ПНИПУ разработал «умный» ортез с памятью формы для реабилитации пальцев
Сотрудники Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) создали «умный» ортез для реабилитации повреждённых пальцев с памятью формы. Официальная информация об этом поступила в пресс-службу вуза.
Ортез предназначен для фиксации и поддержки пальцев в период восстановления после травм. В основе конструкции — термоусаживаемая трубка из специально модифицированного сшитого полиэтилена, в котором молекулы соединены поперечными связями, образующими сетчатую структуру. По данным университета, такой материал запоминает первоначальную конфигурацию и возвращается к ней под воздействием тепла, что и обеспечивает свойство памяти формы.
В университете отмечают, что новый ортез меняет подход к восстановлению после повреждений пальцев. Материал способен запоминать первоначальную форму и возвращаться к ней после термического воздействия.
Учёные подчёркивают, что основные сложности при лечении переломов пальцев связаны не столько с самим переломом, сколько с качеством последующей фиксации. Существующие методы иммобилизации — гипсовые повязки и жёсткие пластиковые шины — часто громоздки и могут вызывать осложнения. Текущие ортезы не всегда плотно прилегают к пальцу, их трудно корректировать по мере спадания отёка, и они иногда ограничивают подвижность соседних здоровых суставов. В результате возможны нарушения сращения костей и удлинение сроков реабилитации.
Особенность нового ортеза — простая технология применения и возможность многократной корректировки степени фиксации. На забинтованный палец надевается предварительно расширенная при температуре 120 °C полимерная трубка, затем её нагревают медицинским феном до 60–70 °C. Под воздействием тепла материал плавно сжимается, плотно облегает анатомические особенности пальца и формирует фиксирующую конструкцию, пояснила научный сотрудник кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ Юлия Фасхутдинова.
Авторы разработки отмечают, что по мере уменьшения посттравматического отёка врач может повторно прогреть ортез, что приведёт к дополнительной усадке трубки и поддержанию оптимального давления на мягкие ткани. Это решает одну из основных проблем традиционного гипсования, когда после спадения отёка повязка перестаёт выполнять фиксирующую функцию.
На этапе создания изделия исследователи проанализировали характеристики трёх компонентов системы: сшитого полиэтилена, марлевого бинтового слоя и мягких тканей пальца. Доктор технических наук, профессор кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика» ПНИПУ Олег Сметанников пояснил, что это потребовалось для получения экспериментальной зависимости напряжений и деформаций для бинтового слоя и живых тканей пальца руки.
Для измерений была разработана методика «винтовой намотки». Метод позволяет без специальных экспериментальных установок оценивать деформацию тканей по мере удлинения ленты, которая наматывается на палец, а на другой конец ленты подвешивается калиброванный груз. Для исследования характеристик марлевого слоя бинт многослойно наматывали на жёсткую недеформируемую основу в виде алюминиевой трубы, затем аналогично наматывали ленту, подвешивали грузы и измеряли удлинение. Полученные параметры деформации легли в основу точной 3D‑модели системы «палец — бинт — ортез» в специализированном программном обеспечении.
Применение методики позволило перейти к виртуальному тестированию конфигураций ортеза с использованием численного моделирования. В процессе моделирования определены параметры, при которых давление, создаваемое фиксирующим элементом, не превышает критического уровня 8–10 кПа, при котором возможна компрессия кровотока. В дальнейшем планируется проведение клинических испытаний, внедрение ортеза в врачебную практику и оформление патентной защиты на изделие.
Дальнейшие этапы работ включают подготовку к клиническим испытаниям, процедуры регистрации и патентования разработки, а также мероприятия по интеграции технологии в протоколы реабилитации при травмах пальцев.