOI: 10.3390/bioengineering10101138
12. Thilina H.W., Lalitharatne Thilina Dulantha, Gopura R.A.R.C. Adaptive Foot in Lower-Limb Prostheses. Journal of Robotics, 2017, vol. 2017, art. 9618375. DOI: 10.1155/2017/9618375
13. Warder H.H., Fairley I.I.I., Coutts J.K. et al. Examining the Viability of Carbon Fiber Reinforced Three-Dimensionally Printed Prosthetic Feet Created by Composite Filament Fabrication. Prosthetics and Orthotics International, 2018, vol. 42, no. 6, pp. 644–651. DOI: 10.1177/ 0309364618785726
14. Wezenberg D., Cutti A.G., Bruno A. et al. Differentiation between Solid-Ankle Cush-ioned Heel and Energy Storage and Return Prosthetic Foot Based on Step-to-Step Transition Cost. Journal Rehabilitation Research Dev., 2014, vol. 51, pp. 1579–1590. DOI: 10.1682/JRRD.2014.03.0081
Copyright (c) 2024 Человек. Спорт. Медицина
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
