보형물

Prosthesis
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하의 보철물을 가진 남자
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의학에서 보철물(복수: 보철물, 고대 그리스어: ρσθεε roman roman roman roman roman roman, 로마자: prorostesis, light. '추가, 적용, 부착')[1] 또는 보철물 [2][3]임플란트는 외상, 질병 또는 출생 시 현재 상태를 통해 상실될 수 있는 신체 부위를 대체하는 인공 장치이다.보형물은 잃어버린 신체 [4]부위의 정상적인 기능을 복원하기 위한 것입니다.절단 재활은 주로 물리치료사, 보철사, 간호사, 물리치료사 [5]및 작업치료사로 구성된 학제간 팀의 일부로 물리치료사에 의해 조정됩니다.보형물은 손으로 만들 수도 있고 CAD(컴퓨터 지원 설계)를 사용하여 만들 수도 있습니다. CAD는 컴퓨터 생성 2-D 및 3-D 그래픽과 분석 및 최적화 도구를 [6]사용하여 제작물을 설계하고 분석할 수 있도록 도와주는 소프트웨어 인터페이스입니다.

종류들

사람의 보철물은 사람의 외모와 기능적 필요에 따라 설계되고 조립되어야 한다.예를 들어 경방사형 보철물이 필요할 수 있지만 미적 기능 장치, 근전 장치, 신체 동력 장치 또는 활동 특정 장치 중 하나를 선택해야 합니다.개인의 미래 목표와 경제적 능력에 따라 하나 이상의 기기 중 하나를 선택하는 데 도움이 될 수 있습니다.

두개골 안면 보형물은 구강 내 및 구강 외 보형물을 포함한다.구강외 보철물은 반측면, 귀, 코, 안와, 안와로 더 나뉜다.구강 내 보철물에는 틀니, 폐색제, 임플란트 등의 치과 보철물이 포함됩니다.

목의 보철물에는 후두 대체물, 기관 및 상부 식도 대체물이 포함됩니다.

몸통의 소마토 보형물에는 단일 또는 양쪽의 가슴 보형물 또는 유두 보형물 중 하나가 포함된다.

음경보형물은 발기부전 치료, 음경변형 교정, 생체남성의 시상형성술 및 자궁중성형술 시술, 여성 대 남성 성전환수술에서 새로운 음경 형성에 사용된다.

팔다리 보형물

사지 보철물에는 상부와 하부의 보철물이 모두 포함된다.

상완부 보형물은 다양한 절단 수준에서 사용됩니다: 전분기, 어깨 관절 부전, 경흉막 보형물, 팔꿈치 관절 부전, 경방사상 보형물, 손목 관절 부전, 전손, 부분 손, 손가락, 부분 손가락.경방사선 보철물은 팔꿈치 아래에 빠진 팔을 대체하는 의족이다.

상지 보형물은 크게 세 가지 범주로 분류할 수 있습니다.패시브 디바이스, 바디 파워드 디바이스 및 외장 파워드(근전기) 디바이스.수동 장치는 주로 미용 목적으로 사용되는 수동형 손이나 특정 활동(예: 여가 또는 직업)에 주로 사용되는 수동형 도구일 수 있다.수동 장치의 광범위한 개요와 분류는 Maat [7]et.al의 문헌 리뷰에서 확인할 수 있다.패시브 디바이스는 정적일 수 있습니다.즉, 가동 부품이 없는 디바이스 또는 조정 가능한 디바이스입니다.즉, 패시브 디바이스의 구성을 조정할 수 있습니다(예: 조정 가능한 핸드 오픈).능동적 파악이 없음에도 불구하고 수동적 장치는 물체를 고정 또는 지지해야 하는 격월 작업이나 사회적 상호작용의 제스처에 매우 유용하다.과학 자료에 따르면 전 세계 상지 절단 환자 중 3분의 1이 수동형 [7]의수를 사용한다.차체 구동식 또는 케이블 작동식 팔다리는 손상된 팔의 반대쪽 어깨 주위에 하니스와 케이블을 부착하여 작동합니다.세 번째 카테고리의 보철장치는 근전기 팔이다.이것들은 전극을 통해 상완의 근육이 움직일 때 감지하여 인공 손이 열리거나 닫히는 것을 유발합니다.보철업계에서는 경방사형 보철 팔을 흔히 "BE" 또는 팔꿈치 아래 보철물이라고 합니다.

저연소 보형물은 다양한 절단 수준에서 대체품을 제공한다.여기에는 고관절 탈구, 경구 보철물, 무릎 탈구, 경골 보철물, 심 절단, 발, 부분 발, 발가락 등이 포함됩니다.하지 보철 장치의 두 가지 주요 하위 범주는 경골 횡단(정강이뼈를 가로지르는 절단 또는 정강이뼈 결핍을 초래하는 선천적 이상)과 경골 경골(대퇴골 또는 대퇴골 [citation needed]결핍을 초래하는 선천적 이상)입니다.

경구 보철물은 무릎 위에 빠진 다리를 대체하는 인공 다리이다.경구 절단 환자들은 정상적인 움직임을 되찾는 데 매우 어려움을 겪을 수 있다.일반적으로,[8] 경구 절단 환자는 다리가 두 개인 사람보다 걷는데 약 80% 더 많은 에너지를 사용해야 한다.이는 무릎과 관련된 움직임의 복잡성 때문이다.보다 새롭고 개선된 설계에서는 유압, 탄소섬유, 기계적 연결, 모터, 컴퓨터 마이크로프로세서 및 이러한 기술의 혁신적인 조합이 사용자에게 더 많은 제어를 제공하기 위해 사용됩니다.의족 업계에서는 흔히 "AK" 또는 무릎 위쪽에 있는 경골의족 의족을 말합니다.

경정맥 보철물은 무릎 아래에 빠진 다리를 대체하는 인공 다리이다.경정맥 절단 환자는 대개 경정맥 절단 환자보다 더 쉽게 정상적인 움직임을 회복할 수 있는데, 이는 대부분 무릎을 유지하는 것으로, 더 쉽게 움직일 수 있게 해준다.하지 보철물은 고관절 높이에 위치한 인공적으로 교체된 팔다리를 말합니다.의족 업계에서는 경정골 의족을 흔히 "BK" 또는 무릎 아래 의족이라고 부릅니다.

물리치료사들은 다리 보철물로 걷는 법을 가르치도록 훈련받는다.그렇게 하기 위해 물리치료사는 구두 지시를 제공할 수 있고 촉각 또는 촉각 신호를 사용하여 사람을 안내할 수도 있습니다.이것은 클리닉이나 자택에서 실시할 수 있습니다.치료법에 [9]러닝머신 사용이 포함된다면 가정에서의 그러한 훈련이 더 성공적일 수 있다는 몇몇 연구가 있다.물리치료와 함께 러닝머신을 사용하는 것은 사람이 보철물을 가지고 걷는 것의 많은 어려움을 경험하도록 돕는다.

영국에서는, 하지 절단 수술의 75%가 혈액 순환 부족(이혈관계)[10]으로 인해 시행된다.이 상태는 종종 당뇨병과 [10]심장병을 포함한 많은 다른 의학적 조건과 관련이 있는데, 이는 회복이 어려워지고 이동성과 독립을 회복하기 위해 의족을 사용하는 것을 어렵게 만들 수 있다.혈액순환이 원활하지 않고 하지를 잃은 사람의 경우 연구 부족으로 보철치료법에 [10]대한 선택을 알릴 증거가 부족하다.

인체의 관절을 교체하는 데 사용되는 보철물의 종류

하지 보철물은 종종 절단 수준이나 [11][12]외과의사 이름 뒤에 분류됩니다.

  • 경구(무릎 위)
  • 천장(무릎 아래)
  • 발목 관절 탈구(예:Syme 절단)
  • 무릎 탈구
  • 반구절제술(엉덩이 탈구)
  • 부분 발 절단(피로고프, 탈로-나비골 및 발꿈치-큐보이드(초파르트), 타르소-메타르살(리스프랑), 전이-중족골-지골, 방사선 절단, 발가락 절단).[12]
  • 반네스의 회전 성형술

보철 원료

보철물은 절단 수술을 받은 사람들이 더 편리하게 사용할 수 있도록 경량화 되었다.이러한 자료에는 다음이 포함됩니다.

  • 플라스틱:
    • 폴리에틸렌
    • 폴리프로필렌
    • 아크릴계
    • 폴리우레탄
  • 목재(조기 보철물)
  • 고무(조기 보철물)
  • 경량 금속:
    • 티타늄
    • 알루미늄
  • 컴포지트:
    • 탄소섬유강화폴리머[4]

바퀴 달린 보형물은 또한 개, 고양이, 돼지, 토끼, [13]거북이를 포함한 다친 가축들의 재활에 광범위하게 사용되어 왔다.

