ТЯГОВЫЙ ПРОТЕЗ ПАЛЬЦА

FINGER TRACTION PROSTHESIS

Egor Tarasenko

student of the faculty of biomedical engineering of Bauman Moscow state university,

Russia, Moscow

Student of CUIC «PERSPECTIVE»

Russia, Kurganinsk

Kirill Popko

radiophysicist engineer, master of radiophysics, graduate student of the Institute of Basic Sciences FSBEI HPE "Kuban State Technological University"

Russia, Krasnodar

АННОТАЦИЯ

По данным Федерального реестра инвалидов, на июнь 2019 года численность инвалидов, проживающих в Российской Федерации, превышает 11 миллионов [1]. По словам Ильи Чеха, директора компании «Моторика», количество людей, не имеющих одного или нескольких пальцев, в несколько раз превышает количество людей, потерявших кисть или предплечье. Данная работа посвящена созданию тягового протеза пальца концевой и средней фаланг указательного пальца. 3D модели, используемые для печати протеза, могут быть изменены и использованы для протезирования любых пальцев, при условии сохранения основной фаланги.

Апробация работы:

1. Российская научно-социальная программа для молодёжи и школьников «Шаг в будущее», МГТУ им. Н. Э, Баумана, г. Москва, 2018-2019 гг.;
2. Всероссийский конкурс научно-исследовательских работ имени Д. И. Менделеева, г. Москва, 2018 г.;
3. Всероссийская олимпиада «Созвездие», г. Королёв, 2018 г.;
4. Международный фестиваль детского и молодёжного научно-технического творчества «От винта!», г. Краснодар, 2018 г.;
5. Губернаторский конкурс молодёжных инновационных проектов «Премия IQ года», г. Краснодар, 2019 г.

ABSTRACT

According to the federal government, as of June 2019, the number of people with disabilities living in the Russian Federation exceeds 11 million. According to Ilya Chekh, director of Motorika, the number of people without one or more fingers was several times higher than the number of people who lost a wrist or forearm. This work is devoted to the study of finger prostheses. 3D models used to print the prosthesis can be changed and used for prosthetics of any fingers, provided that the main phalanx is preserved.

Ключевые слова: протезирование, инвалидность, 3D-печать.

Keywords: prosthetics, disability, 3D printing.

Основным документом, на который опираются эксперты бюро медико-социальной экспертизы при решении вопроса о наличии или отсутствии у больного признака инвалидности является приказ Минтруда России №664н от 29.09.2014 г. Инвалидность устанавливается при количественной оценке степени тяжести патологий от 40 %. Данные процентные показатели можно определить по таблице [2]. Графическое изображение уровней ампутаций пальцев кистей рук с соответствующим им степеням тяжести представлено на рисунках 1-3.

Рисунок 1. Оценка снижения трудоспособности кисти при отсутствии: концевой фаланги большого пальца (а), ногтевой и основной фаланг (б), полутора дистальных фаланг (в), большого пальца и пястной кости (г), указательного пальца (д), безымянного пальца (е), среднего пальца (ж), мизинца (з)

Рисунок 2. Оценка снижения трудоспособности кисти при отсутствии пальцев: большого и указательного (и), всех, кроме мизинца (й), большого, указательного и среднего (к), всех пяти (л), большого и среднего (м), большого и мизинца (н), большого и безымянного (о), указательного и среднего (п)

Рисунок 3. Оценка снижения трудоспособности кисти при отсутствии пальцев: указательного, среднего и безымянного (р), указательного и безымянного (с), всех, за исключением большого (т), указательного и мизинца (у), среднего и безымянного (ф), среднего и мизинца (х), среднего, безымянного и мизинца (ц), безымянного и мизинца (ч)

У пациента, для которого изготавливался протез, отсутствовали концевая и средняя фаланги указательного пальца правой руки. Таким образом, пациент не относится ни к какой группе инвалидов, тем не менее, отсутствие пальца приносило ему некоторый дискомфорт, как практический, так и эстетический. На данный момент существует множество компаний, продающих косметические протезы пальцев, но человеку, нуждающемуся в активном протезе пальца, трудно его приобрести. В рамках данной работы предлагается создание тягового протеза, преимуществами которого являются низкая стоимость и большая скорость изготовления. 3D модели, используемые при печати устройства, являются универсальными: достаточно снять мерки с оставшейся фаланги и перенести размеры в программу.

