Современные методы протезирования и искусственные органы

Министерство здравоохранения и социального развития

ГОУ ВПО Читинская государственная медицинская академия

Кафедра медицинской физики и информатики

Реферат

На тему:

“Современные методы протезирования и искусственные органы”

Чита 2009

Введение

Информационно коммуникационные технологии (ИКТ) проникли в наши жизни. До сих пор это проникающее влияние включало в основном средства, которые мы используем для частных целей или на работе, такие как персональные компьютеры, мобильные телефоны, дорожные компьютеры и тому подобное. Благодаря новым достижениям эти средства становятся все более и более частями наших тел, либо потому, что мы носим их с собой (переносные компьютеры) или потому, что они имплантированы в наши тела.

На первый взгляд имплантируемые средства не вызывают этических проблем, если мы имеем в виду, например, кардиостимуляторы сердечного ритма. Однако, хотя имплантируемы средства ИКТ могут быть использованы для восстановления способностей организма, ими также могут злоупотреблять, в особенности, когда такие средства являются доступными для цифровых сетей. По мнению одних такие средства являются угрозой для человеческого достоинства и, в особенности, для неприкосновенности человеческого тела, в то время как для других такие имплантанты в первую очередь средства восстановления поврежденных человеческих возможностей и поэтому могут рассматриваться в качестве средств восстановления человеческого достоинства.

Идея допустить размещения средств ИКТ под нашу кожу с целью не только восстановить, но даже и усилить человеческие способности дала толчок научной фантастике. Однако в некоторых случаях имплантация микрочипов с возможностью личного и общественного контроля уже имеет место.

Средства ИКТ изобретены человеком. Функции, которых они достигают, основаны на программируемых или алгоритмических вычислениях в большинстве случаев с использованием небиологических материалов в качестве полупроводников. Это позволяет имитировать некоторые биологические и психические функции. Более того, в принципе сегодня на практике возможна имплантация средств ИКТ в тело человека, например, для восстановления функций тела, как в случае с протезированием и искусственными органами, для замены некоторых частей тела.

1. Понятие имплантанта. Разновидности имплантантов

Имплантант - биологический термин, обозначающий некое инородное тело, внедренное извне в живой организм с целью восстановления утраченной функции, либо органа или ткани. В данном заключении под имплантантами также подразумеваются искусственные органы и протезы.

- Активное медицинское устройство: медицинское устройство, функционирование которого обеспечивается внутренним и независимым источником электроэнергии или любым другим источником энергии, отличным от такого, который генерирует энергию прямо из человеческого тела или силы тяготения.

- Активное имплантируемое медицинское средство: активное медицинское устройство, которое предназначено для введения в человеческое тело хирургическим, терапевтическим внедрением или медицинским внедрением через природные отверстия, при этом эти средства предназначены для того, чтобы остаться в организме после процедуры.

- Пассивные имплантанты ИКТ: имплантанты ИКТ в человеческое тело с использованием внешних электромагнитных полей для работы.

- Имплантанты ИКТ в режиме онлайн: имплантанты ИКТ, которые для работы используют связь с внешним компьютером или которые запрашиваются внешним компьютером.

- Автономные имплантанты ИКТ: имплантанты ИКТ, которые работают независимо от вешних устройств ИКТ.

2. Виды имплантантов, распространяемые в коммерческой форме

История имплантируемых устройств в клинической практике началась в 1960-х с развитием первых кардиостимуляторов для замещения автономного ритма сердца. В конце 1980-х появились системы стимуляции, которые позволяли больным параплегией контролировать опорожнение кишечника и мочевого пузыря. Наиболее современные примеры активных имплантантов для функциональной электростимуляции - это стимуляторы для подавления боли у пациентов с опухолями и тремором, вызванным болезнью Паркинсона, и для замещения функций схватывания, сжатия при параличе рук, ног. Типичные устройства включают следующее:

- сердечнососудистые стимуляторы для пациентов с сердечной недостаточностью;

- отмеряющие лекарство имплантанты;

- имплантируемые программируемые нагнетатели лекарства;