역사

고대 이집트의 의족 발가락

보철물은 기원전 3000년 경 고대 근동에서 유래했으며, 보철물의 가장 초기 증거는 고대 이집트와 이란에서 나타났다.눈 보철물에 대한 가장 이른 기록은 기원전 3000년 경의 이집트 이야기인 호루스의 눈에서 나온 것으로, 호루스의 왼쪽 눈은 토스에 의해 뽑혀지고 복원된다.기원전 3000~2800년경, 보철물의 가장 초기의 고고학적 증거가 고대 이란에서 발견되었으며, 그곳에서 샤흐리 쇼흐타에서 한 여성과 함께 안구 보철물이 매장되었다.그것은 얇은 [14]금층으로 덮인 역청 페이스트로 만들어졌을 것이다.이집트인들은 또한 기원전 [15]1000년경 신왕국의 몸에서 발견된 나무 발가락에서 알 수 있듯이 발 보철 의학의 초기 선구자들이었다.기원전 1200년경 남아시아에서 발견된 또 [16]다른 초기 기록은 리그베다의 전사 여왕 비시팔라에 관한 것이다.로마의 청동 왕관도 발견되었지만,[17] 의학적 용도보다는 미학적이었을 수도 있다.

보철물에 대한 초기 언급은 그리스 역사학자 헤로도토스에서 나왔는데, 헤게시스트라투스는 스파르타인 납치범들로부터 도망치기 위해 자신의 발을 잘라내고 나무로 [18]대체한 그리스 신관 헤게시스트라투스의 이야기를 들려준다.

목재 및 금속 보철물

카푸아 다리(복제)
쇠로 만든 의수로 괴츠 폰 베를리힌겐이 소유하고 있었다고 믿어진다(1480년–1562년)
"기계 손의 삽화", c. 1564
1560년부터 1600년까지로 추정되는 인공 철제 손

대 플리니우스는 또한 로마 장군 마르쿠스 세르지오스의 이야기를 기록했는데, 그는 유세 중에 오른손이 잘렸고, 그가 전투에 복귀할 수 있도록 그의 방패를 잡을 수 있는 강철 손을 가지고 있었다.매우 정교하고 유명한[19] 역사적 의수는 16세기 초에 만들어진 괴츠 폰 베를리칭겐의 의수이다.그러나 보철기구의 사용이 확인된 것은 기원전 950년에서 710년 사이이다.2000년, 병리학자들이 고대 테베 근처의 이집트 네크로폴리스에 묻힌 이 시기의 미라를 발견했는데, 이 미라는 인공 엄지발가락을 가지고 있었다.나무와 가죽으로 구성된 이 발가락은 사용 흔적이 있었다.2011년 바이오 기계 공학자들이 복제했을 때, 연구원들은 이 고대의 보철물이 착용자에게 맨발과 이집트 스타일의 샌들을 둘 다 걸을 수 있게 해준다는 것을 발견했다.이전에 발견된 가장 초기의 의족은 카푸아에서 [20]온 의족이었다.

비슷한 시기에 프랑수아 드 라 누에는 17세기 르네 로베르 카발리에 드 라 [21]살레와 마찬가지로 철권도 있었다고 전해진다.앙리 드 톤티는 손을 위한 의족 고리를 가지고 있었다.중세 시대에는 보철물의 형태가 매우 기본적이었습니다.쇠약해진 기사들은 방패를 들고, 창이나 검을 잡거나, 기마 [22]전사를 안정시킬 수 있도록 보철물을 설치했다.오직 부유한 사람들만이 일상생활에 [citation needed]도움이 되는 것은 무엇이든 살 수 있었다.

한 가지 주목할 만한 보철물은 이탈리아 남성의 것으로 과학자들은 그의 절단된 오른손을 [23][24]칼로 대체했다고 추정했다.포베글리아노 베로네세의 롱고바드 묘지에서 발견된 이 유골을 조사하는 과학자들은 이 남자가 서기 [25][24]6세기에서 8세기 사이에 살았던 것으로 추정했다.이 남성의 시신 근처에서 발견된 자료들은 그가 이빨로 [25]반복적으로 조이는 가죽 끈으로 칼 보철물을 부착한 것으로 보인다.

르네상스 기간 동안, 의족들은 철, 강철, 구리, 그리고 나무를 사용하여 발전했다.기능성 보철물이 등장하기 시작한 [26]것은 1500년대부터다.

20세기 이전의 기술 발전

이탈리아의 한 외과의사는 절단 수술을 받은 사람의 존재를 기록했는데, 그는 그의 모자를 벗기고, 지갑을 열고,[27] 그의 이름을 서명할 수 있는 팔을 가지고 있었다.절단 수술과 보철 디자인의 개선은 암브루아 파레의 손에 의해 이루어졌다.그의 발명품 중에는 무릎 위쪽에 있는 고정 위치, 조절 가능한 하네스, 그리고 무릎 잠금 제어 장치를 가진 무릎을 꿇는 못 다리와 발의 보철물인 무릎 위 장치가 있었다.그의 진보의 기능은 미래의 보철물이 어떻게 발전할 수 있는지를 보여주었다.

근대 이전의 기타 주요 개선점:

  • Pieter Verduyn – 최초의 무릎 아래(BK) 보철물.
  • James Potts – 무릎에서 발목까지 캣거트 힘줄에 의해 제어되는 나무 생크와 소켓, 강철 무릎 관절 및 관절 다리로 만들어진 보철물.'앵글시 다리' 또는 '셀포 다리'로 알려지게 되었습니다.
  • James Syme 경 – 허벅지를 절단하지 않은 새로운 발목 절단 방법.
  • Benjamin Palmer – Selpho 다리가 개선되었습니다.전방 스프링과 숨겨진 힘줄을 추가하여 자연스러운 움직임을 시뮬레이션합니다.
  • Dubois Parmlee – 흡착 소켓, 다관절 무릎 및 다관절 발을 갖춘 보철물 제작.
  • Marcel Desoutter & Charles Desoutter – 최초의 알루미늄[28] 보철물
  • 헨리 헤더 비그와 그의 아들 헨리 로버트 헤더 비그는 크림 전쟁 이후 부상당한 군인들에게 "수술 기구"를 제공하라는 여왕의 명령을 받았다.그들은 양팔 절단 수술을 받은 사람이 크로셰를 할 수 있는 팔과 상아, 펠트,[29] 가죽을 기반으로 다른 사람이 자연스럽게 느낄 수 있는 손을 개발했다.

제2차 세계 대전 말기에, NAS는 보철물의 더 나은 연구와 개발을 지지하기 시작했다.정부의 자금 지원을 통해 육군, 해군, 공군, 그리고 재향군인청에서 연구 개발 프로그램이 개발되었다.

하지근대사

1941년 의족 공장

2차 세계대전 후, 제임스 푸트와 C.W. 래드클리프를 포함한 캘리포니아 대학의 팀은 무릎 위 절단용 지그 장착 시스템을 개발함으로써 사각형 소켓을 개발하는 데 도움을 주었다.하지 소켓 기술은 1980년대에 존 사볼리치 C.P.O.가 CATCAM(Contoured Adadated Trochanteric-Controlled Alignment Method) 소켓을 발명하여 나중에 사볼리치 소켓으로 진화하면서 더욱 혁명적인 발전을 이루었습니다.그는 Ivan Long과 Osur Christensen의 지시를 따랐고,[30] 그들은 나무로 만들어진 오픈 엔드 플러그 소켓에 이어 사각형 소켓의 대안을 개발했다.이러한 발전은 소켓 대 환자 접촉 모델의 차이 때문입니다.이에 앞서 소켓은 근육 조직을 위한 특별한 격납용기 없이 정사각형 모양으로 제작되었습니다.따라서 새로운 디자인은 골격 구조를 고정하고, 골격 구조를 고정하고, 환자의 근육 구조뿐만 아니라 기존 사지에 체중을 균등하게 분산시키는 데 도움이 됩니다.좌골 격리는 오늘날 많은 보철학자들이 환자 치료에 도움을 주기 위해 잘 알려져 있고 사용되고 있다.따라서 좌현 격납 소켓의 종류가 존재하며 각 소켓은 환자의 특정 요구에 맞게 조정됩니다.소켓 개발 및 변화에 기여한 다른 업체로는 Tim Staats, Chris Hoyt 및 Frank Gottschalk가 있습니다.Gottschalk는 절단외과 의사가 수행한 수술 절차가 절단 환자가 어떤 유형의 소켓 [31]설계든 보철물을 잘 사용할 수 있도록 준비하는 데 가장 중요하다고 주장하며 CAT-CAM 소켓의 효과에 대해 이의를 제기했다.

최초의 마이크로프로세서로 제어되는 의족 무릎은 1990년대 초에 사용할 수 있게 되었다.Intelligent Prostesis는 시판되는 최초의 마이크로프로세서 제어 의족 무릎이었습니다.채스에 의해 발매되었습니다.1993년 영국의 A. Blatchford & Sons, Ltd.에서 보철물로 걷는 것을 보다 자연스러운 [32]느낌으로 만들었습니다.개선된 버전은 1995년에 Intelligent Prostesis Plus라는 이름으로 출시되었습니다.Blatchford는 1998년에 또 다른 보철물인 Adaptive Prostesis를 출시했다.Adaptive Prostesis는 유압 제어 장치, 공압 제어 장치 및 마이크로프로세서를 사용하여 절단 환자에게 보행 속도 변화에 더 잘 반응하는 걸음걸이를 제공했습니다.비용 분석에 따르면 정교한 무릎 위 [33]보철물은 연간 생활비만 조정한다면 45년 안에 약 100만 달러가 될 것으로 보인다.

