Lịch sử

Chân tay giả, hay gọi là chi giả, nhằm mục đích khôi phục một phần chức năng hoạt động của người tàn tật. Các thiết bị cơ khí cho phép người tàn tật có thể đi bộ hoặc tiếp tục dùng được hai bàn tay được có lẽ đã được dùng từ thời cổ đại, đáng chú ý nhất là chân gỗ đơn giản (khúc gỗ nối với đùi). Quy trình phẫu thuật cho người tàn tật tuy nhiên đã không có hiệu quả nhiều cho đến khoảng năm 600 trước công nguyên. Những nhà sản xuất vũ khí thời Trung Cổ đã tạo ra những chi giả phức tạp đầu tiên, dùng thép rắn, nặng và khoẻ để người tàn tật có thể điều khiển vừa vặn. Ngay cả với các khớp nối được phát minh bởi Ambroise Paré trong những năm 1500, thì người tàn tật cũng không dễ dàng điều khiển. Bàn tay giả vào thời điểm đó khá đẹp và mô phỏng các bàn tay thật một cách phức tạp, nhưng không hoạt động quá tốt. Cánh tay trên được phát triển bởi Peter Baliff tại Berlin vào năm 1812 dành cho những người tàn tật mất chi từ dưới cùi chỏ, và Van Peetersen vào năm 1844 cho những người tàn tật mất cả cánh tay, tất cả đều hoạt động được nhưng nếu gọi là lý tưởng thì còn rất xa.

Thế kỷ 19 đã chứng kiến nhiều sự thay đổi, đa phần được bắt đầu từ chính những người tàn tật. J.E Hanger, một sinh viên kỹ thuật, đã mất chân của cậu trong cuộc nội chiến (the Civil War). Anh sau đó đã thiết kế một chân giả cho chính anh ấy và vào năm 1861 đã thành lập công ty để sản xuất chân giả. Công ty J.E Hanger vẫn còn tồn tại cho đến ngày nay. Một người tàn tật khác tên là A.A Winkley đã phát triển một thiết bị dưới đầu gối để trượt, và với sự trợ giúp của Lowell Jepson, đã thành lập công ty Winkley vào năm 1888. Họ đã đưa ra thị trường những chân giả trong suốt thời kỳ nội chiến Hoa Kỳ, từ đó thiết lập nên công ty của họ.

Một người khuyết tật khác tên là D.W Dorrance đã sáng chế ra một thiết bị đầu cuối được dùng để thay bàn tay vào năm 1909. Bản thân Dorrance bị mất cánh tay phải của ông trong một tai nạn, nhưng ông không hài lòng với cánh tay giả có trong thời bấy giờ. Cho đến trước khi sáng chế của ông thì cánh tay giả bao gồm một vỏ bằng da và một khung thép nặng, hoặc một bàn tay trang trí nặng trong một găng tay, một bàn tay cơ khí thô sơ, hay một móc thụ động mà không thể cầm nắm được. Dorrance đã sáng chế ra một móc trượt mà được cố định vào vai và có thể mở bằng một sợi dây giật nằm ở lưng và sát với các băng cao su. Thiết bị đầu cuối của ông (cái móc này) vẫn được xem là một cải tiến lớn cho những người khuyết tật bởi vì nó đã khôi phục được khả năng cầm nắm của họ tới một mức độ nhất định. Các móc điều chỉnh vẫn được dùng vào ngày nay, mặc dù chúng có thể được ẩn bởi một lớp giả da trông như thật.

Thế kỷ 20 đã chúng kiến nhiều cải tiến vĩ đại trong việc chế tạo những cánh tay giả. Các vật liệu như nhựa thời hiện đại đã góp phần tạo ra những thiết bị chi giả vừa khoẻ mà lại nhẹ hơn so với các loại chi giả thời kỳ đầu được làm bằng sắt và gỗ. Các loại nhựa mới, chất nhuộm màu tốt hơn, và các quy trình sản xuất phức tạp hơn đã có khả năng tạo ra những bề mặt da trông giống như thật.

