ТЕОРЕТИКО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА НОВЫХ ПОДХОДОВ К СОЗДАНИЮ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРОТЕЗОВ НИЖНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ
Аннотация
Цель: обосновать наиболее перспективные подходы к технологии разработки протезов нижней конечности на основе теоретико-методологического анализа новейшей информации и практических разработок по тематике исследования. Материалы и методы. Проведен анализ теоретических, методологических и методических статей из базы данных Scopus и РИНЦ с целью выявления и обобщения перспективных подходов к созданию отечественных функциональных протезов нового поколения. Результаты. С точки зрения теории управления существуют два основных критерия для выбора параметров максимально функционального протеза: достижение цели движения и минимизация затраченных ресурсов. Для пациентов с протезами бедра и голени оптимальной по энергетическим затратам является ходьба в произвольном темпе. На основе методов структурного и функционального анализа положений теории автоматического управления предложены схемы управления бионическими протезами, отличающиеся простотой настройки, повышенной надежностью, удобством использования, что позволит максимально заменить ампутированную конечность при значительно меньших по сравнению с зарубежными образцами затратах. Выполнен ряд оригинальных научных исследований, нацеленных на реализацию комплексного подхода к решению проблемы. Разработаны конструкции макета модульного бионического протеза голени и стопы, в том числе из новых композитных материалов, а также предложена реализация человеко-машинного интерфейса. Заключение. Теоретико-методологическим обоснованием новых технологий производства протезов должен стать системный подход, который обеспечит решение трех взаимосвязанных задач: технологической (повышение функциональности протезов, в том числе за счет композитных материалов), биомеханической (снижение энергетических ресурсов организма и повышение комфортности выполнения сложных видов двигательных действий), социальной (повышение качества жизни потребителя и адекватности стоимости медицинского реабилитационного изделия).
Литература
2. Влияние темпа на параметры ходьбы здоровых и пациентов с разным уровнем ампутации конечности / Н.Н. Рукина, А.Н. Белова, А.Н. Кузнецов, В.В. Борзиков // Рос. журнал биомеханики. – 2016. – Т. 20, № 1. – С. 58–69. DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2016.1.05
3. Встречаемость симптомов остеоартрита у инвалидов с односторонней транстибиальной ампутацией на этапе первичного протезирования / О.И. Хохлова, Е.М. Васильченко, А.М. Берман, О.В. Жатько // Реабилитация – XXI век: традиции и инновации: сб. ст. IV Нац. конгресса с междунар. участием (08–09 сент. 2021 г.). – СПб.: OOO «ЦИАЦАН», 2021. – С. 277–284.
4. Гладышев, А.Р. Разработка и исследование механической конструкции макета модульного бионического протеза ноги и системы управления / А.Р. Гладышев, А.В. Гладышева // Фундамент. и приклад. проблемы техники и технологии. – 2018. – № 1 (327). – С. 139–145.
5. Гойдина, Т.А. Исследование рынка систем управления биоэлектрическими протезами верхних конечностей / Т.А. Гойдина, А.В. Кобелев, А.В. Писарева // Физика и радиоэлектроника в медицине и экологии – ФРЭМЭ'2020: тр. XIV Междунар. науч. конф. с науч. молодежной школой им. И.Н. Спиридонова (01–03 июля 2020 г.). Т. 1: Владимир-Суздаль: Владимирский государственный университет имени А.Г. и Н.Г. Столетовых. – 2020. – С. 218–226.
6. ГОСТ Р 53869-2021. Протезы нижних конечностей. Технические требования. – М.: Стандартинформ, 2021. – 12 с.
7. Завьялов, С.А. Технологии биоуправляемых протезов сегодня и завтра / С.А. Завьялов, А.Ю. Мейгал // Journal of Biomedical Technologies. – 2015. – № 2. – С. 36–42.
8. Исаева, Е.К. Разработка бионического протеза для нижних конечностей / Е.К. Исаева // Студенческая научная весна: тез. докл. Всерос. студенческой конф., посвящ. 175-летию Н.Е. Жуковского (01–30 апр. 2022 г.). – М.: Издат. дом «Научная библиотека», 2022. – С. 182–183.
