Применение цифровых технологий в протезировании, в том числе при множественных ампутационных дефектах конечностей, имеет особое практическое значение. Сокращение сроков протезирования, особенно первичного, позволяет частично компенсировать тяжелое психоэмоциональное состояние после перенесенной травмы, сохранить мотивацию пациента, способствует благоприятному сопровождению лечебно-восстановительных мероприятий, формированию культи, восстановлению мобильности и способности к самообслуживанию. Цель исследования: разработать компоненты цифровой технологии протезировании конечностей при травмах мирного и военного времени, в том числе до обеспечения протезами по индивидуальной программе реабилитации и абилитации (ИПРА). Для разработки устройств 3D-сканирования усеченной конечности и методик их применения было проведено обследование 173 пациентов ФГБУ ФНЦРИ им. Г.А. Альбрехта Минтруда России с патологиями опорно-двигательной системы, в возрасте от 11 до 88 лет, средний возраст составил 63,6 года. К протезированию лечебно-тренировочными протезами, изготовленными по аддитивной технологии, были допущены 52 пациента. Изготовили 45 протезов нижних конечностей для 32 мужчин (ср. возраст – 47 лет) и 11 женщин (ср. возраст – 62 года) и 9 изделий на верхние конечности для 6 мужчин (ср. возраст – 40,8 лет) и 3 женщин (ср. возраст – 41 год). Протезы голени изготовлены 26 пациентам (ср. возраст – 52,6 лет), протезы бедра – 17 пациентам (ср. возраст – 48,5 лет). Разработаны два стационарных 3D-сканера для съемки культей конечностей и методики их применения, программы для обработки полученных моделей и построения электронных геометрических моделей приемных гильз протезов конечностей, предложен метод 3D-печати из гранул как способ критического сокращения времени изготовления приемной гильзы протеза. Пациенты отметили облегчение фантомных болей, психоэмоционального и физического состояния, были удовлетворены достигнутыми первичными результатами частичного восстановления мобильности и способности к самообслуживанию в ранние сроки после ампутации и обучения пользованию. Источник финансирования. НИОКТР 122012600068-6, АААА-А19-119021490041-4, АААА-А18- 118040290197-2.
The use of digital technologies in prosthetics, especially with multiple amputation defects of the limbs, is of particular practical importance. Reducing the terms of prosthetics, in particular, primary, allows you to partially compensate for the severe psycho-emotional state after an injury, maintain the patient’s motivation, contributes to the favorable support of medical and rehabilitation measures, the formation of a stump, the restoration of mobility and the ability to self-service. Develop components of digital technology for limb prosthetics for peacetime and wartime injuries, including before the provision of prostheses under an individual rehabilitation and habilitation program (IPRA). To develop devices for 3D scanning of a truncated limb and methods for their use, a survey of 173 patients was conducted. G.A. Albrecht of the Ministry of Labor of Russia with pathologies of the musculoskeletal system, aged 11 to 88 years, the average age was 63.6 years. 52 patients were admitted to prosthetics with therapeutic and training prostheses made using additive technology. We made 45 lower limb prostheses for 32 men (average age – 47 years) and 11 women (average age – 62 years) and 9 products for upper limbs for 6 men (average age – 40.8 years) and 3 women (average age – 41 years). Leg prostheses were made in 26 patients (average age – 52.6 years), hip prostheses – in 17 patients (average age – 48.5 years). Two stationary 3D scanners have been developed for imaging limb stumps and methods for their use, programs for processing the obtained models and building electronic geometric models of sockets for limb prostheses, and a method of 3D printing from granules has been proposed as a way to critically reduce the time for manufacturing a socket of a prosthesis. Patients noted the relief of phantom pain, psycho-emotional and physical condition, were satisfied with the achieved primary results of partial restoration of mobility and ability to self-care in the early stages after amputation and learning to use.
1. Головин М.А., Николаев В.Ф., Казаков В.П., Гоголев Е.А., Сусляев В.Г., Воронин И.А. Анализ структуры обеспечения протезно-ортопедическими изделиями в России за период 2019–2020 гг. (до и во время эпидемических ограничений) // Физическая и реабилитационная медицина. 2022. Т. 4. № 2. С. 8–20. DOI: 10.26211/2658-4522-2022-4-2-8-20.
2. Федеральный реестр инвалидов [Электронный ресурс]. URL: https://sfri.ru (дата посещения: 09.01.2023).
3. Сусляев В.Г., Щербина К.К., Соболев С.Е., Смирнова Л.М., Курдыбайло С.Ф. Сложное и атипичное протезирование голени и бедра: методическое пособие. СПб.: Свод, 2011. 132 с.