2019년에는 AT2030에 따라 석고 주물이 아닌 열가소성 수지를 사용하여 맞춤형 소켓을 만드는 프로젝트가 시작되었습니다.이 방법은 실행 속도가 더 빠르고 비용도 훨씬 저렴합니다.이 소켓은 Amparo Confidence [34][35]소켓이라고 불렸습니다.

상지근대사

2005년, DARPA는 혁명적인 보철물 [36][37][38][39][40][41]프로그램을 시작했습니다.

환자 절차

보철물은 절단되거나 선천적으로 기형이거나 없어진 사지를 대체하는 기능적 대체물이다.보철술사들은 보철기구의 처방, 설계, 관리를 책임진다.

대부분의 경우, 보철술사는 환자의 환부에 석고 깁스를 하는 것으로 시작합니다.경량, 고강도 열가소성 수지는 이 환자 모델에 맞게 제작됩니다.탄소섬유, 티타늄, 케블라 등의 최첨단 소재는 새로운 보철물을 경량화하는 동시에 강도와 내구성을 제공합니다.보다 정교한 보철물에는 첨단 전자 장치가 장착되어 있어 안정성과 [42]제어력이 향상됩니다.

최신 테크놀로지 및 제조

WorkNCComputer Aided Manufacturing 소프트웨어를 사용하여 제작된 무릎 보형물

몇 년 동안, 의족에 진보가 있었다.새로운 플라스틱과 탄소 섬유와 같은 다른 물질들은 인공 팔다리를 수술하는데 필요한 여분의 에너지의 양을 제한하면서, 더 강하고 가벼워지게 만들었다.이것은 특히 경골절제술 환자들에게 중요하다.추가적인 재료들은 인공 팔다리를 훨씬 더 사실적으로 보이게 해주었다. 이것은 경복부 및 경복막 절단 환자들에게 중요하다. 왜냐하면 그들은 인공 팔다리를 [43]노출시킬 가능성이 더 높기 때문이다.

의수손가락 제조

신소재 외에도 전자제품의 사용은 의족에서 매우 보편화 되었다.근육의 움직임을 전기 신호로 변환함으로써 사지를 제어하는 근전지는 케이블로 작동되는 사지보다 훨씬 더 흔해졌다.근전신호는 전극에 의해 포착되고, 신호는 통합되며, 그것이 일정 임계값을 넘으면 의족제어신호가 트리거되며, 이것이 본질적으로 모든 근전제어신호가 지연되는 이유입니다.반대로 케이블 제어는 즉각적이고 물리적이며, 이를 통해 근전 제어가 제공하지 않는 어느 정도의 직접적인 힘의 피드백을 제공합니다.컴퓨터는 팔다리의 제조에도 광범위하게 사용된다.컴퓨터 보조 설계와 컴퓨터 보조 제조는 의족 [43][44]설계와 제조를 지원하기 위해 자주 사용됩니다.

대부분의 현대식 인공 사지는 벨트와 커프 또는 흡입을 통해 절단 환자의 남은 사지(덤프)에 부착됩니다.잔여 사지는 보철물의 소켓에 직접 장착되거나, 보다 일반적으로 라이너를 사용하여 진공(흡입 소켓) 또는 핀 잠금 장치에 의해 소켓에 고정됩니다.라이너는 부드러워서 하드 소켓보다 훨씬 더 좋은 흡착 핏을 만들 수 있습니다.실리콘 라이너는 주로 원형(원형) 단면을 가진 표준 사이즈로 구할 수 있지만, 나머지 사지 형태에 대해서는 맞춤 라이너를 만들 수 있습니다.소켓은 잔여 사지에 맞도록 제작되고 인공 사지의 힘을 (단 하나의 작은 점이 아닌) 잔여 사지의 영역에 분산하여 잔여 사지의 마모를 줄이도록 제작됩니다.

보철 소켓 제조

인공 소켓의 생산은 남은 사지의 형상을 포착하는 것으로 시작되는데, 이 과정을 형상 포착이라고 합니다.이 프로세스의 목표는 남은 [45]사지를 정확하게 표현하는 것입니다.이것은 소켓의 적합성을 높이기 위해 매우 중요합니다.커스텀 소켓은 잔여 사지의 석고 주물 또는 더 일반적으로 현재 남아 있는 사지에 착용한 라이너의 석고 주물로 금형을 만드는 방식으로 제작됩니다.일반적으로 사용되는 화합물은 플라스터 오브 [46]파리라고 불린다.최근에는 컴퓨터에 직접 입력할 수 있는 다양한 디지털 형상 캡처 시스템이 개발되어 보다 정교한 디자인을 실현하고 있습니다.일반적으로 형상 캡처 프로세스는 절단자의 잔존 사지로부터 3차원(3D) 기하학적 데이터를 디지털로 획득하는 것으로 시작됩니다.데이터는 프로브, 레이저 스캐너, 구조화된 라이트 스캐너 또는 사진 기반 3D 스캔 [47]시스템을 사용하여 수집됩니다.

형상 캡처 후 소켓 생산의 두 번째 단계를 정류라고 합니다. 이것은 골격 돌출부 및 잠재적 압력점에 볼륨을 추가하여 잔여 사지의 모델을 수정하고 하중 지지 영역에서 볼륨을 제거하는 과정입니다.이 작업은 포지티브 모델에 석고를 추가 또는 제거하거나 [48]소프트웨어에서 컴퓨터화된 모델을 조작하여 수동으로 수행할 수 있습니다.마지막으로, 모델이 수정되고 마무리되면 보철 소켓의 제작이 시작됩니다.보철사들은 양성 모델을 [45]에폭시 수지로 코팅된 반용융 플라스틱 시트 또는 탄소 섬유로 감싸서 보철 소켓을 만들 것입니다.컴퓨터화 모델의 경우 유연성과 기계적 [49]강도가 다른 다양한 재료를 사용하여 3D 프린팅이 가능합니다.

잔여 사지와 소켓 사이에 최적의 소켓을 맞추는 것은 전체 보철물의 기능과 사용에 매우 중요합니다.잔여 사지와 소켓 부착물 사이의 핏이 너무 느슨하면 잔여 사지와 소켓 또는 라이너 사이의 접촉 면적이 줄어들고 잔여 사지의 피부와 소켓 또는 라이너 사이의 포켓이 증가합니다.압력이 높을수록 고통스러울 수 있습니다.에어 포켓은 땀을 축적시켜 피부를 부드럽게 할 수 있습니다.궁극적으로, 이것은 피부 발진의 빈번한 원인이다.시간이 지남에 따라,[8] 이것은 피부의 붕괴로 이어질 수 있다.반면, 매우 꽉 끼면 계면 압력이 과도하게 증가하여 장시간 사용 [50]후 피부 손상을 초래할 수 있습니다.

의족은 일반적으로 다음 [43]단계를 사용하여 제조됩니다.

  1. 잔지 측정
  2. 신체측정을 통해 의족에 필요한 크기 결정
  3. 실리콘 라이너 장착
  4. 잔여 사지에 착용한 라이너 모델 작성
  5. 모델 주위에 열가소성 수지 시트 형성 – 보철물의 적합성을 테스트하는 데 사용됩니다.
  6. 영구 소켓 형성
  7. 의족 플라스틱 부품 형성 – 진공 성형, 사출 성형 등 다양한 방법 사용
  8. 다이캐스팅을 이용한 의지의 금속 부품 제작
  9. 사지 전체의 조립

몸으로 움직이는 팔

현재의 기술은 신체 구동식 팔의 무게가 근전기 팔의 1/2에서 1/3 정도 나갈 수 있게 한다.

소켓

현재의 차체 구동식 암에는 하드 에폭시 또는 탄소 섬유로 제작된 소켓이 포함되어 있습니다.이러한 소켓 또는 "인터페이스"는 뼈의 돌출부에 패딩을 제공하는 더 부드럽고 압축 가능한 발포 재료로 라이닝함으로써 더 편안하게 만들 수 있습니다.자기 현수식 또는 초콘딜라 소켓 설계는 팔꿈치 아래의 짧은 범위부터 중간 범위까지 있는 사람들에게 유용하다.팔다리가 길어질 경우 로킹 롤온 타입의 이너 라이너 또는 보다 복잡한 하니스를 사용하여 서스펜션을 보강해야 할 수 있습니다.

손목

Wrist 유닛은 UNF 1/2-20 나사산(USA) 또는 퀵 릴리스 커넥터를 갖춘 나사 장착 커넥터로, 다양한 모델이 있습니다.

자율개방 및 자율폐쇄

두 가지 유형의 차체 구동 시스템이 존재합니다. 자발적 개방과 자발적 폐쇄 "풀 투 오픈"입니다.사실상 모든 "분할 후크" 보형물은 자발적인 개방형 시스템으로 작동합니다.

GRIPs라고 불리는 보다 현대적인 "선견자"는 자발적인 폐쇄 시스템을 사용합니다.그 차이는 매우 크다.자발적 개방 시스템 사용자는 그립력을 위해 탄성 밴드 또는 스프링에 의존하는 반면 자발적 폐쇄 시스템 사용자는 그립력을 생성하기 위해 자신의 신체 힘과 에너지에 의존합니다.

자발적인 폐쇄 사용자는 일반 손과 동등한 최대 100파운드 또는 그 이상의 프리헨션 힘을 발생시킬 수 있습니다.자발적인 닫기 그립은 사람의 손처럼 잡기 위해 일정한 장력이 필요하며, 그 특성에서는 사람의 손 성능에 더 가깝습니다.자발적인 개방 분할 후크 사용자는 고무 또는 스프링이 생성할 수 있는 힘(일반적으로 20파운드 미만)으로 제한됩니다.