9. Министр промышленности РФ Денис Мантуров провёл совещание по развитию производства протезно-ортопедических изделий в России // INFOLine, ИА (по материалам Правительства РФ). 2023. - https://advis.ru/php/view_news_ajax.php?id=FF293EA7-1C24-904B-AD2B-E7 B64550830B (дата обращения: 07.04.2024).
10. Образцов, М.С. Физические упражнения в реабилитации после ампутации конечности / М.С. Образцов, О.А. Савченко, И.А. Бебко // Актуальные вопросы физического воспитания и адаптивной физической культуры в системе образования: сб. материалов VI Всерос. с междунар. участием науч.-практич. конф. (18–19 апр. 2024 г.). – Волгоград: Волго-град. гос. академия, 2024. – С. 94–98.
11. Проект методических рекомендаций (приложение к Письму ФБМСЭ от 14.06.2023 № 35221.ФБ.77/2023) Ч. 15.2. Протезы нижних конечностей. – https://www.invalidnost.com/MSE/ FB/2023/TSR/Proekt_MR_po_protezam_NK.pdf (дата обращения: 04.04.2024).
12. Проектирование элементов протеза коленного сустава из композитов / С.Б. Сапожников, А.В. Безмельницын, М.В. Жихарев и др. // Человек. Спорт. Медицина. – 2023. – Т. 23, № 4. – С. 163–171. DOI: 10.14529/hsm230420
13. Прокопенко, Р.А. Протез коленного сустава при ампутации на уровне бедра / Р.А. Прокопенко // Физиотерапия, бальнеология и реабилитация. – 2016. – Т. 15, № 1. – С. 43–48. DOI: 10.18821/1681-3456-2016-15-1-43-48
14. Резник, И. Части тела: как рынок протезов в России пошел на взлет / И. Резник // Мед. технологии. 05.02.2024. – https://www.rbc.ru/industries/news/65377d919a7947c1f7a2dd21 (дата обращения: 04.04.2024).
15. Синегуб, А.В. Концепт остеоинтеграционной системы экзопротеза бедра с нейромышечным интерфейсом / А.В. Синегуб, М.В. Черникова, Е.В. Фогт // Системы. Методы. Технологии. – 2023. – № 3 (59). – С. 31–37. DOI: 10.18324/2077-5415-2023-3-31-37.
16. Смирнова Л.М. Инструментальное обеспечение универсальной измерительно-информационной системы для оценки эффективности протезирования и ортезирования нижних конечностей / Л. М. Смирнова // Биотехносфера. – 2017. – № 5 (53). – С. 10–16.
17. Смирнова Л.М. Перегрузка сохранной стопы как показатель необходимости ортопедического обеспечения пациентов после ампутации нижней конечности // Физ. и реабилитац. медицина. – 2022. – Т. 4, № 4. – С. 34–43. DOI: 10.26211/2658-4522-2022-4-4-34-43
18. Создание системы автоматического управления бионическим роботизированным протезом голени / Г.Н. Буров, О.Л. Белянин, В.А. Большаков, А.С. Дробаха // Физ. и реабилитац. медицина. – 2022. – Т. 4, № 4. – С. 44–50. DOI: 10.26211/2658-4522-2022-4-4-44-50
19. Солодимова, Г.А. Информационно-измерительная система бионического протеза нижней конечности / Г.А. Солодимова, А.Н. Спиркин // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. – 2018. – № 1 (23). – С. 57–65. DOI: 10.21685/2307-5538-2018-1-9
20. Эрлих, В.В. Биомеханика ходьбы в норме и при наличии протеза ноги с использованием комплекса Xsens / В.В. Эрлих, В.В. Епишев, С.Б. Сапожников // Человек. Спорт. Медицина. – 2023. – Т. 23, № 4. – С. 145–154. – DOI: 10.14529/hsm230418
21. Kaufman, K.R. Gait asymmetry of transfemoral amputees using mechanical and micro-processor-controlled prosthetic knees / K.R. Kaufman, S. Frittoli, C.A. Frigo // Clinical Biomechanics. – 2012. – Vol. 27 (5). –P. 460–465. DOI: 10.1016/j.clinbiomech.2011.11.011
22. Morgenroth, D.C. Osteoarthritis in the disabled population: a mechanical perspective / D.C. Morgenroth, A.C. Gellhorn, P. Suri // Physical medicine and rehabilitation. – 2012. – Vol. 4 (5). – P. S20–S27. – DOI: 10.1016/j.pmrj.2012.01.003
