Projektowanie lepiej dopasowanych i sprawniejszych protez nóg
Według danych Światowej Organizacji Zdrowia na świecie żyje ponad 25 milionów osób po amputacji kończyn dolnych. Wiele z nich korzysta z protez kończyn, które ułatwiają im samodzielne poruszanie się. Pomimo tego, że protezy kończyn stanowią nieocenioną pomoc w zwiększaniu mobilności i podnoszeniu jakości życia ich użytkowników, trudno powiedzieć, by były doskonałe. Aż 35,3 % pacjentów po amputacjach zgłasza ogólne niezadowolenie ze swoich protez, natomiast 40 % z nich ma trudności z przejściem nawet 50 metrów. „Gdy przyjrzymy się bliżej tym statystykom, szybko dojdziemy do wniosku, że konieczne jest zdecydowane usprawnienie protez i poprawa ich działania”, wyjaśnia DeJiu Chen, profesor nadzwyczajny szwedzkiego Królewskiego Instytutu Technologii KTH. Dzięki wsparciu finansowanego ze środków Unii Europejskiej projektu SocketSense, Chen prowadzi prace mające na celu zaspokojenie tej potrzeby. W tym celu wykorzystuje nowe technologie, takie jak inteligentne czujniki, sztuczna inteligencja i Internet rzeczy (IoT), aby opracować lepsze gniazda protez.
Optymalizacja gniazda protezy
Jednym z kluczowych elementów nowoczesnej protezy kończyny jest gniazdo, czyli element łączący protezę z ciałem pacjenta po amputacji. Chen uważa, że prawidłowe działanie protezy wymaga nie tylko dopasowania gniazda, ale także zapewnienia, by było w stanie przenosić odpowiednie obciążenia, a także zapewniać pełną stabilność oraz kontrolę nad protezą. „Projektowanie i optymalizacja gniazda protezy wymaga kompleksowego zrozumienia rzeczywistych warunków panujących wewnątrz gniazda w czasie korzystania z protezy”, wyjaśnia Chen. „Nie jest to jednak proste zadanie ze względu na złożoność samego urządzenia oraz brak możliwości jego obserwacji w czasie działania”. Z pomocą przychodzą zaawansowane technologie. „Dzięki wykorzystaniu inteligentnych czujników rozwiązanie SocketSense może skutecznie monitorować i analizować dynamiczne warunki panujące w gniazdach protez, które byłyby niemożliwe do obserwowania i śledzenia bez takich urządzeń”, wyjaśnia Chen. „Dzięki ich zastosowaniu możliwe jest opracowanie lepiej dopasowanych i sprawniejszych protez kończyn dolnych”.
Przełomowe technologie
Nowatorski charakter rozwiązania SocketSense opiera się na wykorzystaniu szeregu zaawansowanych i przełomowych technologii, w tym między innymi elastycznych, drukowanych i ubieralnych czujników elektronicznych, które mogą zostać umieszczone bezpośrednio w gnieździe protezy w celu pomiaru parametrów operacyjnych takich jak ciśnienie i tarcie. Rozwiązanie wykorzystuje ponadto algorytmy uczenia maszynowego i sztucznej inteligencji. „W połączeniu z analizą statystyczną, technologie te pozwalają nam na przeprowadzanie zaawansowanych ocen stanu pozostałości kończyny, których określanie nastręczało dotychczas wielu trudności”, zauważa Chen. Rozwiązanie SocketSense pozwala również na przeprowadzanie zaawansowanych analiz biomechanicznych z myślą o diagnostyce kończyny oraz opracowywaniu prognoz dotyczących jej stanu. Obejmuje także system wspomagania decyzji usprawniający proces optymalizacji projektu gniazda oraz zintegrowane usługi programowe wykorzystywane w celu gromadzenia i analizy danych. Ponadto w ramach projektu powstała nowatorska platforma robotyczna – tak zwany bliźniak mechatroniczny, który pełni rolę repliki na potrzeby bardziej skutecznych analiz. „Oparte na robotyce nowatorskie podejście do badania złożonych interakcji między organizmem ludzkim i gniazdem protezy pozwala nam na modelowanie i symulowanie różnych zachowań w środowisku wirtualnym, dzięki czemu pacjenci nie muszą brać udziału w potencjalnie stresujących doświadczeniach”, zauważa Chen.
Gniazda dostosowane do potrzeb użytkowników
Po przetestowaniu i weryfikacji działania systemu w ramach badań laboratoryjnych, wdrożeń pilotażowych oraz badań klinicznych przeprowadzonych w Islandii, Hiszpanii i Zjednoczonym Królestwie, partnerzy projektu zajmują się analizą możliwości dalszego rozwoju technologii i wprowadzania ich na rynek. „Dzięki połączeniu szerokiego wachlarza technologii i metod naukowych z powodzeniem opracowaliśmy innowacyjny, inteligentny system oparty na rozwiązaniach Internetu rzeczy, wykorzystujący konfigurowalne czujniki wewnątrz gniazda protezy, oparty na chmurze system gromadzenia danych oraz zaawansowane techniki analizy operacyjnej”, podsumowuje Chen. „Choć osiągnięcia technologiczne mogą być naprawdę imponujące, największą dumę przynosi nam świadomość zastosowania tej nowej technologii – możliwość opracowywania gniazd protetycznych dostosowanych do indywidualnych potrzeb pacjentów po amputacji kończyny”.
Słowa kluczowe
SocketSense, czujniki, gniazdo protezy, proteza nogi, pacjenci po amputacji, nowe technologie, sztuczna inteligencja, Internet rzeczy, uczenie maszynowe, robotyka