- имплантируемые средства нейростимуляции: термин «нейростимуляция» относится к технологиям, которые не непосредственно стимулируют мышцы, как функциональное средство электростимуляции (то есть кардиостимуляторы). Вернее, технологии нейростимуляции изменяют электрическую активность нерва;

- стимуляции спинного хребта при хронической боли;

- стимуляция крестца для лечения недержания;

- стимуляция vagus - нерва для контроля припадка при эпилепсии или контроля настроения в случая тяжелой депрессии;

- глубокая стимуляция мозга для контроля тремора у пациентов с болезнью Паркинсона при треморе: пациенты с тремором, не имеющие других симптомов, кроме тремора, который случается с их руками, ногами, туловищем и голосом. Как и пациентам с болезнью Паркинсона, им может помочь глубокая стимуляция мозга;

- искусственная управляемая чипом нога: Германская компания Otto B. Gmbh разработала протез под названием «S - Leg», который является контролируемым чипом протезом.

Устройства идентификации и определения местоположения

Микрочипы применяются в трех формах:

1. Только считываемые: это простейшие формы устройств, которые только считываются, сейчас они используются для идентификации животных. Даже эта форма может иметь бесчисленные способы применения, например, для пациентов с болезнью Альцгеймера, детей и людей в бессознательном состоянии. Широкое применение этого устройства может быть в качестве разновидности национальной идентификационной карты, основанной на идентификационном номере, переносимом в микрочипе.

2. Читаемые - записываемые: этот тип микрочипов способен переносить объемы информации, которые могут быть расширены в случае необходимости. Это позволяет накапливать данные и программировать на расстоянии. Например, когда микрочип переносит историю болезни и данная история развивается, последующая информация также может быть добавлена в микрочип без необходимости извлечения имплантированного чипа. Данный микрочип также может обеспечивать осуществление и запись финансовых транзакций.

3. Третий важный объем информации, который считываемый - записываемый микрочип может переносить это криминальные записи.

Устройства с возможностями слежения: кроме описанных выше возможностей считывания и записи данное устройство также может испускать радиосигнал, который можно прослеживать. Способов применения множество, как свидетельствует уже существующие технологии. Такое устройство требует источника питания, который должен быть уменьшен перед тем, как стать имплантируемым. С имплантированным микрочипом возможно было бы постоянное наблюдение. Если каждый чип издал сигнал с уникальной идентификационной частотой, индивид с имплантированным чипом мог бы прослеживаться простым приемом правильного сигнала. В связи с тем, что приемники мобильные, помеченный индивид может быть прослежен где угодно.

Типичные устройства включают:

1) Средства радиочастотной идентификации: миллионы меток радиочастотной идентификации были проданы с начала 1980-х. Они использовались для скота, домашних животных, лабораторных животных, для идентификации в разных случаях при подвержении опасности. Эта технология не применяет химических препаратов или гальванических элементов. Чип никогда не истощается и ожидаемая продолжительность его жизни около 20 лет;

А) VeriChip или «человеческий штрихкод»: VeriChip является подкожным средством радиочастотной идентификации размером с рисовое зерно который имплантируется в мягкие ткани под трицепс (трехглавую мышцу). Применение VeriChip в настоящее время включает:

- медицинские записи и информацию о состоянии здоровья (группа крови, возможные аллергии и история болезней);

- персональная информация/идентификационная информация: В Baja Beach Club (в Испании и в Нидерландах (http://www.baja.nl) люди используют VeriChip в качестве смарт-карты для ускорения заказа выпивки и расчетов;

- финансовая информация (вторичная верификация);

- кроме этих областей прочее применение включает безопасность общественных перевозок, доступ к уязвимым зданиям и установкам и определение людей по паролю, осужденных и преступников и т.д. В настоящее время человек должен стоять на расстоянии нескольких футов от сканнера для того, чтобы метка «проснулась». Поэтому метки используются для слежения за кем-либо, если он около сканнеров. Следовательно, VeriChip, в данный момент, не является имплантируемым средством глобального позиционирования;

Б) Баварская компания Технологии идентификации предлагает средства слежения с использованием человеческого тела (особенно кожи) как передатчика цифровых данных;

В) Женский имплантант контроля оргазма на расстоянии: аппарат, который производит оргазм путем нажатия на кнопку, был запатентован в США в январе 2004 года.

