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
электрофизиологии, основ автоматического управления, биомеханики -- новой ветви
бионики и электронной техники -- начали вырисовываться новые пути решения
задачи. В большой мере этому способствовало утверждение кибернетического
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 советскими
учеными, вернула к полноценной жизни тысячи людей. В Канаде, Англии и других
странах приобретены лицензии на советскую биоэлектрическую руку.
Обладатель искусственной руки пользуется
ей очень просто, без каких-нибудь 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 самостоятельно
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 головного 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 коробкой.
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 электронные 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 микропроцессоров 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.