피드백

생성된 바이오피드백에는 사용자가 보유하고 있는 것을 "느낌"할 수 있는 추가적인 차이가 있습니다.자발적 개방 시스템은 일단 체결되면 유지력을 제공하여 암의 끝에서 수동 바이스처럼 작동합니다.고리가 유지 중인 물체 주위로 닫히면 그립 피드백이 제공되지 않습니다.자발적 폐쇄 시스템은 사용자가 얼마나 많은 힘을 가하는지 느낄 수 있도록 직접 비례 제어 및 바이오피드백을 제공합니다.

1997년 콜롬비아 교수요라틴 아메리카의 생체 공학 연구자인 알바로 리오스 포베다는 감각 피드백을 가진 상지와 손 보철물을 개발했다.이 기술은 절단 수술을 받은 환자들이 보다 자연스러운 방식으로 [51]의수 시스템을 다룰 수 있게 해준다.

최근 연구는 인공 센서가 손 보철물로부터 제공하는 정보에 따라 중앙과 척골 신경을 자극함으로써 생리적으로 적절한 (자연에 가까운) 감각 정보를 절단 환자에게 제공할 수 있다는 것을 보여주었다.이 피드백을 통해 참가자는 시각 또는 청각 [52]피드백 없이 보철물의 잡는 힘을 효과적으로 조절할 수 있었다.

2013년 2월, 스위스의 에콜 폴리테크니크 페데랄 드 로잔과 이탈리아의 스쿠올라 수페리오레 산탄나의 연구진은 절단 환자의 팔에 전극을 이식했고,[53] 이는 환자에게 감각 피드백을 주고 보철물을 실시간으로 제어할 수 있게 했다.덴마크 환자는 상완의 신경에 연결된 와이어로 물체를 다룰 수 있었고 스위스, 이탈리아의 [54]실베스트로 미케라와 연구진이 만든 특별한 인공 손을 통해 즉시 촉각을 얻을 수 있었다.

2019년 7월 Jacob George가 이끄는 유타 대학 연구진에 의해 이 기술은 더욱 확장되었다.연구진은 환자의 팔에 전극을 이식하여 여러 가지 감각적 계율을 만들었다.그런 다음 각 전극을 자극하여 각 감각 전도가 어떻게 발생하는지 알아낸 다음, 감각 정보를 보철물에 매핑합니다.이것은 연구자들이 환자가 그들의 자연스러운 손으로부터 받을 수 있는 것과 같은 종류의 정보에 대한 근사치를 얻을 수 있게 해줄 것이다.불행하게도, 이 팔은 일반 사용자들이 얻기에는 너무 비싸지만, 제이콥은 보험회사들이 [55]의족 비용을 충당할 수 있다고 언급했다.

단말 장치

단말 장치에는 다양한 후크, 프리헨서, 핸드 또는 기타 장치가 포함되어 있습니다.

훅

자발적인 개방 스플릿 훅 시스템은 간단하고 편리하며 가볍고 견고하며 다용도적이며 비교적 저렴한 가격입니다.

후크는 외관이나 전체적인 다재다능함에 있어 일반 사람의 손과 일치하지 않지만, 재료 허용 오차는 기계적 응력에 대해 일반 사람의 손을 초과하거나 초과할 수 있습니다(고리를 사용하여 상자를 슬라이스하거나 망치로 사용할 수 있는 반면 일반 손에는 동일한 것이 불가능함), 열 안정성을 위해 후크를 사용하여 물건을 잡을 수 있습니다.끓는 물, 그릴에서 고기를 뒤집고, 완전히 탈 때까지 성냥을 들고, 화학적 위해(금속 갈고리가 산이나 잿물을 견디고, 인공 장갑이나 사람의 피부와 같은 용제에 반응하지 않기 때문에)

손들
미 해병대의 근전기의 의수를 잡고 있는 배우 오웬 윌슨

의수는 자발적 개폐 버전과 자발적 폐쇄 버전 모두에서 사용할 수 있으며, 보다 복잡한 메커니즘과 외관 장갑 커버로 인해 상대적으로 큰 활성화 힘이 필요하며, 사용되는 하네스 유형에 따라 [56]불편할 수 있습니다.네덜란드 델프트 공과대학교의 최근 연구는 기계적인 의수의 개발이 지난 수십 년 동안 방치되어 왔다는 것을 보여주었다.연구는 대부분의 현재 기계 손의 집는 힘 수준이 실제 [57]사용하기에 너무 낮다는 것을 보여주었다.가장 잘 테스트된 손은 1945년 경에 개발된 의수였다.그러나 2017년 비엔나 [58][59]의과대학의 로라 흐루비에 의해 생체공학적인 손으로 연구가 시작되었다.오픈 하드웨어 3D 프린팅이 가능한 바이오닉 핸드도 몇 [60]개 출시되었습니다.일부 기업은 환자의 상완에[61][62] 맞추기 위해 팔뚝이 통합된 로봇 손을 생산하고 있으며, 2020년 이탈리아 공과대학(IIT)에서는 팔뚝이 통합된 로봇 손(소프트 핸드 프로)이 [63]개발되었습니다.

상업용 프로바이더 및 자재

Hosmer와 Otto Bock은 주요 상업용 후크 공급자이다.기계식 핸드도 Hosmer와 Otto Bock에 의해 판매되고 있으며, Becker Hand는 여전히 Becker 제품군에 의해 제조되고 있습니다.의수에는 표준 소재 또는 맞춤형 화장품 외관 실리콘 장갑을 착용할 수 있습니다.하지만 일반 작업 장갑도 착용할 수 있습니다.기타 단말 장치로는 V2P Prehensor가 있습니다.V2P Prehensor는 고객이 그 일부를 수정할 수 있는 다목적 견고한 그립 장치입니다.Texas Assist Devices(모든 종류의 툴 포함) 및 다양한 스포츠용 단말 장치를 제공하는 TRS가 있습니다.케이블 하니스는 항공기 강철 케이블, 볼 힌지 및 자체 윤활 케이블 피복을 사용하여 제작할 수 있습니다.일부 보철물들은 [64]소금물에 사용하기 위해 특별히 고안되었다.

저극성 보철물

엘리 콜이 착용한 의족

하극성 보철물은 고관절 높이 또는 하극부에 위치한 인공적으로 교체된 팔다리를 말합니다.에브라임 외 모든 연령에 관하여.(2003)는 전 세계적으로 인구 10,000명당 2.0-5.9명의 저위험성 절단 원인을 추정했다.선천성 사지 결핍의 출생 유병률에 대해 그들은 [65]출생아 10,000명당 3.5명에서 7.1명 사이의 추정치를 발견했다.

하지 보철 장치의 두 가지 주요 하위 범주는 경골 횡단 절단 또는 경골 결핍을 초래하는 선천적 이상과 경골 횡단 절단 또는 대퇴골 결핍을 초래하는 선천적 이상입니다.의약업계에서 경정맥 의족을 흔히 "BK" 또는 무릎 아래 의족이라고 하며, 경정맥 의족을 종종 "AK" 또는 무릎 위 의족이라고 한다.

그 밖에 덜 일반적인 하지의 경우는 다음과 같습니다.

  1. 고관절 탈구 – 일반적으로 절단 환자 또는 선천적으로 장애가 있는 환자가 고관절 부근에서 절단 또는 이상 징후를 보이는 경우를 말합니다.
  2. 무릎 탈구 – 일반적으로 무릎으로 대퇴골을 경골에서 탈구시키는 절단은 정강이뼈에서 대퇴골을 탈구시키는 것입니다.
  3. 증상 – 발뒤꿈치 패드를 유지하는 동안 발목 관절이 탈구됩니다.

소켓

이 소켓은 리저드룸과 보철물 사이의 인터페이스 역할을 하므로 편안한 무게 지지, 이동 제어 및 자체 [66]흡수가 이상적입니다.불편함이나 피부파괴와 같은 소켓 문제는 하반신 절단 환자들이 [67]직면하는 가장 중요한 문제 중 하나로 평가됩니다.

샹크 및 커넥터

이 부분은 무릎 관절과 발 사이(상부 다리 보철물의 경우) 또는 소켓과 발 사이에 거리와 지지대를 형성합니다.생크와 무릎/발 사이에 사용되는 커넥터의 유형에 따라 보철물이 모듈식인지 여부가 결정됩니다.모듈러란 장착 후 소켓에 대한 발의 각도와 변위를 변경할 수 있는 것을 의미합니다.개발도상국에서는 비용 절감을 위해 보철물이 대부분 비모듈식입니다.어린이를 고려할 때 평균 성장률은 1.[68]9cm이므로 각도와 키의 모듈화가 중요합니다.