3. Исследования в области имплантантов ИКТ

Биосенсоры: Биосенсорные (микроэлектромедицинские системы) устройства это сенсоры, имплантированные в человеческое тело, для точного мониторинга за недоступными частями тела. Биосенсоры составляют сеть и совместно наблюдают за состоянием здоровья хозяина. Происходит сбор данных о физиологических параметрах, таких как кровяное давление или уровень глюкозы в крови, и осуществляется вывод на основе собранных данных, например, о предупреждении врача о возможном кризисе. Информация, подлежащая передаче, является медицинской информацией, которая должна по требованиям закона подлежать защите. Есть несколько биомедицинских приложений, где эта технология может быть полезна. Например, сенсоры, имплантируемые в головной мозг пациентам с болезнью Паркинсона или эпилепсией, акустические или оптические биосенсоры, применяемые для анализа крови. Сенсоры, имплантируемые в тело выздоравливающих раковых больных для поиска раковых клеток.

Искусственный гипокампус: пример протеза будущего для мозга -имплантируемый в мозг чип, который может восстанавливать или повышать память. В отличии от таких средств, как отмеривающие лекарственные средства имплантанты, которые только стимулируют деятельность головного мозга, данный чип - имплантант будет представлять процессы, которые осуществлял поврежденный участок мозга. Это обещает помощь людям, которые страдают от повреждения мозга от удара, эпилепсии, болезни Альцгеймера.

Корковый имплантант для слепых: на протяжении многих лет известно, что электростимуляция ведет к появлению оптических ощущений. С корковым имплантантом информация из крошечной цифровой камеры может быть передана электродам, имплантированным в корку, минуя неработающую сетчатку или зрительный нерв.

Глазной имплантант или искусственная сетчатка: другие исследования сфокусированы на новых технологиях, предусматривающих замещение поврежденной сетчатки светочувствительной камерой в глазу.

Интерфейс мозгового компьютера или прямой контроль мозга: вышеупомянутые технологии являются коммуникационными технологиями; они берут информацию из мозга и облекают ее в форму. Целью этих технологий является получение информации извне и обеспечение доступа человека к ней. Эти технологии, объединившись, образуют интерактивные технологии, которые позволят обмен информацией. Эти системы могли бы позволить людям использовать сигналы прямо из головного мозга для коммуникаций и контроля движения. Хотя исследования показывают возможность использования сигналов мозга для выполнения команд и контроля внешних устройств, исследователи подчеркивают, что требуются многие годы работы и клинических испытаний, чтобы такие устройства стали доступы парализованным людям.

Средства наблюдения и слежения

Переносные средства ИКТ для слежения за человеческим телом: такие средства позволяют человеку с приемником выделить чье-либо местоположение где угодно в мире.

Подкожные средства глобальной системы навигации и определения положения: в мае 2003 Applied Digital Solutions заявленный, как «Цифровой Ангел», прототип которого был успешно тестирован. Однако технические эксперты проверяют, может ли система на самом деле работать. Дискообразное «устройство определения местоположения личности», размеры которого 6.35 сантиметров в диаметре и 1.27 сантиметра в толщину - примерно такие же, как у стимулятора. Мониторинг системы навигации и определения положения может быть использована по разным назначениям, например, в случае медицинской опасности (сердечного приступа, эпилепсии или диабета) или для идентификации и целей определения местоположения (для людей с опасными профессиями, детей, лазутчиков или подозреваемых в террористической деятельности).

Улучшающие или предоставляющие удобства устройства:

Ученые обосновали, что в течение следующих 20 лет будут разработаны нейронные интерфейсы, что не только увеличит перечень функциональных чувств, но также усилит память и сделает возможным «кибер-разум» - невидимое общение с другими.

Предполагаемые устройства:

Корковый имплантант - протез («усилитель» разума или ощущений): первоначально разработанный для слепых и глухих, корковый имплантант позволит «здоровым» людям иметь постоянный доступ к информации в компьютере, основанный либо на том, что видит цифровая камера, либо основанный на искусственном «окне» взаимодействия человек-компьютер.