Протез пальца (рисунок 4) изготовлен из PLA пластика и состоит из трех фаланг.

Рисунок 4. Схема строения протеза. 1 – концевая фаланга; 2 – нерастяжимая нить;

3 – средняя фаланга; 4 – леска; 5 – гибкая защитная трубка; 6 – основная фаланга;

7 – отрезок искусственной кожи

Основная и средняя фаланги представляют собой цилиндры с креплениями по бокам. На средней фаланге предусмотрено крепление для верхней фаланги. Толщина стенок 1 мм. Внутренний диаметр нижней фаланги 20 мм, средней 18 мм. Концевая фаланга является закругленным конусом с проточенным углублением для нити. Высота нижней фаланги 33 мм, средней 45 мм, верхней 32 мм. Части протеза соединяются между собой триммерной леской. Между нижней и верхней фалангами протянута нерастяжимая нить.

В разжатом состоянии (рисунок 5) протеза леска не натянута.

Рисунок 5. Экспериментальная модель протеза в разжатом состоянии

При сгибании средней фаланги (рисунок 6) нить тянет концевую фалангу.

Рисунок 6. Экспериментальная модель протеза в сжатом состоянии

Отрезок эластичной нити, закрепленный между верхней и средними частями протеза, возвращает верхнюю фалангу в начальное положение. Для предотвращения трения нити о палец, леска была помещена в отрезок термоусадочной трубки.

В начале работы был составлен чертёж протеза. В программе для 3D-моделирования Blender была создана пробная 3D-модель каждой фаланги протеза. Далее все детали были напечатаны из пластика методом послойного наплавления. Первая модель протеза имела большую высоту основания нижнего протеза, нерастяжимая нить, приводящая в движение верхнюю фалангу, находилась в твердой трубке из ABS пластика.

Во второй версии протеза появился вырез для сухожилий, нижняя фаланга стала меньше, в местах особого трения пластика с пальцем были добавлены отрезки искусственной кожи.

Позже было замечено, что угол сгибания протеза отличается от угла сгибания пальца человека на 35° поэтому было решено сместить ось вращения средней фаланги вниз. Для этого на средней фаланге были добавлены крепления, а на нижней они стали меньше. В процессе эксплуатации выяснилось, что удобнее использовать протез без креплений между средней и нижней фалангой, это позволяет увеличить угол сгибания на 20°.

После сборки протеза было проведено его тестирование. Измерение максимального подъёмного веса протеза не имеет смысла, так как протез тяговый, и сила сгибания зависит от пациента. Была измерена максимальная нагрузка, при которой происходит поломка крепления протеза. Она составила 1300 грамм. При максимальном сгибании протеза между его частями образуется угол 90°. Для создания более эстетичного внешнего вида и обеспечения лучшего сцепления протеза с предметами, он был покрыт силиконом.

Список литературы:

1. Численность инвалидов /[Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: https://sfri.ru (Дата обращения 03.08.2019).
2. Приказ Минтруда России от 29.09.2014 N 664н "О классификациях и критериях, используемых при осуществлении медико-социальной экспертизы граждан федеральными государственными учреждениями медико-социальной экспертизы" (Зарегистрировано в Минюсте России 20.11.2014 N 34792) /[Электронный ресурс] – Режим доступа. – URL: http://www.revmo-nadegda.ru (Дата обращения 03.08.2019).