Phát minh thú vị nhất của thế kỷ 20 là sự phát minh ra những cánh tay giả cơ điện (myoelectric). Phát minh này liên quan tới việc dùng các tín hiệu điện từ các cơ tay của bệnh nhân để di chuyển cánh tay. Các nghiên cứu đã bắt đầu từ cuối những năm 1940 ở Tây Đức, và cho đến cuối những năm 1960, các thiết bị cơ điện này đó xuất hiện dành cho người lớn. Trong cuối thập niên đó, trẻ em cũng đã có thể sử dụng được các cánh tay cơ điện.

Trong những năm gần đây, máy vi tính đã được sử dụng để giúp những cánh tay giả vừa với người khuyết tật. 85% chi giả cá nhân đã sử dụng các phần mềm CAD/CAM để thiết kế mẫu tay hoặc chân của bệnh nhân, sau đó thiết kế này được dùng để gia công khuôn để làm ra chi giả mới đó. Quá trình đo đạc dẫn hướng bằng laze và lắp vào cơ thể cũng được sử dụng.

Các vật liệu thô

Thiết bị chi giả thông thường bao gồm một lỗ cắm được làm theo yêu cầu, một cấu trúc bên trong (cũng được gọi là trụ tháp – pylon), bịt đầu gối và dây đeo gắn nó với cơ thể, vỏ chi giả làm đệm cho vùng tiếp xúc và trong một vài trường hợp làm da giả trông giống như thật. Quá trình sản xuất chi giả hiện nay đang diễn ra những thay đổi ở nhiều cấp, một số liên quan tới những lựa chọn về vật liệu.

Thiết bị chi giả đa phần là có trọng lượng nhẹ, do đó thường được làm từ nhựa. Lỗ cắm này thường được làm từ polypropylene. Các kim loại nhẹ như titanium và nhôm đã thay thế nhiều cho thép trong các cơ cấu bên trong (pylon). Các hợp kim của những vật liệu này được dùng thường xuyên nhất. Những chi giả được phát triển gần đây còn dùng sợi carbon để tạo thành những cơ cấu bên trong rất nhẹ.

Một số phần của chi (ví dụ như bàn chân) thường được làm từ gỗ (như cây thích, cây liễu, cây bạch dương, và cây đoan) và cao su. Ngày nay bàn chân cũng làm từ bọt urethane và có cấu trúc cốt gỗ bên trong. Các vật liệu khác thường dùng là các loại nhựa như polyethylene, polypropylene, acrylics và polyurethane. Các vỏ chi giả được làm từ một số loại vải vừa bền vừa mềm. Vỏ trước đây được làm từ lông cừu, còn trong một số lại gần đây có thể được làm từ cotton hay nhiều loại vật liệu tổng hợp khác nhau.

Vẻ bề ngoài của chi giả rất quan trọng đối với người khuyết tật. Phần lớn cốt chi giả (pylon) được phủ bằng một lớp vở bọt polyurethane mềm, được thiết kế khớp với hình dạng của chi bệnh nhân. Lớp vỏ bọt này sau đó được phủ bằng vỏ hay một lớp da nhân tạo mà được sơn giống với màu da của bệnh nhân.

Quy trình sản xuất

Chi giả không được sản xuất hàng loạt để bán ở các cửa hàng. Tương tự như cách làm với răng giả hay với mắt kính, các chi giả đầu tiên được kê đơn bởi một bác sỹ, thường là sau buổi kiểm tra tư vấn với người khuyết tật, với chuyên viên phục hình, và với một bác sỹ điều trị vật lý. Bệnh nhân này sau đó làm việc với chuyên viên phục hình để lắp chi giả. Mặc dù một số bộ phận như vỏ bọc, được làm theo yêu cầu, nhưng nhiều chi tiết như bàn chân, cốt chi giả được sản xuất tại nhà máy, và được gửi tới chuyên viên phục hình và được lắp tại phòng khám của chuyên viên phục hình sao cho phù hợp với yêu cầu cần thiết của bệnh nhân. Trải qua một vài nời, các chi giả đã được làm theo yêu cầu từ lúc bắt đầu cho tới khi hoàn thiện.