발

발이 지면에 닿아 충격을 흡수하고 [69]자세 중에 안정감을 제공합니다.또한 형태와 강성에 따라 보행 생체역학에 영향을 미칩니다.이는 압력 중심(COP)의 궤적과 지면 반력의 각도는 발의 형태와 강성에 의해 결정되며 정상적인 보행 [70]패턴을 만들기 위해서는 피험자의 체구에 일치해야 하기 때문이다.Andrysek(2010)는 내구성과 생체역학에 관한 결과가 크게 다른 16가지 종류의 발을 발견했다.현재 발에서 발견되는 주요 문제는 내구력이다. 16개월에서 32개월의[71] 내구력. 이 결과는 성인들을 위한 것이며 더 높은 활동 수준과 스케일 효과로 인해 어린이들에게 더 나빠질 것이다.다른 종류의 발과 발목 보철 장치를 비교하는 증거는 발목/발의 한 메커니즘이 [72]다른 메커니즘보다 우수한지 판단하기에 충분히 강하지 않다.기기를 결정할 때 기기의 비용, 개인의 기능적 요구 및 특정 기기의 가용성을 [72]고려해야 한다.

무릎 관절

경골절단(무릎 위)의 경우, 관절을 제공하는 복잡한 커넥터가 필요하며, 스윙 단계에서는 굴곡을 허용하지만 자세에서는 허용하지 않는다.의족 무릎 관절은 무릎을 대체하는 것이 목적이기 때문에 경골절개자에게 가장 중요한 보철물입니다.좋은 의족 무릎 관절의 기능은 스탠스 단계에서는 구조적 지지와 안정성을 제공하지만 스윙 단계에서는 제어 가능한 방식으로 구부릴 수 있는 정상적인 무릎의 기능을 모방하는 것이다.따라서 사용자는 부드럽고 에너지 효율적인 보행을 할 수 있으며 [73]절단 충격을 최소화할 수 있습니다.의족 무릎은 보통 알루미늄이나 흑연 튜브로 만들어진 생크로 의족과 연결되어 있다.

의족 무릎 관절의 가장 중요한 측면 중 하나는 자세-단계 제어 메커니즘이다.스탠스 위상 제어의 기능은 체중 수용 중 다리에 하중이 가해질 때 다리가 좌굴되는 것을 방지하는 것입니다.이는 무릎의 안정성을 보장하여 스탠스 단계의 단일 사지 지지 작업을 지원하고 스윙 단계로 원활하게 이행할 수 있도록 합니다.스탠스 위상 제어는 기계적 [74]잠금 장치, 보철물 [75]구성 요소의 상대적 정렬, 무게 작동 마찰 [75]제어 및 다중심 [76]메커니즘을 포함한 여러 가지 방법으로 달성될 수 있습니다.

마이크로프로세서 제어

보행 중 무릎의 기능을 모방하기 위해 무릎의 굴곡을 제어하는 마이크로프로세서 제어 무릎 관절이 개발되었습니다.1997년에 출시된 오토복의 C-leg, 2005년에 출시된 Osur의 Rheo Knee, 2006년에 출시된 Osur의 Power Knee, 프리덤 이노베이션즈의 Plié Knee, DAW Industries의 [77]SLK(Self Learning Knee) 등이 있습니다.

이 아이디어는 원래 [78]앨버타 대학의 캐나다 기술자인 켈리 제임스에 의해 개발되었습니다.

마이크로프로세서는 무릎 각도 센서와 모멘트 센서의 신호를 해석하고 분석하는 데 사용됩니다.마이크로프로세서는 센서로부터 신호를 수신하여 절단된 환자가 사용하는 동작의 유형을 결정합니다.대부분의 마이크로프로세서 제어 무릎 관절은 보철물 내부에 내장된 배터리로 구동됩니다.

마이크로프로세서에 의해 계산된 감각 신호는 무릎 관절의 유압 실린더에 의해 발생하는 저항을 제어하는 데 사용됩니다.소형 밸브는 실린더를 드나들 수 있는 유압 오일의 양을 제어하여 무릎 [33]상부에 연결된 피스톤의 신장 및 압축을 조절합니다.

마이크로프로세서로 제어되는 보철물의 주요 장점은 절단 환자의 자연스러운 걸음걸이에 더 가깝다는 것입니다.어떤 사람들은 절단 수술을 받은 사람들이 걷는 속도에 가깝게 걷거나 달리기를 할 수 있도록 한다.속도 변화도 가능하며 센서에 의해 고려되고 마이크로프로세서에 전달되며 마이크로프로세서는 이에 따라 조정됩니다.이것은 또한 절단 수술을 받은 환자들이 기계적인 [79]무릎으로 한 번에 한 단계씩 접근하는 것이 아니라 단계적인 접근으로 계단을 내려갈 수 있게 해준다.마이크로프로세서로 제어되는 보형물을 가진 사람들은 기능, 잔여 사지 건강 및 [80]안전 면에서 더 큰 만족도와 향상을 보고한다는 연구 결과가 있다.사람들은 멀티태스킹 중에도 일상 활동을 더 빠른 속도로 수행하고 넘어질 [80]위험을 줄일 수 있을 것이다.

그러나 일부에는 사용을 저해하는 몇 가지 유의적인 단점이 있다.보철물은 물 손상에 노출될 수 있으므로 보철물이 [81]건조한 상태를 유지하도록 세심한 주의를 기울여야 합니다.

근전기

근전 보철물은 근육이 수축할 때마다 발생하는 전기적 장력을 정보로 사용한다.이 긴장감은 팔꿈치 굴곡/신장, 손목 반창/발진(회전) 또는 손가락의 개폐와 같은 보철물의 움직임을 제어하기 위해 피부에 전극을 적용하여 자발적으로 수축된 근육에서 포착할 수 있습니다.인체의 잔류 신경근계를 이용하여 전동식 손, 손목, 팔꿈치 또는 [82]발의 기능을 제어하는 보철물.이는 보철물의 움직임을 제어하는 스위치를 작동하거나 작동하기 위해 몸의 움직임에 의해 작동되는 스트랩 및/또는 케이블이 필요한 전기 스위치 보철물과 다릅니다.근전 상지 보형물이 신체에 의해 구동되는 [83]보형물보다 더 잘 기능한다는 결론을 내리는 명확한 증거는 없다.근전식 상지 보철물을 사용하는 것의 장점은 외관상 매력의 향상 가능성(이러한 형태의 보철물은 보다 자연스러운 모습일 수 있음), 가벼운 일상 활동에 더 좋을 수 있으며 환상의 사지에 [83]통증을 겪는 사람들에게 유익할 수 있다.신체에 의한 보철물과 비교했을 때 근전 보철물은 내구성이 떨어지고 훈련 시간이 길어질 수 있으며 더 많은 조정이 필요할 수 있으며 유지보수가 필요할 수 있으며 [83]사용자에게 피드백을 제공하지 않습니다.

Alvaro Rios Poveda 교수는 수년간 이 피드백 문제에 대한 비침습적이고 경제적인 솔루션을 연구해 왔습니다.그는 "생각으로 조종할 수 있는 예언적 팔다리는 절단된 환자에게 큰 희망을 주지만, 뇌로 되돌아오는 신호로부터 감각적인 피드백이 없다면, 정확한 움직임을 수행하는 데 필요한 조절 수준을 달성하기가 어려울 수 있다"고 생각한다.기계손에서 뇌로 직접 촉각을 연결하면 절단된 사지의 기능을 거의 자연스러운 느낌으로 복원할 수 있습니다.그는 1997년 프랑스 [84][85]니스에서 열린 XVII World Congress on Medical Physical and Biomedical Engineering, 1997에서 감각 피드백을 가진 최초의 근전 의수를 선보였다.

소련은 1958년에 [86]근전기를 최초로 개발한 반면, 최초의 근전기는 1964년에 소련의 중앙보철연구소에 의해 상용화되었고 영국의 한가르 림 [87][88]팩토리에 의해 배포되었다.

로봇 보형물

3D 의수 동작의 뇌 제어(표적 타격).이 영화는 실험실에서 실험자가 신체 목표물을 맞히기 위해 의수의 3D 움직임을 조절하면서 촬영됐다.
주요 기사:신경 보철물 및 동력 외골격 » 최신 제품(동력 외골격)
상세정보 : Robotics © Touch, 3D 프린팅, 오픈소스 하드웨어

로봇은 환자의 손상과 치료 결과에 대한 객관적인 측정치를 생성하고, 진단을 보조하며, 환자의 운동 능력에 따라 치료를 맞춤화하고, 치료 요법의 준수를 보장하고 환자의 기록을 유지하는 데 사용될 수 있습니다.많은 연구에서 상지 [89]재활에 로보틱스를 사용하여 뇌졸중 후 상지 운동 기능이 현저하게 향상되는 것으로 나타났습니다.로봇 의족이 작동하기 위해서는 신체 기능에 통합하기 위한 몇 가지 구성 요소가 있어야 합니다.바이오센서는 사용자의 신경계 또는 근육계로부터의 신호를 검출합니다.그런 다음 이 정보를 장치 내부에 위치한 마이크로컨트롤러로 릴레이하고, 예를 들어 위치나 힘 등의 팔다리 및 액추에이터로부터의 피드백을 처리하여 컨트롤러로 전송합니다.예를 들어 피부에서 전기적 활동을 감지하는 표면 전극, 근육에 이식된 바늘 전극 또는 이를 통해 신경이 성장하는 고체 전극 어레이 등이 있습니다.이 바이오센서 중 하나는 근전 보형물에 사용된다.

컨트롤러로 알려진 장치는 사용자의 신경 및 근육 시스템과 장치 자체에 연결됩니다.사용자의 의도 명령을 장치의 액추에이터로 보내고 기계 및 바이오 센서에서 사용자에게 피드백을 해석합니다.컨트롤러는 또한 장치의 움직임을 모니터링하고 제어할 책임이 있습니다.

