Протезирование верхней конечности

ВВЕДЕНИЕ
Создание технических средств, которые помогают восстановлению способности к ручной деятельности и самообслуживанию, является сложной и недостаточно изученной проблемой. Сложность задачи обусловливают не только необходимость создания легких и прочных устройств, но, главным образом, принципы построения этих систем.
Требования, предъявляемые к данным устройствам, всегда противоречивы. Необходимо разрешение ряда противоречий при создании протезов верхних конечностей: высокий уровень ампутации оставляет меньшее количество источников управляющих сигналов, но при этом требует восстановления большего числа подвижных управляемых звеньев.
Считается, что протезы рук представляют собой наиболее эффективное техническое средство реабилитации инвалидов при ампутационных и врожденных дефектах верхних конечностей. Изначально предназначение активного протеза руки представляет собой выполнение сложных и нетиповых рабочих операций, которые связаны с жизнедеятельностью и самообслуживанием инвалида. Однако современные протезы, как правило, позволяют реализовать не более двух активных степеней подвижности (степень подвижности - способность к перемещению в нескольких направлениях) [1].
Управление движением при этом осуществляется в установочном режиме поочередно, поскольку управление преимущественно ориентировано на использование компенсаторных движений частей тела инвалида. Задача реабилитации инвалидов решается до определенной степени, несмотря на трудности протезирования, но остается еще целый пласт неиспользованных возможностей.
Необходимо, чтобы протез руки удовлетворял двум основным требованиям: косметичности и функциональной эффективности. В настоящее время решение первой задачи в удовлетворительных пределах достигнуто, вторая же задача требует решения в соответствии с современным техническим уровнем.
Совершенствуются виды взаимодействия человека с протезом, совершенствуется технология изготовления комплектующих узлов, однако с момента создания биоэлектрического метода управления не произошло заметного развития в области создания новых принципов построения протезов рук. И это несмотря на то, что в области создания средств механизации современная техника достигла значительных успехов.
В большинстве случаев новые разработки направлены на усовершенствование отдельных элементов устройств и механизмов без посягательств на "классические" принципы построения и управления протезом руки.
Перечисленные проблемы составляют основу разработки компонентов методического, программно-алгоритмического и инструментального обеспечения системы управления протезов верхней конечности.
Целью работы является изучение особенностей протезирования верхней конечности.
В рамках поставленной цели решаются следующие задачи:
− изучить анатомические особенности верхней конечности;
− выявить биофизические особенности верхней конечности;
− ознакомиться с устройством и функциями протезов кисти.
Объект исследования: протезирование верхней конечности.
Предмет исследования: особенности устройства и функций протезов кисти.


ГЛАВА 1. АНАТОМИЯ И БИОФИЗИКА ВЕРХНИХ КОНЕЧНОСТЕЙ
1.1. Анатомическое строение руки, проводящая система
В скелете верхней конечности выделяют кости пояса верхней конечности (плечевой пояс) и кости свободной части верхней конечности. Соединение свободной верхней конечности с туловищем происходит при помощи костей плечевого пояса, они также являются местом начала и прикрепления мышц [9, 10].
Плечо образует плечевая кость, которая относится к типичным длинным трубчатым костям, поэтому в ее строении различаются тело и два конца – проксимальный и дистальный эпифизы.
На проксимальном эпифизе располагается головка, сочленяющаяся с суставной впадиной лопатки, и образующая плечевой сустав. От остальной части головка отделяется анатомической шейкой
Кости предплечья представлены длинными трубчатыми костями: локтевой и лучевой. Локтевая расположена на предплечье медиально, лучевая лежит латерально. Тела обеих костей имеют трехгранную форму с тремя поверхностями и тремя краями. Особенностью костей является строение эпифизов. На проксимальном эпифизе локтевая кость несет два утолщения (отростка): задний – локтевой отросток, передний – венечный. Между ними располагается блоковидная вырезка, служащая для сочленения с блоком плечевой кости.
Кости кисти представлены запястьем, пястью и фалангами пальцев. В запястье включается восемь коротких губчатых костей, которые лежат в два ряда по четыре кости каждый. Первый (проксимальный ряд) включает в себя следующие кости (от большого пальца): ладьевидную, полулунную, трехгранную и гороховидную. Первыми тремя косточками образуется эллипсовидная поверхность, служащая для сочленения с лучевой костью. Дистальный (второй ряд) состоит из кости-трапеции, трапециевидной, головчатой, крючковидной костей. Пясть состоит из пяти короткими трубчатыми костями. Пястные кости характеризуются наличием основания – утолщенного конца, обращенного к запястью, тела и головки – закругленного дистального конца кости.
На основании и головке для сочленения с костями запястья и фалангами пальцев имеются суставные поверхности. Кости пальцев состоят из трех фаланг (кроме первого большого): проксимальной, или основной, средней и дистальной, или ногтевой. Первый палец имеет две фаланги. У каждой фаланги различают основание, тело и головку (рис. 1).

Рис. 1. Скелет верхней конечности
Мышцами верхней конечности осуществляются движения руки, необходимые для выполнения ее функций как органа труда. Мышцы делятся на мышцы плечевого пояса; мышцы плеча; мышцы предплечья; мышцы кисти [3, 4].
Мускулатура плечевого пояса осуществляет прикрепление его к туловищу и производит движение костей (лопатки и всей верхней конечности). Мышцы плечевого пояса устремляются к его костям как к центру с головы, спины, груди. Мышцы, обслуживающие плечевой сустав, соответственно его форме (шаровидной) расположены со всех сторон и прикрепляются к плечевой кости.
Мышцы плеча разделяются на сгибатели, лежащие на передней поверхности, и разгибатели, расположенные на задней поверхности плеча. Они производят движения вокруг фронтальной оси, действуя на локтевой сустав. Друг от друга обе группы мышц отделены межмышечными соединительнотканными перегородками.
По своей функции мышцы предплечья представлены сгибателями и разгибателями, причем некоторыми из них оказывается воздействие на кисть, а другими – на пальцы. Также имеются на передней поверхности предплечья мышцы-пронаторы, на задней – супинаторы, которыми осуществляются движения лучевой кости относительно локтевой.
Мышцы передней и задней групп предплечья располагаются в два слоя: поверхностный и глубокий. От медиального надмыщелка плечевой кости начинаются мышцы поверхностного слоя передней группы, а поверхностный слой задней группы – от латерального надмыщелка. От лучевой и локтевой костей и межкостной перепонки начинается глубокий слой обеих групп [3, 4].
На основаниях пястных костей прикрепляются сгибатели и разгибатели кисти, а сгибатели пальцев прикрепляются к фалангам. Исключение составляет длинная, отводящая большой палец, мышца, которая прикрепляется к I пястной кости.
К лучевой кости прикрепляются супинаторы и пронаторы. Все мышцы предплечья имеют характерную веретенообразную форму.
Мышцы кисти делятся на мышцы тыла кисти и ладонную группу.
Мышцы на ладонной поверхности располагаются по лучевому и локтевому краю и образуют возвышения большого пальца и мизинца, а