References
1. Barynkin I.S., Smirnov A.S. [Design and Research of a New Construction of the Lower Limb Active Exoskeleton]. Ekstremal'naya robototekhnika [Extreme Robotics], 2022, no. 1 (33), pp. 505–521. (in Russ.)2. Rukina N.N., Belova A.N., Kuznetsov A.N., Borzikov V.V. [The Influence of Walking Tempo on Biomechanical Parameters of Healthy Individuals and Patients with Different Levels of Lower Extremity Amputation]. Rossiyskiy zhurnal biomekhaniki [Russian Journal of Biomechanics], 2016, vol. 20, no. 1, pp. 58–69. (in Russ.) DOI: 10.15593/RZhBiomeh/2016.1.05
3. Khokhlova O.I., Vasil'chenko E.M., Berman A.M., Zhat'ko O.V. [The Occurrence of Osteoarthritis Symptoms in People with Disabilities with Unilateral Transtibial Amputation at the Stage of Primary Prosthetics]. Reabilitatsiya – XXI vek: traditsii i innovatsii. IV Natsional'nyi kongress s mezhdunarodnym uchastiem [Rehabilitation – XXI Century. Traditions and Innovations. IV National Congress with International Participation], 2021, pp. 277–284. (in Russ.)
4. Gladyshev A.R., Gladysheva A.V. [Development and Research of Mechanical Design Lay-out Modularbionic Leg Prosthesis and Control System]. Fundamental'nye i prikladnye problemy tekhniki i tekhnologii [Fundamental and Applied Problems of Engineering and Technology], 2018, no. 1 (327), pp. 139–145. (in Russ.)
5. Goidina T.A., Kobelev A.V., Pisareva A.V. [Market Research of Control Systems for Bioelectric Upper Limb Prostheses]. Fizika i radioelektronika v meditsine i ekologii – FREME'2020. XIV Mezhdunarodnaya nauchnaya konferentsiya s nauchnoi molodezhnoi shkoloi im. I.N. Spiridonova [XIV International Scientific Conference with I.N. Spiridonov Scientific Youth School], 2020, vol. 1, pp. 218–226. (in Russ.)
6. GOST 53869-2021. Protezy nizhnikh konechnostey. Tekhnicheskiye trebovaniya [Lower Limb Prostheses. Тechnical Requirements]. Moscow, Standartinform Publ., 2021. 12 p.
7. Zavyalov S.A., Meigal A.Yu. The Bio-controlled Prosthesis Technologies Today and Tomorrow. Journal of Biomedical Technologies, 2015, no. 2, pp. 36–42.
8. Isaeva E.K. [Development of a Bionic Prosthesis for the Lower Extremities]. Vserossiyskaya studencheskaya konferentsiya, posvyashchennaya 175-letiyu N.E. Zhukovskogo [Student Scientific Spring. All-Russian Student Conference dedicated to the 175th anniversary of N.E. Zhukovsky], 2022, pp. 182–183. (in Russ.)
9. Ministr promyshlennosti RF Denis Manturov provel soveshchanie po razvitiyu proizvodstva protezno-ortopedicheskikh izdelii v Rossii [Denis Manturov, Minister of Industry of the Russian Federation, held a Meeting on the Development of the Production of Prosthetic and Orthopedic Products in Russia], INFOLine, IA (Based on Materials from the Government of the Russian Fed-eration). 2023. Available at: https://advis.ru/php/view_news_ajax.php?id=FF293EA7-1C24-904B-AD2B-E7B64550830B (accessed 07.04.2024). (in Russ.)
10. Obraztsov M.S., Savchenko O.A., Bebko I.A. [Physical Exercises in Rehabilitation After Limb Amputation]. Aktual'nye voprosy fizicheskogo vospitaniya i adaptivnoy fizicheskoy kul'tury v sisteme obrazovaniya. VI Vserossiyskaya s mezhdunarodnym uchastiem nauchno-prakticheskaya konferentsiya [Topical Issues of Physical Education and Adaptive Physical Culture in the Education System. VI All-Russian Scientific and Practical Conference with International Participation], 2024, pp. 94–98. (in Russ.)