4. Замилацкий Ю.И., Щербина К.К., Сусляев В.Г., Сокуров А.В., Ермоленко Т.В. Технология изготовления приемных гильз протезов верхних конечностей: учебно-практическое пособие / Под ред. Г.Н. Пономаренко СПб.: ООО «ЦИАЦАН», 2019. 59 с.
5. Paterno L., Ibrahimi M., Gruppioni E., Menciassi A. Sockets for Limb Prostheses: A Review of Existing Technologies and Open Challenges. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2018. Vol. 65. No. 9. P. 1996–2010. DOI: 10.1109/TBME.2017.2775100.
6. Федеральный закон от 21.11.2011 № 323-ФЗ «Об основах охраны здоровья граждан в Российской Федерации» (с изменениями и дополнениями). [Электронный ресурс]. URL: http:// www.consultant.ru/document/cons_doc_LAW_121895/ (дата обращения: 10.05.2022).
7. Сусляев В.Г., Щербина К.К., Янковский В.М. Лечебно-тренировочное протезирование на этапах реабилитации инвалидов с ампутационными дефектами голени и бедра: методическое пособие. СПб.: Знак, 2013. 58 с.
8. Mohammad R.S., Meier M.R. Systematic review of effects of current transtibial prosthetic socket designs. Part 1: Qualitative outcomes. J Rehabil Res Dev. 2015. Vol. 52. No. 5. P. 491–508. DOI: 10.1682/ JRRD.2014.08.0183.
9. Пономаренко Г.Н., Щербина К.К., Хубутия Б.Н., Смирнова Л.М., Головин М.А., Николаев В.Ф., Сусляев В.Г., Волкова В.М., Голубева Ю.Б. Протезирование и ортезирование: цифровая трансформация / Под ред. члена-корреспондента РАН Г.Н. Пономаренко. СПб.: ФНЦРИ им. Г.А. Альбрехта, 2022. 224 с.
10. Vitali A., Regazzoni D., Rizzi C., Colombo G. Design and Additive Manufacturing of Lower Limb Prosthetic Socket. ASME International Mechanical Engineering Congress and Exposition. 2017. Vol. 11. P. 1–7. DOI: 10.1115/IMECE2017-71494.
11. Seminati E., Talamas D.C., Young M., Twiste M. Validity and reliability of a novel 3D scanner for assessment of the shape and volume of amputees’ residual limb models. PLoS One. 2017. Vol. 12. No. 9. DOI: 10.1371/ journal.pone.0184498.
12. Черников Б.В., Гайдук И.О., Борисова Е.А. Проблема создания единой трехмерной модели объекта по данным многоракурсного сканирования // Современные наукоемкие технологии. 2019. № 10–1. С. 83–91.
13. Лысыч М.Н., Шабанов М.Л., Романов В.В. Оборудование для 3D сканирования // Современные наукоемкие технологии. 2014. № 12–2. С. 170–174;
14. Scherbina K.K., Golovin M.A., Suslyaev V.G., Marusin N.V., Yankovskii V.M., Zolotukhina M.V. An Electronic Geometric Model for 3D Scanning of Human Body Segments and Its Use in Prosthetics and Orthotics. Causes of Defects and Methods for Their Elimination. Biomedical Engineering. 2020. Vol. 54. No. 2. P. 130–134. DOI 10.1007/s10527-020-09989-z.
15. Официальный сайт компании Sctructure. [Электронный ресурс]. URL: https://structure.io/ (дата обращения: 09.01.2023).
16. Kaplun D., Sufelfa A., Markelov O.A., Bogachev M.I., Golovin M., Scherbina K., Yankovskiy V., Skrebenkov E., Sachenkov O. Three-dimensional (3D) model-based lower limb stump automatic orientation. Applied Sciences (Switzerland). 2020. Vol. 10. No. 9. P. 3253. DOI: 10.3390/app10093253.
17. Yankovskiy V.M., Chernikova M.V., Kuzicheva A.D., Fogt E.V. Medical aspects of prosthetics in lower limb amputees with use of digital technologies. Genij Ortopedii, 2022. Vol. 28. No. 4. P. 495–502. DOI: 10.18019/1028-4427-2022-28-4-495-502.
18. Официальный сайт компании rodin4d. [Электронный ресурс]. URL: https://www.rodin4d.com/ (дата обращения: 09.01.2023).
19. Максименко А.Н., Костылева В.В., Зак И.С. IT-технологии в обеспечении населения протезно-ортопедическими изделиями и средствами реабилитации // Дизайн и технологии. 2018. № 63 (105). С. 25–30.