액튜에이터는 힘과 움직임을 발생시키는 근육의 동작을 모방한다.예를 들어 원래 근육 조직을 보조하거나 대체하는 모터를 포함합니다.

표적근육재신경화(TMR)는 이전에 절단된 사지의 근육을 통제하던 운동신경이 큰 흉골과 같은 크고 온전한 근육의 작은 영역을 재신경화하도록 외과적으로 재배치되는 기술이다.그 결과, 환자가 잃어버린 손의 엄지손가락을 움직일 생각을 하면, 대신 가슴의 작은 근육 부위가 수축하게 된다.재신경화된 근육 위에 센서를 배치함으로써 이러한 수축은 로봇 [90][91]보철물의 적절한 부분의 움직임을 제어하기 위해 이루어질 수 있다.

이 기술의 변형은 표적 감각 재신경화(TSR)라고 불립니다.이 절차는 운동신경이 근육으로 재배치되는 것이 아니라 가슴의 피부로 외과적으로 재배치된다는 점을 제외하면 TMR과 유사하다.최근, 로봇 팔다리들은 인간의 뇌로부터 신호를 받아 그 신호를 인공 팔다리 운동으로 변환하는 능력이 향상되었다.국방부의 연구 부서인 DARPA는 이 분야에서 더 많은 발전을 이루기 위해 노력하고 있다.그들의 바람은 신경계에 [92]직접 연결되는 인공 사지를 만드는 것이다.

로봇 팔

근전기에 사용되는 프로세서의 발전으로 개발자들은 보철물의 미세 조정된 제어를 얻을 수 있게 되었다.Boston Digital Arm은 이러한 고급 프로세서를 이용한 최근의 인공 팔입니다.암을 5개 축으로 이동할 수 있으며, 암을 프로그래밍하여 보다 맞춤화된 느낌을 받을 수 있습니다.최근 데이비드 고우가 스코틀랜드 에딘버러에서 발명한 I-LIMB Hand는 5개의 개별 동력 숫자를 가진 최초의 상업용 손 보철물이 되었다.손에는 사용자가 수동적으로 조작하는 수동 회전식 엄지손가락도 있어 정밀도,[93] 전원 및 키 그립 모드에서 손을 잡을 수 있습니다.

또 다른 신경 보철물은 존스 홉킨스 대학 응용 물리학 연구소 프로토 1이다.프로토 1 외에도,[94] 그 대학은 또한 프로토 2를 2010년에 완성했다.2013년 초, Chalmers Technology University of Technology와 스웨덴의 Sahlgrenska University Hospital의 Max Orties Caltan과 Rickard Brönemark는 정신 제어가 가능하고 신체에 영구적으로 부착할 수 있는 최초의 로봇 팔을 만드는 데 성공했다.[95][96][97]

매우 유용한 접근법은 팔 회전이라고 불리는데, 이것은 신체의 한쪽에만 영향을 미치는 절단술이다. 그리고 또한 양쪽 팔이나 다리를 절단한 사람, 즉 양쪽 팔이나 다리 중 하나를 잃어버렸거나 절단한 사람에게 일상 생활을 하기 위해 필수적이다.이것은 상지를 절단한 피험자의 잔뼈의 원위부 끝에 작은 영구 자석을 삽입하는 것을 포함한다.피사체가 잔여 암을 회전시키면 자석이 잔여 골격과 함께 회전하여 자기장 [98]분포에 변화를 일으킵니다.두피에 부착된 작은 편평한 금속 디스크를 사용하여 검출된 뇌파(EEG) 신호는 기본적으로 신체적인 움직임에 사용되는 인간의 뇌 활동을 해독하는 데 사용된다.이를 통해 사용자는 부품을 [99]직접 제어할 수 있습니다.

로봇 경정골 보형물

로봇 다리의 연구는 시간이 지남에 따라 약간의 발전을 이루었고, 정확한 움직임과 제어를 가능하게 했다.

시카고 재활 연구소의 연구원들은 2013년 9월 사용자의 허벅지 근육에서 나오는 신경 자극을 움직임으로 변환하는 로봇 다리를 개발했다고 발표했는데, 이것은 그렇게 하는 최초의 의족이다.현재 [100]테스트 중입니다.

MIT Media Lab의 바이오메카트로닉스 그룹의 책임자인 Hugh Herr는 로봇 경정골 다리(PowerFoot BiOM)[101][102]를 개발했습니다.

아이슬란드 회사인 외수르는 또한 모터 달린 발목이 달린 로봇 경골 다리를 개발했는데, 이 로봇 다리는 착용자의 보폭에 있는 여러 지점에서 자동으로 발의 각도를 조절하는 알고리즘과 센서를 통해 움직인다.또한 무선 [103]송신기로 사지를 움직일 수 있게 해주는 뇌조종 생체 공학 다리도 있다.

보철물 설계

로봇 보철물의 주요 목표는 보행 중에 능동적인 작동을 제공하여 무엇보다도 절단 [104]환자의 안정성, 대칭성 또는 에너지 소비를 포함한 보행의 생체역학을 개선하는 것이다.현재 시장에 출시된 전동식 의족 중에는 액추에이터가 직접 관절을 구동하는 전동식 의족과 소량의 에너지와 소량의 액추에이터를 사용하여 다리의 기계적 특성을 변화시키지만 보행에 순 양의 에너지를 주입하지 않는 반능동식 의족 등이 있다.구체적인 예로는 BionX의 emPOWER, Osur의 Proprio Foot, Endolite의 [105][106][107]Elan Foot 등이 있습니다.다양한 연구 단체들 또한 지난 [108]10년 동안 로봇 다리로 실험을 해왔다.연구 중인 핵심 이슈에는 자세 및 스윙 단계 중 기기의 동작 설계, 현재 앰베이션 작업 인식 및 건전성, 중량, 배터리 수명/효율성 및 소음 수준과 같은 다양한 기계적 설계 문제가 포함된다.하지만 스탠포드 대학과 서울대 과학자들은 의족을 느낄 [109]수 있는 인공 신경 시스템을 개발했다.이 합성 신경계는 의족이 점자를 감지하고 촉각을 느끼며 [110][111]환경에 반응할 수 있도록 합니다.

재생재료의 사용

보철물은 전 [112][113][114][115][116]세계에서 재활용된 플라스틱 병과 뚜껑으로 만들어지고 있다.

본체에 부착

대부분의 보형물은 신체 외부에 비영구적으로 부착할 수 있습니다.그러나 다른 일부는 영구적인 방법으로 부착할 수 있습니다.그러한 예로는, 해동(아래 참조)이 있습니다.

직접 뼈 부착 및 내장 통합

주요 기사:오서통합

오서통합은 의족을 몸에 붙이는 방법입니다.이 방법은 때때로 외부 동토층(exoprostesis) 또는 내부 동토층(endo-exoprostesis)이라고도 합니다.

그루터기 및 소켓 방법은 절단된 환자에게 상당한 통증을 일으킬 수 있으며, 이것이 바로 직접적인 뼈 부착이 광범위하게 연구되어 온 이유입니다.이 방법은 그루터기 끝에 있는 뼈에 티타늄 볼트를 삽입하는 방식으로 작동합니다.몇 개월 후 뼈는 티타늄 볼트에 부착되고 접합부가 티타늄 볼트에 부착됩니다.교대는 그루터기 밖으로 뻗어나가고 (이동 가능한) 의족들은 교대에 부착된다.이 방법의 장점은 다음과 같습니다.

  • 보철물의 근육 조절이 더 잘 된다.
  • 장기간 보철물을 착용할 수 있는 기능; 스텀프 및 소켓 방식으로는 이것이 불가능합니다.
  • 경구 절단 수술을 받은 사람들이 차를 운전할 수 있는 능력입니다.

이 방법의 주요 단점은 뼈가 직접 부착되어 있는 절단 수술을 받은 사람들은 [8]뼈가 부러질 수 있기 때문에 조깅 중에 경험하는 것과 같이 팔다리에 큰 충격을 줄 수 없다는 것이다.

코스메시스

성형 보철물은 오랫동안 부상과 손상을 감추기 위해 사용되어 왔다.현대 기술의 진보로 실리콘이나 PVC로 만들어진 살아있는 팔다리의 창조인 코스메시스가 [117]가능해졌다.인공 손을 포함한 이러한 보철물은 이제 주근깨, 정맥, 머리카락, 지문, 심지어 문신까지 있는 실제 손의 모습을 모방하도록 설계될 수 있다.주문제작 코스메스는 일반적으로 더 비싸지만(세부 수준에 따라 수천 달러의 비용이 든다), 일반 코스메스는 종종 주문제작 코스메스만큼 현실적이지 않지만 다양한 크기로 미리 제작된다.또 다른 선택사항은 맞춤형 실리콘 커버로 사람의 피부톤에 맞게 만들 수 있지만 주근깨나 주름과 같은 디테일은 만들 수 없다.코스메스는 접착제, 흡입제, 폼핏, 신축성 피부 또는 피부 소매를 사용하여 다양한 방법으로 몸에 부착됩니다.

