Доктор. Альберт Чи (слева) помогает пациенту Джонни Матени с роботизированным модульным протезом конечности. Матени потерял большую часть левой руки из-за рака пять лет назад.
Доктор. Альберт Чи, выпускник Медицинского колледжа UA, помог разработать роботизированную руку и руку, которыми человек может управлять своими мыслями.
Доктор. Альберт Чи был студентом, изучавшим биомедицинскую инженерию, когда авария на мотоцикле чуть не стоила ему левой ноги и ступни. Госпитализированный на месяц, перенесший неоднократные операции, он был глубоко впечатлен состраданием и мастерством своих врачей.
Тогда он понял, что у него две страсти: инженерия и медицина.
Теперь Чи – выпускник Медицинского колледжа UA в 2003 году и хирург-травматолог в больнице Джона Хопкинса в Балтиморе – является частью команды инженеров и хирургов, добившихся того, что немногие из нас когда-либо могли подумать.
Прорыв – модульный протез конечности, роботизированная рука и рука, которыми человек может управлять своими мыслями.
Джонни Матени из Западной Вирджинии потерял большую часть левой руки из-за рака пять лет назад. С мая 2012 года, обладая все еще экспериментальной роботизированной конечностью, он мог указывать протезом пальца, хватать мяч и сгибать запястье. Он может различать свой указательный и мизинец, а также различать мягкие и твердые предметы. Он чувствует, как рука жены касается его искусственной руки.
"Отрубить руку – большой минус," Матени сказал. "Доктор. Чи сделал мою жизнь намного лучше."
Чи начал работать над алгоритмами управления мозгом, направленными на управление роботизированными руками, 20 лет назад, когда изучал биомедицинскую инженерию в Университете штата Аризона. Его научным руководителем был нейробиолог Эндрю Шварц, который первым связал информацию, поступающую от сенсорных и моторных нейронов в коре головного мозга, с роботизированной рукой и кистью – тем же протезом, который Матени тестировал в лаборатории прикладной физики Джонса Хопкинса.
"Я был вовлечен в робототехнику с кортикальным управлением с самого начала," Чи вспомнил. После окончания с отличием со степенью бакалавра в области биомедицинской инженерии, Чи затем получил степень магистра с отличием в той же области, оба в АГУ.
Затем он поступил в медицинскую школу в UA, "потому что я хотел оказать большее влияние на жизнь пациентов."
Чи остался в UA для прохождения ординатуры по общей хирургии, которую он закончил в 2008 году. Он прошел двухлетнюю стажировку в Балтиморской больнице шоковой травмы, затем поступил на факультет хирургии в Johns Hopkins.
Там он участвует в проекте «Революционное протезирование» стоимостью 150 миллионов долларов, который возглавляет нейро-реаниматолог Джеффри Линг, доктор медицины. Компания Revolutionizing Prosthetics финансируется Агентством перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США в связи с тем, что более 1300 мужчин и женщин вернулись домой после войны в Ираке и Афганистане с ампутированными конечностями.
"Специализированные центры, такие как армейский госпиталь Уолтера Рида, проделывают огромную работу по возвращению многих солдат на действительную службу – сегодня это 16 процентов, по сравнению с примерно 2 процентами в 1980 году," Чи сказал. "Но существует огромное несоответствие между травмой верхней и нижней конечностей. Травма верхней конечности для вас в значительной степени означает конец карьеры.
"Итак, доктор. Под руководством Хопкинса и Лаборатории прикладной физики Линг бросил вызов миру, чтобы предложить инженерное решение," Чи сказал. "И они придумали модульный протез конечности – модульный, потому что он может заменить ампутированную конечность при любом уровне травмы. … Это действительно самый продвинутый протез конечности в мире."
Модульная конечность способна заменить естественную моторную и сенсорную функцию руки. 100 датчиков, встроенных в руку, способны "обратная связь" температура, давление, углы суставов и ускорение, объяснил Чи. "В сочетании со всеми возможностями модульного протеза конечности," он сказал, "пациент может ощущать обратную связь не только по температуре и давлению, но также по текстуре поверхности и проприоцепции."
У пациентов с параличом нижних конечностей для модульного протеза конечности требуются кортикальные имплантаты для передачи нейрональной информации электронным датчикам в протезе. Но для таких пациентов, как Матени, у которых спинной мозг не поврежден, Чи применил новую хирургическую технику для контроля протеза. Этот метод, получивший название целевой реиннервации мышц, использует все еще жизнеспособные нервы и мышцы ампутированной конечности.
"Пациент с ампутированной конечностью может подумать о перемещении отсутствующей кисти и запястья," Чи объяснил, "но сигналы из его мозга уходят в космос, и им некуда приземлиться – до сих пор."
Чи перенаправляет окончания трех нервов культи пациента к соседним мышцам.
"Это очень похоже на электрическую проводку," он сказал. "Передача этой информации в месте ампутации на остаточные мышцы не только позволяет людям управлять модульной протезной конечностью, но и улучшать двигательный контроль и сенсорную обратную связь."
Руке пациента дается шесть месяцев на заживление, прежде чем пациент начнет то, что будет длиться всю жизнь, от 15 до 30 минут в день упражнений на мысленные образы, которые восстанавливают корковые сигналы, которые теперь могут быть переданы на электроды в модульном протезе конечности.
– Как бы удивительно все это ни было, – сказал Чи, "Что мы действительно хотим сделать, так это поднять контроль, который теперь есть у пациентов, на новый уровень."
Чи был направлен в военно-морской резерв в апреле, и теперь он будет работать с пациентами с ампутированными конечностями в Уолтере Риде в дополнение к своей работе в Johns Hopkins.
"Мне очень повезло, я оказался в нужном месте в нужное время. Опыт аварии на мотоцикле, госпитализация и мое инженерное образование привели меня туда, где я нахожусь, где я могу объединить свои страсти к хирургии и травмам, чтобы по-настоящему расширить возможности людей."
По его словам, Чи каждый день поражается тому, как его пациенты "преодолеть все, что им брошено. Это действительно просто привилегия быть частью жизни этих пациентов."