20. Wang M., Nong Q., Liu Y., Yu H. Design of lower limb prosthetic sockets: a review. Expert Rev Med Devices. 2022. Vol. 19. No. 1. DOI: 10.1080/17434440.2022.2020094.
21. Jweeg M.J., Hammoudi Z.S., Alwan B.A. Optimised Analysis, Design, and Fabrication of Trans-Tibial Prosthetic Sockets. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 433. DOI: 10.1088/1757-899X/433/1/012058.
22. Cornejo J., Cornejo-Aguilar J.A., Vargas M., Helguero C.G. Anatomical Engineering and 3D Printing for Surgery and Medical Devices: International Review and Future Exponential Innovations. Biomed Res Int. 2022. Vol. 2022. P. 1–28. DOI: 10.1155/2022/6797745.
23. Nayak C., Singh A., Chaudhary H. Topology Optimisation of Transtibial Prosthesis Socket Using Finite Element Analysis. International Journal of Biomedical Engineering and Technology. 2017. Vol. 24. No. 4. P. 323. DOI: 10.1504/IJBET.2017.085438.
24. Karamousadakis M., Porichis A., Ottikkutti S., Chen D. A Sensor-Based Decision Support System for Transfemoral Socket Rectification. Sensors. 2021. Vol. 21. No. 11 P. 3743. DOI: 10.3390/s21113743.
25. Amrutsagar L., Gaurav P., Rupesh G., Ravi B. Parametric Design and Hybrid Fabrication of Above-Knee Prosthesis. Indian Journal of Orthopaedics. 2020. Vol. 54. No. 3. P. 381–390. DOI: 10.1007/s43465-020-00059-w.
26. Ramasamy E., Avci O., Dorow B., Chong S.Y. An Efficient Modelling – Simulation – Analysis Workflow to Investigate Stump-Socket Interaction Using Patient-Specific, Three-Dimensional, Continuum-Mechanical, Finite Element Residual Limb Models. Frontiers in Bioengineering and Biotechnology. 2018. Vol. 6. P. 126. DOI:10.3389/fbioe.2018.00126.
27. Черникова М.В., Головин М.А., Янковский В.М., Щербина К.К., Гоголев Е.А. Анализ методик моделирования внутренней поверхности приемных гильз протезов бедра по 3D-скану культи // Медицинская техника. 2022. № 6 (336). С. 30–32.
28. Головин М.А., Клименко Ф.Н., Янковский В.М. Программа для формирования готовой к 3D-печати электронно-геометрической модели приемной гильзы протеза бедра в средней трети // Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022684444 Российская Федерация. Заявитель Федеральное государственное бюджетное учреждение «Федеральный научный центр реабилитации инвалидов им Г.А. Альбрехта» Министерства труда и социальной защиты Российской Федерации. Заявл. 24.11.2022: опубл. 14.12.2022.
29. ГОСТ Р 57558-2017/ISO/ASTM 52900:2015. Аддитивные технологические процессы. Базовые принципы. Часть 1. Термины и определения. М.: Стандартинформ, 2017. 11 с.
30. Лысыч М.Н., Шабанов М.Л., Качурин А.А. Обзор современных технологий 3D печати // Современные наукоемкие технологии. 2015. № 6. С. 26–30.
31. ГОСТ Р 57765-2021. Изделия протезно-ортопедические. Общие технические требования. М.: Стандартинформ, 2021. 8 с.
32. ГОСТ Р 70136–2022 Узлы протезов нижних конечностей с индивидуальными параметрами изготовления. М.: Стандартинформ., 2022. 12 с.
33. Campbell L., Lau A., Pousset B. How infill percentage affects the ultimate strength of 3d-printed transtibial sockets during initial contact. Canadian Prosthetics & Orthotics Journal. 2018. Vol. 1. No. 2. DOI: 10.33137/cpoj.v1i2.30843.
34. Ratto M., Hiansen J.Q., Marshall J. An International, Multicenter Field Trial Comparison Between 3D-Printed and ICRC-Manufactured Transtibial Prosthetic Devices in Low-Income Countries. Journal of Prosthetics and Orthotics. 2021. Vol. 33. No. 1. P. 54–69. DOI: 10.1097.
35. Смирнова Л.М. Инструментальная оценка функциональной эффективности протезирования нижних конечностей // Реабилитация инвалидов: национальное руководство / Под ред. Г.Н. Пономаренко. М.: ГЭОТАР-Медиа, 2018. С. 281–288.
36. Официальный сайт компании Хабилект. [Электронный ресурс]. URL: https://habilect.com/ (дата обращения: 09.01.2023).
37. Официальный сайт компании Неврокор. [Электронный ресурс]. URL: http://www.neurocor.ru/ (дата обращения: 09.01.2023).