인지

주요 기사:신경동토학

신경 운동 보형물과 달리, 신경 인지 보형물은 실행 기능, 주의력, 언어, 기억과 같은 인지 과정을 물리적으로 재구성하거나 증가시키기 위해 신경 기능을 감지하거나 조절합니다.현재 이용 가능한 신경인지 보철물은 없지만 뇌졸중, 외상성 뇌손상, 뇌성마비, 자폐증,[118] 알츠하이머병과 같은 질환의 치료를 돕기 위해 이식 가능한 신경인지 뇌-컴퓨터 인터페이스의 개발이 제안되었다.최근 인지 보조 기술 분야는 인간의 인지력을 높이기 위한 기술의 발전과 관련이 있다.Neuroage와 같은 스케줄링 장치는 사용자에게 의사를 방문하는 것과 같은 특정 활동을 수행할 때 기억 장애가 있는 사용자에게 상기시킵니다.PEAT, AbleLink, Guide 등의 마이크로프로모션 디바이스는 메모리와 이그제큐티브 기능에 문제가 있는 사용자가 일상생활을 할 수 있도록 지원하기 위해 사용되어 왔습니다.

보철 기능 강화

상세 정보:동력 외골격 » 연구
패럴림픽 육상선수 프로그램 패럴림픽의 유망주 제로드 필드 병장이 캘리포니아 출라 비스타에 있는 미국 올림픽 훈련 센터에서 운동하고 있다.무릎 아래 절단 수술을 받은 필즈는 2009년 6월 13일 OK 에드먼드에서 열린 엔데버 게임에서 12.15초의 기록으로 100m에서 금메달을 땄다.

일상적인 사용을 위한 표준 의족 외에, 많은 절단 환자나 선천성 환자들은 스포츠와 레크리에이션 활동에 참여할 수 있는 특별한 팔다리와 장치를 가지고 있다.

공상과학소설 내에서, 그리고 최근 과학계 내에서, 건강한 신체 부위를 인공적인 메커니즘과 기능을 향상시키기 위한 시스템으로 대체하기 위해 첨단 보철물을 사용하는 것에 대한 검토가 이루어졌다.이러한 기술의 도덕성과 바람직성은 트랜스휴머니스트, 다른 윤리학자, 그리고 [119][120][121][122][by whom?]다른 사람들에 의해 일반적으로 논의되고 있다.다리, 팔, 손, 발 등의 신체 부위를 교체할 수 있습니다.

건강한 사람을 대상으로 한 첫 번째 실험은 영국의 과학자 케빈 워릭이 한 것으로 보인다.2002년에 워릭의 신경계에 직접 이식물이 삽입되었다.약 100개의 전극을 포함하는 전극 어레이는 중앙 신경에 배치되었습니다.생성된 신호는 로봇 팔이 Warwick 자신의 팔의 동작을 모방하고 [123]임플란트를 통해 터치 피드백을 다시 제공할 수 있을 정도로 충분히 상세했습니다.

딘 케이멘의 DEKA 회사는 신경 제어 보철물인 "루크 암"을 개발했습니다.임상시험은 [124]2008년에 시작되었으며 2014년에 FDA의 승인을 받았으며 2017년에 유니버설 인스트루먼트사의 상업적 제조가 예정되어 있다.Mobius Bionics의 소매 가격은 약 10만 [125]달러가 될 것으로 예상된다.

2019년 4월 추가 연구를 통해 3D 프린팅 맞춤형 웨어러블 시스템의 보철 기능 및 쾌적성에 대한 개선이 이루어졌습니다.인쇄 후 수동 통합 대신, 보철물과 착용자의 조직 사이의 교차점에 전자 센서를 통합하면 착용자의 조직 전체에 걸친 압력과 같은 정보를 수집할 수 있으며, 이러한 유형의 [126]보철물의 추가적인 반복을 개선할 수 있습니다.

오스카 피스토리우스

2008년 초, 남아프리카 공화국의 "블레이드 러너"인 오스카 피스토리우스는 그의 경골 보철 사지가 발목을 가진 선수들에 비해 불공평한 이점을 준다는 이유로 2008년 하계 올림픽에 출전할 수 없다는 판결을 받았다.한 연구자는 그의 팔다리가 같은 속도로 움직이는 비장애 달리기 선수보다 25% 적은 에너지를 사용한다는 것을 알아냈다.이 판결은 항소심에서 뒤집혔고 항소법원은 피스토리우스의 사지에 대한 전반적인 장점과 단점은 고려되지 않았다고 말했다.

피스토리우스는 올림픽 출전 자격을 얻지 못했지만 2008년 하계 패럴림픽에서 우승을 차지해 향후 올림픽 [citation needed]출전 자격을 얻었다.그는 2011년 한국에서 열린 세계선수권대회에 출전했고, 준결승에 진출했는데, 그는 시간적으로 지난 라운드에서 14위에 그쳤고, 400m에서 개인 최고 기록으로 결승에서 5위에 올랐을 것이다.런던에서 열린 2012년 하계 올림픽에서, 피스토리우스는 절단 수술을 받은 최초의 육상 선수가 되었다.[127]그는 400m 준결승과 400m 계주 [131]결승에 [128][129][130]출전했다.그는 [132]또한 런던에서 열린 2012 하계 패럴림픽에서 5개 종목에 출전했다.

설계에 관한 고려 사항

경골 보철물을 설계할 때 고려해야 할 여러 요소가 있습니다.제조업체는 이러한 요소에 대한 우선순위를 선택해야 합니다.

성능

그럼에도 불구하고, 선수들에게 매우 귀중한 소켓과 발 역학의 특정 요소들이 있습니다. 그리고 이것들은 오늘날의 첨단 보철물 회사들의 초점입니다.

  • 피트 – 운동/능동 절단 환자 또는 골격 잔해가 있는 환자는 세심한 소켓 핏이 필요할 수 있습니다. 덜 활동적인 환자는 '전체 접촉' 핏과 젤 라이너에 익숙할 수 있습니다.
  • 에너지 저장 및 반환 – 접지 접점을 통해 얻은 에너지 저장 및 추진용 에너지 활용
  • 에너지 흡수 – 근골격계에 미치는 높은 충격의 영향을 최소화합니다.
  • 지상 준수 – 지형 유형 및 각도에 관계없이 안정성 보장
  • 회전 – 방향 전환이 용이함
  • 중량 – 쾌적성, 균형 및 속도 극대화
  • 서스펜션 – 소켓이 어떻게 결합되고 다리에 장착되는지

다른.

또한 구매자는 다음과 같은 여러 가지 요인에 대해 우려하고 있습니다.

  • 화장품
  • 비용.
  • 사용의 용이성
  • 사용 가능한 크기

비용과 소스의 자유

고비용

미국에서는 환자가 원하는 사지의 종류에 따라 일반적인 의족 가격이 15,000달러에서 90,000달러 사이이다.의료 보험의 경우 환자는 일반적으로 의족 총 비용의 10~50%를 부담하고 나머지 비용은 보험 회사가 부담합니다.환자가 지불하는 비율은 환자가 요구하는 [133]손발뿐만 아니라 보험의 종류에 따라 달라집니다.영국, 유럽, 호주, 뉴질랜드의 대부분에서 의족 비용은 국가 기금 또는 법정 보험에 의해 충족됩니다.예를 들어, 호주에서 보철물은 질병으로 인한 절단인 경우 국가 계획에 의해 전액 지원되며, 대부분의 외상성 [134]절단인 경우 근로자 보상 또는 교통 상해 보험에 의해 지원된다.2017년부터 2020년 사이에 전국적으로 전개되고 있는 전국장애인보험제도도 보철비를 지급하고 있다.

경추(팔꿈치 절단 아래)와 경추 보철물(무릎 절단 아래)은 일반적으로 미화 6,000달러에서 8,000달러 사이인 반면, 경구(무릎 절단 위)와 경추 보철물(팔꿈치 절단 위)은 10,000달러에서 15,000달러 범위로 약 두 배의 비용이 들 수 있으며 때로는 35달러에 달할 수 있다.의족 비용은 종종 재발하지만 일상 사용의 마모와 인열로 인해 일반적으로 3~4년마다 교체해야 합니다.또한 소켓에 장착 문제가 있는 경우 통증이 발생한 후 수개월 이내에 소켓을 교체해야 합니다.높이가 문제가 되면 주탑 등의 부품을 [135]변경할 수 있습니다.

환자는 여러 개의 의족에 대한 비용을 지불해야 할 뿐만 아니라, 의족으로 사는 것에 적응하는 데 따른 신체적, 직업적 치료 비용도 지불해야 한다.재발하는 의족 비용과는 달리, 환자는 일반적으로 절단 수술을 받은 첫 1~2년 동안 치료비로 2000달러에서 5000달러만 지불한다.일단 환자가 튼튼하고 새로운 사지에 편안해지면, 그들은 더 이상 치료를 받을 필요가 없을 것이다.한 사람의 일생 동안, 전형적인 절단 수술을 받은 사람은 수술, 보철물, 그리고 [133]치료를 포함한 140만 달러 상당의 치료를 받게 될 것으로 예상된다.

저비용

참고 항목: 3D 프린팅

저렴한 무릎 위 보형물은 기능이 제한된 기본적인 구조적 지지대만 제공하는 경우가 많습니다.이 기능은 종종 무릎 관절이 거칠고 관절이 없고 불안정하거나 수동으로 잠길 때 달성됩니다.국제 적십자 위원회(ICRC)와 같은 제한된 수의 조직이 개발도상국을 위한 장치를 만듭니다.CR 장비에서 제조한 이 장치는 단일 축의 수동 작동식 잠금 폴리머 의족 무릎 [136]관절입니다.

