Колінний суглоб один із найскладніших в організмі людини. Він відповідає не тільки за згинання та розгинання нижньої кінцівки. У колінному суглобі виконується ротація – кругове обертання назовні та всередину, кочення. Штучні колінні модулі неспроможні повністю дублювати суглоби. Вони відповідають за розгинання та згинання кінцівки. Цей рух також не можна віднести до простих. У нього не одна, як може здатися візуально, а три осі. Простий колінний протез рухається лише по одній осі, складний модуль – по трьом, забезпечуючи природніший рух. Ускладнення конструкції позначається на швидкості та плавності роботи модуля, ці проблеми вчені та ортопеди намагаються вирішити, створюючи досконаліші протези.

Біонічні колінні модулі

Створити найдосконаліший колінний модуль ортопедам допомогла така наука, як мехатроніка. Вона вивчає особливості інтеграції таких сфер та галузей діяльності, як механіка, автоматизація процесів, електроніка. Досягнення в мехатроніці допомогли розробити процес, який виконує механічні рухи на згинання і розгинання по трьох осях під управлінням мікроконтролера. Лідером у цій галузі є німецька компанія Otto Bock, інженери якої створили кілька колінних модулів. Найпопулярнішим біонічним протезом сьогодні є C-Leg, який встановили понад 100 тисяч пацієнтів у всьому світі.

Компанія Otto Bock регулярно вдосконалює біонічний колінний модуль, який вже відрізняється низкою важливих переваг:

• ефективна підтримка рівноваги протягом усіх етапів ходьби;
• врахування особливостей індивідуальної ходи;
• аналіз особливостей поверхні у режимі реального часу;
• плавні, природні рухи;
• коригування руху з урахуванням швидкості переміщення та розміру кроку;
• захист від спотикання та підтримка при посадці знижує ризик падіння.

Ці особливості дозволяють активно переміщатися сходами та схилами, швидко адаптуватися до складних ґрунтів – піску або гравію. Пацієнт із модулями C-Leg швидше звикають до протезів та повертаються до активного життя.

Гідравлічні та пневматичні колінні модулі

Незалежно від рівня складності протезу рух здійснює за єдиною схемою. За згинання відповідають м’язи, якими користується кожна людина. Розгинання виконується рахунок сил, накопичених у фазі згинання. Це нагадує дію пружини, які ставлять під час виробництва простих протезів. Більш складні конструкції комплектуються пневматичними чи гідравлічними системами. Їхньою відмінністю є можливість змінювати зусилля, робити силу розгинання менш залежною від першої стадії руху в колінному суглобі.

У сучасних модулях пружина замінена на поршень. Цей вузол може працювати з різними середовищами: повітрям чи спеціальними рідинами. Відмінність гідравліки від пневматики полягає в тому, що поршень з рідиною забезпечує більш плавний рух. Такі моделі встановлюються пацієнтам із високою руховою активністю. Пневматика дешевша система, але вона підходить для людей, які ведуть повільний спосіб життя.

Особливості електронних систем

Керувати ефективно пружинним, гідравлічним чи пневматичним протезом можна лише за допомогою мікроконтролера. Працює процесор у парі з датчиками, які контролюють рівень навантаження, положення тіла у просторі, вивчають траєкторію руху. Це забезпечує максимальну ефективність різних стадіях переміщення кінцівки у просторі. Електроніка реагує на зовнішні зміни значно швидше та забезпечує необхідну опору.

За допомогою мікроконтролера пацієнт швидше навчається ходити, тримати рівновагу. Електроніка дозволяє виключити численні компенсаторні рухи, які роблять ходу неприродною. Процесор забезпечує зниження навантаження на здорову кінцівку, захищає поперековий відділ від травм. Сучасні технології забезпечують швидке та своєчасне підзаряджання акумуляторів колінних модулів, самостійне налаштування режимів ходьби. Інноваційні матеріали захищають електроніку від механічних пошкоджень, дії води. Це дозволяє використовувати біонні колінні модулі в будь-яких умовах і вести активне життя без обмежень.