Đo đạc và đúc

• 1 Độ chính xác và những chú ý tới chi tiết rất quan trọng trong sản xuất các chi gia, do mục tiêu là tạo ra chi giả càng thoải mái và hữu ích giống như chi thật càng nhiều càng tốt. Trước khi làm quá trình chế tạo chi giả bắt đầu, thì chuyên viên phục hình sẽ đánh giá người khuyết tật và lấy dấu hoặc số hoá phần chi thật còn lại.
• 2 Người chế tạo sau đó đo đạc chiều dài của các phần cơ thể và xác định vị trí của xương và khớp nối tại phần chi còn lại của người khuyết tật. Dùng cách lấy dấu và đo đạc, người chế tạo sau đó làm ra một khuôn bằng thạch cao của phần cụt này. Nó phần lớn được làm từ thạch cao Paris, bởi vì vật liệu này khô nhanh và lấy dấu được chi tiết. Từ khuôn thạch cao này, một mô hình dương bản – một bản sao chính xác của phần cụt được tạo ra.

Tạo hốc lắp

• 3 Tiếp theo, một tấm nhựa nhiệt trong được làm nóng trong một cái lò lớn và sau đó được hút chân không xung quanh khuôn dương bản trên. Trong quá trình này, tấm nhựa được gia nhiệt đơn gian là nằm ở mặt trên của khuôn trong một buồng chân không. Nếu cần thiết thì tấm này sẽ được làm nóng lại. Sau đó, không khí giữa tấm nhựa này và khuôn được hút ra khỏi buồng, ép tấm nhựa xung quanh khuôn và làm cho nó có hình dạng chính xác của khuôn này. Tấm nhựa nhiệt này bây giờ đã thành hốc lắp kiểm tra; nó hoàn toàn trong suốt nên người phục hình có thể kiểm tra độ vừa vặn.
• 4 Trước khi làm hốc lắp vĩnh cửu, người phục hình sẽ làm việc với bệnh nhân để đảm bảo là hốc lắp kiểm tra bằng nhựa trong vừa vặn với bệnh nhân. Trong trường hợp mất chân, thì người bệnh sẽ đi bộ trong khi mang hốc lắp kiểm tra này, và người phục hình sẽ đánh giá được dáng của chi giả sẽ làm. Bệnh nhân cũng được hỏi han xem có cảm giác và mức độ thoải mái như thế nào. Hốc lắp kiểm tra sau đó được điều chỉnh theo yêu cầu của bệnh nhân và sẽ thử lại. Do vật liệu của hốc lắp kiểm tra được làm từ nhựa nhiệt nên nó có thể được gia nhiệt lại để thực hiện những thay đổi nhỏ về hình dạng. Bệnh nhân cũng có thể đeo tất dày hơn để lắp thoải mái hơn.
• 5 Hốc lắp vĩnh cửu sau đó được tạo ra. Do nó thường được làm bằng polypropylene, nên nó có thể được hút chân không trên khuôn cũng giống như cách làm với hốc lắp kiểm tra. Thường thì phần chi cụt sẽ bị co lại sau phẫu thuật và chỉ ổn định sau khoảng xấp xỉ một năm. Do đó, hốc lắp này thường được thay thế tại thời điểm đó, và sau khi một cuộc phẫu thuật đã thực hiện những thay đổi cần thiết.

Chế tạo chi giả

• 6 Có nhiều cách để sản xuất các bộ phận của chi giả. Các bộ phận nhựa – bao gồm các miếng bọt biển mềm được dùng làm lớp lót – thường được làm theo các phương pháp tạo hình nhựa thông thường. Những phương pháp này bao gồm tạo hình chân không (xem bước 3 ở trên), đúc nhựa – ép nhựa nóng chảy vào một khuôn đúc và để cho nó nguội – và kéo nhựa qua một bộ khuôn. Các cốt chi giả được làm từ titan hoặc nhôm bằng khuôn đúc; trong quá trình này, kim loại nóng chảy được ép vào trong một bộ khuôn kim loại có hình dạng phù hợp. Các bộ phận gỗ có thể được xẻ, cưa và khoan. Các bộ phận khác nhau được gắn với nhau theo nhiều cách, dùng vít, keo, và ép nhựa…
• 7 Toàn bộ chi giả được lắp ráp bởi những kỹ thuật viên của nhà sản xuất chi giả dùng các công cụ như cờ-lê và tua-vít để vặn các thiết bị chi giả lại với nhau. Sau đó, nhà sản xuất chi giả một lần nữa gắn hốc lắp vĩnh cửu vào bệnh nhân, tại thời điểm này chi giả đã được gắn hoàn thiện. Sau đó có thể thực hiện tiếp những hiệu chỉnh cuối cùng.