Усиление зрения: в соответствии с последними исследованиями, предпринятыми для разработки искусственной роговицы, однажды будет возможно видеть свет в инфракрасной области спектра. В этом случае вместо использования стандартной видеокамеры будет использоваться камера инфракрасной области спектра.

Аудио имплантант в зуб или телефон в зубе: разработан в 2002 году и существует только в концептуальной форме. Устройство микровибрации и беспроводный приемник частоты имплантируется в зуб в процессе обычной зубной операции. Зуб вступает в связь с цифровыми устройствами, такими как телефоны, радио и компьютеры Звуковая информация передается из зуба во внутреннее ухо по костному трансиверу. Звуковой прием обеспечивает полную защищенность принимаемой информации в любом месте и в любое время.

Другие потенциальные применения

- патент, полученный Майкрософт под номером 6,754,472 (22 июня 2004 года), представляет человеческое тело в качестве посредника при передаче данных (и энергии) к «другим устройствам» подобно персональным цифровым помощникам, сотовым телефонам, медицинским устройствам (для целей наблюдения: как, например, в домах одиноких людей), средства радиочастотной идентификации делают возможным определять местоположение других людей. В семейной сети ваши дети могут через систему слежения наблюдать за тем, что делают их родственники. Патент не описывает никаких специфических устройств.

- «Смарт оружие» Applied Digital solution, которая разработала VeriChip, объявила в апреле 2004 года о сотрудничестве с производителями оружия с целью производства так называемого «смарт-оружия». Такое оружие будет работать, только если им управляет владелец с имплантированным в руку радиочастотным идентификационным чипом.

В пределах FP6 целью Технологий информационного общества является обеспечение первенства Европы в общих и прикладных технологиях в интеллектуальной экономике.

Оно направлено к увеличению нововведений и конкурентоспособности европейского бизнеса и промышленности и к содействию больших благ для граждан Европы.

Общество информационных технологий в программе FP6 сосредотачивается на будущем поколении технологий, в которых компьютерные сети будут интегрированы в ежедневную окружающую среду, в которой через простые в обращении интерфейсы будет доступно множество услуг и приложений. Такое видение «окружающего интеллекта» ставящего пользователя в центр будущих улучшений в обществе, основанного на знаниях для всех.

Нано материалы, датчики и микросистемы для медицинских имплантантов, улучшающих здоровье и качество жизни.

В этом проекте технологии и методы коммуникации будут разработаны так, чтобы доставить информацию непосредственно человеку в форме медицинских имплантантов и амбулаторных систем, а также возможность передачи информации с этих устройств в окружающее пространство. Общей целью является разработка технологии создания микросистем, и затем производство медицинских устройств, применяющих эти технологии. В результате должны быть получены медицинские продукты, включающие имплантанты, дозирующие лекарства, стимулирующие нервы, замещающие сетчатку, контролирующие давление. Эти направления определены на основании статистики о том, что около 50% западного населения, то есть около 500 млн граждан будут страдать одной из проблем со здоровьем, преследуемом в данном проекте.

Вывод

Из всего вышесказанного можно сделать вывод о современных методах протезирования и применении искусственных органов (имплантантов), как о качественном обеспечении жизни человека в современном мире. Но, здесь, в свою очередь, возникает множество вопросов: о стоимости и внедрении данных средств в жизнь, о доступности данных средств “простому смертному” человеку, о разграничении в применении имплантантов. Да, несомненно, больному, немощному человеку они нужны как воздух, но насколько это приемлемо экономически и этически. Многие люди могут позволить себе воспользоваться технологией, но эти технологии должны строго контролироваться государственными органами во избежание различных инцидентов неверного и неправильного применения данных информационных разработок.

Литература

1) “Этические аспекты имплантации в человеческое тело средств информационно-коммуникационных технологий”. http://www.notinn.ru;

2) “О чипах-«благодетелях», чипах-шпионах и обществе киборгов”. http://www.kongord.ru;

3) «Цифровой Ангел». Applied Digital Solutions. http://www.adcx.com;

4) Баварская компания Технологии идентификации. http://www.ident-technlogy.com;

5) VeriChip. http://www.4verichip.com.