11. Proekt metodicheskikh rekomendatsii (prilozhenie k Pis’mu FBMSE ot 14.06.2023 № 35221.FB.77/2023) Chast' 15.2. Protezy nizhnikh konechnostei [Draft Methodological Recommendations (Annex to the Letter of the ITU FB dated 06.14.2023 no. 35221.FB.77/2023) Part 15.2. Lower Limb Prostheses]. Available at: https://www.invalidnost.com/MSE/FB/2023/TSR/Proekt_MR_po_protezam_NK.pdf (accessed 04.04.2024). (in Russ.)
12. Sapozhnikov S.B., Bezmelnitsyn A.V., Zhikharev M.V. et al. Design of knee Joint Prosthetic Elements Made of Composites. Human. Sport. Medicine, 2023, vol. 23 (4), pp. 163–171. (in Russ.) DOI: 10.14529/hsm230420
13. Prokopenko R.A. [The Use of the knee Joint Replacement Prosthesis After the Amputation at the Level between Hip and knee]. Fizioterapiya, bal'neologiya i reabilitatsiya [Russian Journal of Physiotherapy, Balneology and Rehabilitation], 2016, vol. 15, no. 1, pp. 43–48. (in Russ.) DOI: 10.18821/1681-3456-2016-15-1-43-48
14. Reznik I. [Body Parts. How the Prosthetics Market in Russia Took Off]. Meditsinskiye tekhnologii [Medical Technologies]. Available at: https://www.rbc.ru/industries/news/65377d919a7947c1f7 a2dd21 (accessed 04.04.2024)
15. Sinegub A.V., Chernikova M.V., Fogt E.V. [Concept of an Osteointegration System for a hip Exoprosthesis with a Neuromuscular Interface]. Sistemy. Metody. Tekhnologii [Systems. Methods. Technologies], 2023, no. 3 (59), pp. 31–37. (in Russ.) DOI: 10.18324/2077-5415-2023-3-31-37
16. Smirnova L.M. [Instrumental Support of a Universal Measuring and Information System for Evaluating the Effectiveness of Prosthetics and Orthotics of the Lower Extremities]. Biotekhnosfera [Biotechnosphere], 2017, no. 5 (53), pp. 10–16. (in Russ.)
17. Smirnova L.M. [Overloading of the Intact Foot as an Indicator of the Need for Orthopedic Support for Patients After Amputation of the Lower Limb]. Fizicheskaya i reabilitacionnaya medicina [Physiсal and Rehabilitation Medicine], 2022, vol. 4(4), pp. 34–43. (in Russ.) DOI: 10.26211/2658-4522-2022-4-4-34-43
18. Burov G.N., Belyanin O.L., Bolshakov V.A., Drobakha A.S. [Creation of Automatic Control System for Bionic Robotic Below Knee Prosthesis]. Fizicheskaya i reabilitacionnaya medicina [Physiсal and Rehabilitation Medicine], 2022, vol. 4 (4), pp. 44–50. (in Russ.) DOI: 10.26211/2658-4522-2022-4-4-44-50
19. Solodimova G.A., Spirkin A.N. [The Information-measuring System Bionic Prosthesis of the Lower Limb]. Izmerenie. Monitoring. Upravlenie. Kontrol' [Measuring. Monitoring. Management. Control], 2018, no. 1 (23), pp. 57–65. (in Russ.) DOI: 10.21685/2307-5538-2018-1-9
20. Erlikh V.V., Epishev V.V., Sapozhnikov S.B. Gait Biomechanics in Normal Conditions and with a Lower-extremity Prosthesis Captured by the Xsens System. Human. Sport. Medicine, 2023, vol. 23 (4), pp. 145–154. (in Russ.) DOI: 10.14529/hsm230418
21. Kaufman K.R., Frittoli S., Frigo C.A. Gait Asymmetry of Transfemoral Amputees Using Mechanical and Microprocessor-controlled Prosthetic knees. Clinical Biomechanics, 2012, vol. 27 (5), pp. 460–465. DOI: 10.1016/j.clinbiomech.2011.11.011
22. Morgenroth D.C., Gellhorn A.C., Suri P. Osteoarthritis in the Disabled Population: a Mechanical Perspective. Physical Medicine and Rehabilitation, 2012, vol. 4 (5), pp. 20–27. DOI: 10.1016/ j.pmrj.2012.01.003
Copyright (c) 2025 Человек. Спорт. Медицина

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.