Коленный сустав один из самых сложных в организме человека. Он отвечает не только за сгибание и разгибание нижней конечности. В коленном суставе выполняется ротация – круговое вращение наружу и внутрь, качение. Искусственные коленные модули не могут полностью дублировать суставы. Они отвечают за разгибание и сгибание конечности. Это движение так же нельзя отнести к простым. У него не одна, как может показаться визуально, а три оси. Простой коленный протез движется только по одной оси, сложный модуль – по трём, обеспечивая более естественное движение. Усложнение конструкции сказывается на скорости и плавности работы модуля, эти проблемы учёные и ортопеды стараются решить, создавая более совершенные протезы.

Бионические коленные модули

Создать наиболее совершенный коленный модуль ортопедам помогла такая наука, как мехатроника. Она изучает особенности интеграции таких сфер и отраслей деятельности, как механика, автоматизация процессов, электроника. Достижения в мехатронике помогли разработать процесс, который выполняет механические движение на сгибание и разгибание по трём осям под управлением микроконтроллера. Лидером в этой отрасли является немецкая компания Otto Bock, инженеры которой создали несколько коленных модулей. Самым популярным бионическим протезом сегодня является C-Leg, который установили более 100 тысяч пациентов по всему миру.

Компания Otto Bock регулярно совершенствует бионический коленный модуль, который уже отличается рядом важных преимуществ:

• эффективная поддержка равновесия на протяжении всех этапов ходьбы;
• учёт особенностей индивидуальной походки;
• анализ особенностей поверхности в режиме реального времени;
• плавные, естественные движения;
• корректировка движение с учётом скорости перемещения и размера шага;
• защита от спотыкания и поддержка при присаживании снижает риск падений.

Эти особенности позволяют активно перемещаться по лестницам и склонам, быстро адаптироваться к сложным грунтам – песку или гравию. Пациент с модулями C-Leg быстрее привыкают к протезам и возвращаются к активной жизни.

Гидравлические и пневматические коленные модули

Независимо от уровня сложности протеза, движение осуществляет по единой схеме. За сгибание отвечают мышцы, которыми пользуется каждый человек. Разгибание выполняется за счёт сил, накопленных в фазе сгибания. Это напоминает действие пружины, которые и ставят при производстве простых протезов. Более сложные конструкции комплектуются пневматическими или гидравлическими системами. Их отличием является возможность изменять усилия, делать силу разгибания менее зависимой от первой стадии движения в коленном суставе.

В современных модулях пружина заменена поршнем. Этот узел может работать с разными средами: воздухом или специальными жидкостями. Гласное отличие гидравлики от пневматики заключается в том, что поршень с жидкостью обеспечивает более плавное движение. Такие модели устанавливаются пациентам с высокой двигательной активностью. Пневматика более дешёвая система, но она подходит для людей, которые ведут неспешный образ жизни.

Особенности электронных систем

Управлять эффективно пружинным, гидравлическим или пневматическим протезом можно только с помощью микроконтроллера. Работает процессор в паре с датчиками, которые контролируют уровень нагрузки, положение тела в пространстве, изучают траекторию движения. Это обеспечивает максимальную эффективность на разных стадиях перемещения конечности в пространстве. Электроника реагирует на внешние изменения значительно быстрее и обеспечивает необходимую опору.

С помощью микроконтроллера пациент быстрее учится ходить, держать равновесие. Электроника позволяет исключить многочисленные компенсаторные движения, которые делают походку неестественной. Процессор обеспечивает снижение нагрузки на здоровую конечность, защищает поясничный отдел от травм. Современные технологии обеспечивают быструю и своевременную подзарядку аккумуляторов коленных модулей, самостоятельную настройку режимов ходьбы.

Инновационные материалы защищают электронику от механических повреждений, воздействия воды. Это позволяет использовать бионические коленные модули в любых условиях и вести активную жизнь без ограничений.