Protēze var atjaunot cilvēka spēju stāvēt, staigāt, skriet un veikt ikdienas darbus, taču tās saskare ar atlikušo ekstremitātes daļu nereti rada grūti pamanāmu problēmu — pārāk lielu vai nevienmērīgu spiedienu ligzdā. Tas var izraisīt diskomfortu, iekaisumu un pat čūlas, turklāt pasliktināt līdzsvaru un kustību kvalitāti. Jauns bioiedvesmots sensora risinājums paredzēts, lai šādu risku pamanītu, pirms tas pārvēršas traumā.
Pētnieku radītā ierīce nav pilnvērtīga protēze, bet gan plāns sensoru slānis, ko ievieto protēzes ligzdā starp mākslīgo ekstremitāti un cilvēka atlikušo locekli. To var salīdzināt ar mākslīgu ādu: sistēma seko līdzi tam, kur ligzda spiež, cik stiprs ir spiediens un cik ilgi tas saglabājas.
Atšķirībā no parasta spiediena sensora risinājums vērtē spiediena raksturu. Īsu un nelielu slodzi tas interpretē kā nekaitīgu pieskārienu. Taču signāls tiek pastiprināts, ja spiediens turpinās, atkārtojas vai vienlaikus uzkrājas vairākās vietās. Šādā gadījumā sistēma var dot agrīnu brīdinājumu, ka audiem draud bojājums.
Nevis sāpju sajūta, bet aizsargreakcija
Ierīcē apvienoti divi signālu apstrādes ceļi. Viens ātri nosaka spiediena vietu un intensitāti, savukārt otrs, kas iedvesmots no nocicepcijas jeb organisma spējas uztvert potenciāli kaitīgus kairinājumus, apkopo informāciju laikā un no vairākiem sensoriem. Tehnoloģijā izmantots pret spiedienu jutīgs materiāls un sinapsēm līdzīgi tranzistori, kuru reakciju ietekmē iepriekš saņemtie signāli.
Tādējādi sistēmai piemīt vienkāršota elektroniska “atmiņa”. Pēc traumai līdzīga spiediena notikuma tās brīdinājuma slieksnis kļūst zemāks, un vēlāk arī vājāks spiediens var izraisīt ātrāku reakciju. Tā tiek imitēta organisma paaugstinātā jutība pēc savainojuma.
Pētnieki uzsver, ka ierīce nejūt sāpes un nerada tās lietotājam. Bioloģiskā sāpju pieredze ir nesalīdzināmi sarežģītāka — tajā iesaistīti nervi, muguras smadzenes, smadzenes, emocijas un apzināta uztvere. Sensors atdarina tikai atsevišķus aizsargājošas informācijas apstrādes principus, piemēram, kairinājuma slieksni, signālu summēšanu, atmiņu un paaugstinātu jutību.
Izmēģinājumā novēro gaitas korekciju
Sākotnēji četru sensoru masīvu uzstādīja robotizētai rokai. Spiedienu 10 kilopaskālu apmērā, kas ilga 0,21 sekundi, sistēma uzskatīja par nekaitīgu. Kad tāds pats spiediens turpinājās 0,49 sekundes, signāls sasniedza brīdinājuma slieksni un roka atkāpās. Pēc šā notikuma identisks spiediens izraisīja reakciju jau 0,06 sekundēs, jo tika mainīts sistēmas brīdinājuma slieksnis, nevis radīta apzināta robota “atmiņa”.
Pēc tam sensorus ievietoja trīs dalībnieku ar amputāciju zem ceļgala protēžu ligzdās. Četri mērījumu punkti tika izvietoti vietās, kurās anatomisku iemeslu un dalībnieku ikdienas sūdzību dēļ biežāk iespējams paaugstināts spiediens. Mērījumi tika veikti sēžot, ejot, kāpjot pa kāpnēm, lecot un skrienot.
Skriešanas laikā sistēma konstatēja pārmērīgu gūžas pacelšanu, ar ko dalībnieki centās palīdzēt protēzes pēdai atrauties no zemes. Šāda kustība radīja nevienmērīgu slodzi un lielāku spiedienu atlikušās ekstremitātes priekšējā daļā. Atgriezeniskā saite palīdzēja koriģēt gaitu un samazināt pārmērīgo gūžas kustību.
Salīdzinot sistēmas brīdinājumus ar dalībnieku diskomforta vērtējumiem un novērotāju fiksētajām sejas izteiksmēm, telpā un laikā apkopotie signāli pareizi identificēja 86,4% īslaicīgu diskomforta epizožu un 90,9% ilgstošu epizožu. Šie rādītāji raksturo sakritību konkrētajos testos, nevis lietotāju apmierinātību ar ierīci.
Līdz ikdienas lietošanai vēl tāls ceļš
Tehnoloģijas iespējamais ieguvums ir tās uzmanība uz līdz šim grūti novērojamo zonu — kontaktu starp protēzes ligzdu un atlikušo ekstremitāti. Brīdinājums varētu mudināt lietotāju mainīt pozu, pielāgot gaitu, atpūsties vai vērsties pie speciālista, lai pārbaudītu ligzdas pielāgojumu. Uzkrātie spiediena dati savukārt varētu palīdzēt individuāli uzlabot protēzes iestatījumus un rehabilitācijas treniņus.
Tomēr rezultāti pagaidām ir provizoriski. Prototips ir savienots ar vadiem, un tas vēl jāpārveido par kompaktu, mazjaudīgu bezvadu sistēmu. Pirms plašākas izmantošanas jāapliecina arī medicīniskās aizsardzības kvalitāte, droša nostiprināšana un darbības stabilitāte atkārtotas slodzes, sviedru, temperatūras maiņu un ligzdas deformācijas apstākļos. Nepieciešami lielāki un ilgāki pētījumi ar dažādu amputāciju un protēžu ligzdu lietotājiem, lai noskaidrotu, vai šī pieeja ikdienā patiešām uzlabo komfortu, aizsargā audus un palīdz rehabilitācijā.
Dzīvesstils
Dzīvesstils
Dzīvesstils
Dzīvesstils