표. 문헌 [71]검토에 기초한 무릎 관절 기술 목록.

기술명(원산지) 간단한 설명 최고 레벨의

증거

ICRC 무릎(스위스) 수동 잠금 기능이 있는 단일 축 독립 필드
ATLAS 무릎(영국) 중량활성마찰 독립 필드
POF/OTRC 무릎(미국) 익스텐트 어시스트가 있는 단일 축 들판
DAV/시애틀 무릎(US) 준거 폴리센트릭 들판
림스 인터내셔널 M1 무릎(미국) 포바 들판
자이푸르니 (인도) 포바 들판
LCKneee (캐나다) 자동 잠금 기능이 있는 단일 축 들판
제공되지 않음(Nepal) 단일 축 들판
제공되지 않음(뉴질랜드) 로토 몰드 단축 들판
제공되지 않음(인도) 스쿼트 포함 6개 바 기술 개발
마찰 무릎(US) 중량활성마찰 기술 개발
웨젤록 무릎(호주) 중량활성마찰 기술 개발
SATHI 마찰 무릎(인도) 중량활성마찰 이용 가능한 데이터는 한정되어 있다
저렴한 무릎 위 의족:ICRC 무릎(왼쪽) 및 LC 무릎(오른쪽)

2007년 덴마크 코펜하겐에서 열린 국제디자인전시회 및 어워드쇼에서 세바스티앙 뒤보아에 의해 디자인된 저렴한 의족에 대한 계획이 소개되어 인덱스: 어워드를 수상했다.그것은 주로 섬유 [137]유리로 구성된 미화 8달러에 에너지 회수 의족을 만들 수 있을 것이다.

1980년대 이전에는 발 보형물은 기본적인 보행 능력을 회복하는 데 그쳤다.이러한 초기 장치들은 사람의 남은 팔다리를 땅에 연결하는 간단한 인공 부착으로 특징지을 수 있다.

1981년 시애틀 발(Seattle Lib Systems)의 도입으로 이 분야에 일대혁명이 일어나 에너지 저장 보철 발(ESPF)의 개념이 표면화되었습니다.다른 회사들도 곧 그 뒤를 따랐고, 머지않아 여러 모델의 에너지 저장 보형물이 시장에 나왔다.각 모델은 압축 가능한 힐의 변형을 이용했습니다.굽은 초기 접지 시 압축되어 에너지를 저장하고 접지 시 뒷부분에서 반환되어 신체가 앞으로 나아가는 데 도움이 됩니다.

그 이후로, 발 보철 산업은 성능, 편안함, 그리고 시장성에 있어서 꾸준하고 작은 향상에 의해 지배되어 왔다.

3D 프린터로 금형을 만들지 않고도 단일 제품을 제작할 수 있어 비용을 대폭 [138]절감할 수 있다.

인도 자이푸르에서 온 의족인 자이푸르 발은 가격이 약 40달러이다.

오픈 소스 로봇 합성

다음 항목도 참조하십시오.오픈 소스 하드웨어, 모듈식 설계, 3D 프린팅 및 Thingiverse
오픈바이오닉스의 스타워즈 테마 '히어로 암'

현재 "오픈 보철 프로젝트"로 알려진 오픈 디자인 보철 포럼이 있습니다.이 그룹은 이러한 필요한 장치의 비용을 [139]절감하면서 보철 기술을 발전시키기 위해 협력자와 자원봉사자를 고용하고 있습니다.오픈바이오닉스는 오픈소스 로봇 보철손을 개발하고 있는 회사다.이들은 3D 인쇄를 사용하여 장치를 제조하고 저렴한 3D 스캐너를 사용하여 특정 환자의 잔여 사지에 맞춥니다.Open Bionics의 3D 프린팅의 사용은 비용 절감을 목적으로 사용자가 좋아하는 색상, 질감, 심지어 스타워즈의 슈퍼히어로나 캐릭터처럼 보이는 미학을 통합한 "Hero Arm"과 같은 보다 개인화된 디자인을 가능하게 합니다.광범위한 인쇄된 의수를 대상으로 한 연구에 따르면, 3D 프린팅 기술이 개별화된 의수 디자인을 약속하고 있지만, 시판되는 상업용 의수보다 저렴하지만 사출 성형과 같은 대량 생산 공정보다는 비용이 더 많이 드는 것으로 나타났습니다.또한 3D 프린팅된 손 보형물의 기능성, 내구성 및 사용자 수용성에 대한 증거가 아직 [140]부족한 것으로 나타났습니다.

저비용 어린이용 보철물

참고 항목: 오픈 소스 하드웨어 및 3D 프린팅
소년 탈리도마이드 생존자의 의족 1961년-1965년

미국에서는 32,500명(21세 미만)의 어린이 중 소아과적 절단 수술을 받은 것으로 추정되며, 매년 5,525명의 새로운 환자가 발생했으며, 이 중 3,315명이 [141]선천적으로 발생했다.

Carr 외 연구진(1998년)은 어린이(14세 미만) 중 아프가니스탄, 보스니아, 헤르체고비나, 캄보디아, 모잠비크의 지뢰로 인한 절단 부위를 조사했으며,[142] 1000명당 각각 4.7명, 0.19명, 1.11명, 0.67명의 추정치를 나타냈다.Mohan(1986)은 인도에서 총 424,000명의 절단 환자(연간 23,500명)를 나타내며, 이 중 10.3%가 14세 미만의 장애에 걸렸고, 인도에서만 [143]약 43,700명의 사지 결손 아동에 달했다.

어린이를 위한 저비용 솔루션은 거의 만들어지지 않았다.저비용 보철 장치의 예는 다음과 같습니다.

장대와 목발

가죽 지지대 또는 다리 받침대가 있는 이 휴대용 폴은 가장 간단하고 저렴한 솔루션 중 하나입니다.단기적인 해결책으로 잘 기능하지만 일련의 RoM([68]Range-of-Motion) 세트를 통해 사지를 매일 늘리지 않으면 빠른 수축이 생기기 쉽습니다.

대나무, PVC 또는 석고 다리

또한 이 꽤 간단한 솔루션은 바닥에 대나무 또는 PVC 파이프가 있는 석고 소켓으로 구성되며 옵션으로 의족에 부착됩니다.이 솔루션은 무릎이 전체 RoM을 통해 이동하기 때문에 수축을 방지합니다.장애 마을 아동 지원을 위한 온라인 데이터베이스인 David Werner Collection은 이러한 [144]솔루션의 생산 매뉴얼을 표시합니다.

조절식 자전거 다리

이 솔루션은 자전거 시트 포스트 업사이드 다운을 발판으로 하여 유연성과 (길이) 조절성을 제공합니다.현지에서 구할 수 있는 [145]재료를 사용하여 매우 저렴한 솔루션입니다.

사티 림

열가소성 부품을 사용하는 인도산 내골격 모듈식 하지입니다.이것의 주요 장점은 작은 무게와 [68]적응성이다.

모노림

모노림브는 비모듈형 보형물이며, 따라서 정확한 장착을 위해서는 보다 경험이 풍부한 보형물이 필요합니다. 왜냐하면 제작 후 정렬이 거의 변경되지 않기 때문입니다.단, 평균적인 내구성은 저비용 모듈러 [146]솔루션보다 우수합니다.

문화 및 사회이론의 관점

많은 이론가들이 보철물 신장의 의미와 의미를 탐구해 왔다.엘리자베스 그로즈는 다음과 같이 쓰고 있다. "창조물들은 그들의 신체 능력을 증가시키기 위해 도구, 장식품, 그리고 기구들을 사용한다.그들의 몸은 인공 장기나 대체 장기로 대체해야 할 무언가가 부족한가?아니면 반대로 보형물은 미적 재구성이나 증식의 관점에서 실용적 욕구를 무시하고 기능하는 창의성의 결과로 이해되어야 할까요?[147]일레인 스카리는 모든 유물이 신체를 재생하고 확장한다고 주장한다.의자는 골격을 보완하고, 도구는 손을 붙이고, 옷은 피부를 [148]강화한다.스카리의 생각으로는 가구와 집은 인체가 흡수하는 음식보다 더 크지도 덜하지도 않고 인공 폐, 눈, 신장 같은 정교한 보철물과 근본적으로 다르지 않다.제조된 것을 소비하면 몸이 뒤집혀 [149]사물의 문화로 개방됩니다.건축학 교수인 마크 위글리는 건축이 우리의 타고난 능력을 어떻게 보완하는가에 대해 계속 생각하면서 "정체성의 흐림은 모든 [150]보형물에 의해 발생한다"고 주장한다.이 작품들 중 일부는 확장의 하나로 인간에 대한 사물에 대한 프로이트의 초기 특징에 의존한다.

주목할 만한 보철 장치 사용자

  • Marie Moentmann(1900년-1974년), 산업재해 아동 생존자
  • 테리 폭스(1958년-1981년), 캐나다 운동선수, 인도주의자, 암 연구 활동가
  • 오스카 피스토리우스(1986년생), 전 남아프리카공화국 프로 스프린터

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레퍼런스

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