Аспирантка Университета Карнеги-Меллона, столкнувшись с проблемами артрита у своей подруги, вдохновилась идеей найти решение, которое лучше жёсткого ортезирования для пальцев. Её идея заключалась в создании настраиваемого ортезирования, которое можно было бы легко менять с жёсткого на гибкий, не снимая, и она использовала для его изготовления 3D-печать .

Если вы росли в 1980-х и 1990-х, как и я, то, возможно, помните браслеты-шлёпанцы , которые были практически в каждом подарочном пакете на день рождения, который я когда-либо получал. Их также называли браслетами-защёлками. Дети считали их забавными, а взрослые — раздражающими. Но задумывались ли вы когда-нибудь о том, как они работают? Эти браслеты представляли собой бистабильные структуры , то есть имели два устойчивых положения равновесия: прямое и скрученное. Бистабильный механизм переключается между этими состояниями только при приложении достаточной энергии или силы, например, при ударе по запястью. Примерно так же работает напечатанный на 3D-принтере фиксатор для пальцев.

Во время стажировки Юйюй Линь , аспирантка Института взаимодействия человека и компьютера (HCII) Школы компьютерных наук университета, заметила, что, когда её подруга работает за компьютером, ей приходится снимать ортопедические скобы. Она носила их, чтобы облегчить и вылечить артрит в суставах пальцев, но не могла согнуть пальцы, чтобы нажимать на клавиатуру.

Лин хотела помочь своей подруге и другим людям, столкнувшимся с похожими проблемами. Она подумала, что, возможно, удастся создать ортез для пальца, который можно было бы легко менять от жёсткого до гибкого, что позволило бы двигать пальцем, не снимая ортез. Поэтому она обратилась к коллегам из Лаборатории интерактивных структур (ISL), чтобы изучить проблему и найти лучшее решение.

Линь объяснил: «В этой работе мы пытались думать с точки зрения пациента и того, как заставить его носить этот корсет и легче проходить курс реабилитации».

Александра Ион , доцент HCII и директор Лаборатории интерактивных структур, отметила: «Мы хотели понять, как мы можем помочь людям и что нужно пациентам прямо сейчас. Мы хотели применить наш опыт для создания этой новой, неожиданной вещи».

Обычно ортезы для пальцев статичны, что обеспечивает неподвижность пальца для его заживления. Однако врачи часто просят снимать их во время реабилитационных упражнений, и пациентам сложно поддерживать баланс между неподвижностью и болезненными, но необходимыми движениями. Исследователи из Университета Карнеги-Меллона разработали полностью настраиваемый бистабильный ортез для пальцев для восстановления после травм и лечения артрита, который меняет положение с жёсткого на гибкое простым нажатием или сгибанием пальца.

«Ортезы являются важнейшими компонентами реабилитации, но их функциональность ограничена. Статические ортезы иммобилизуют суставы, что, особенно при травмах кисти и пальцев, мешает повседневной активности пользователей. Кроме того, ранние графики мобилизации требуют частого снятия и повторного надевания статических ортезов, что обременительно», — написала команда.

Чтобы облегчить как реабилитацию, так и развитие ловкости, мы представляем новую многофункциональную, но немоторизованную конструкцию ортеза для пальцев. Наша конструкция позволяет легко переключаться между двумя различными состояниями: жёстким для иммобилизации и гибким для мобилизации.

Бандаж был разработан в виде двух жёстких деталей, напечатанных на 3D-принтере и соединённых эластичной лентой. Когда пользователь нажимает на брекет или сгибает или загибает палец до определённого положения, лента легко освобождается, обеспечивая свободу движений пальца. Когда палец выпрямляется и поднимается, эластичная лента защёлкивается и снова фиксирует палец. Это похоже на упомянутые ранее слэп-браслеты, которые остаются жёсткими до определённого положения, а затем обвиваются вокруг запястья.

В сотрудничестве с медицинскими специалистами исследователи из Университета Карнеги-Меллона (CMU) определили, что ортопедическое устройство, напечатанное на 3D-принтере, будет наиболее эффективно для сухожилий второго сустава кисти. Этот участок, называемый проксимальным межфаланговым суставом, трудно поддается лечению. Это связано с тем, что, если пациент не получает достаточной ранней мобилизации сустава после травмы, часто возникает посттравматическая скованность.

Это ортопедическое устройство можно напечатать на 3D-принтере целиком, и оно не требует сборки. Оно настраивается с помощью программного обеспечения для компьютерного проектирования, которое, как пишут исследователи, «позволяет настраивать пороги переключения корсета в зависимости от индивидуальной силы пальцев и амплитуды движений пациента».

Для индивидуальной настройки ортеза пациенту необходимо собрать определённые данные, включая силу пальцев (измеряемую динамометром), их размеры и угол разгибания, который можно измерить с помощью транспортира. Программа использует эту информацию для моделирования цифровой версии ортеза, которая затем используется для определения силы (крутящего момента), необходимой для безопасного переключения ортеза из жёсткого состояния в гибкое. На основе полученных данных создаётся 3D-модель ортеза, которую пациенты могут настроить перед печатью.

«После предварительного исследования с участием 10 здоровых людей, которое подтвердило удобство использования и ношения корсета, наше двухнедельное исследование с участием пациента показало, что наш корсет помогает в повседневной деятельности и способствует реабилитации», — заключили исследователи.

Заметив трудности своей подруги и используя имеющиеся ресурсы, чтобы что-то с ними сделать, Лин и остальные члены команды в конечном итоге могли бы облегчить пациентам соблюдение планов реабилитации, контролировать хронические заболевания, такие как артрит, и ускорить их выздоровление.

В будущем Линь планирует продолжить разработку корсетов и адаптивных устройств, которые смогут с комфортом носить пользователи с ограниченной подвижностью.

Источник