Vật lý trị liệu

Sau khi chi giả đã được lắp vừa, chúng ta cần làm cho bệnh nhân trở nên thoải mái với thiết bị này và học để sử dụng nó trong cuộc sống hàng ngày. Đồng thời, họ phải học các bài học đặc biệt để tăng cường các cơ được dùng để di chuyển thiết bị chi giả này. Khi bệnh nhân được lắp vừa với một thiết bị cơ điện (myoelectric), thì thực tế là thỉnh thoảng các cơ của bệnh nhân quá yếu để tạo ra các tín hiệu đủ lớn để điều khiển thiết bị, vì vậy các cơ này cần phải được luyện tập để tăng cường sức lực. Một vài người khuyết tật mới được huấn luyện để vệ sinh thiết bị hàng ngày – bao gồm cả lớp vỏ lót, và để luyện tập tháo lắp chúng.

Một bệnh nhân được lắp vừa một cánh tay giả phải được học để sử dụng cánh tay đó và thiết bị kẹp của nó giống như bàn tay. Nếu người khuyết tật bị mất cánh tay do tai nạn và được lắp một thiết bị cơ điện myoelectric, thì việc phục hồi tương đối dễ. Nhưng nếu khuyết tay bẩm sinh thì việc phục hồi sẽ rất khó. Một hệ thống hướng dẫn được xây dựng để dạy người khuyết tật hoàn thành nhiều tác vụ nhỏ chỉ dùng một bàn tay như thế nào.

Một vài bệnh nhân được lắp chân giả cũng phải trải qua quá trình vật lý trí liệu. Thông thường bệnh nhân mới phải mất 18 – 20 tuần để học đi lại như thế nào. Các bệnh nhân cũng học lên giường và xuống giường như thế nào và lên xuống ô tô như thế nào. Họ phải học đi lên và xuống dốc như thế nào, và ngã xuống hay đứng lên thế nào cho an toàn.

Quản lý chất lượng

Hiện nay ở Hoa Kỳ không có tiêu chuẩn nào tồn tại cho các chi giả. Một vài nhà sản xuất tán thành tuân theo tiêu chuẩn của Tổ chức tiêu chuẩn Quốc Tế của Châu Âu, chủ yếu là do các nhà xuất khẩu chi giả Hoa Kỳ sang Châu Âu phải thoả mãn những tiêu chuẩn này. Một số khác thì lại tin tưởng rằng những điều luật này gây rắc rối và không thực tế; họ muốn Hoa Kỳ tự ra một tiêu chuẩn của mình, những tiêu chuẩn hợp lý hơn.

Sự thiếu của các tiêu chuẩn không có nghĩa là các nhà sản xuất chi giả không có các cách để kiểm tra sản phẩm của họ. Một vài bài kiểm tra đánh giá độ bền và tuổi thọ của thiết bị. Lấy ví du, các tải tĩnh kiểm tra độ bền. Tải được tác dụng trong khoảng thời gian 30 giây, giữ trong 20 giây, sau đó loại bỏ lực này trong 30 giây. Chi giả cần phải không bị biến dạng trong bài kiểm tra này. Để kiểm tra giới hạn độ bền thì một tải được tác dụng lên chi giả cho đến khi nó gẫy, nhờ đó mà xác định được độ bền giới hạn. Các tải xoay vòng xác định tuổi thọ của thiết bị. Một tải tác dụng được hai triệu lần với chu kỳ mỗi giây một lần thì sẽ tương đương với 5 năm sử dụng.

Các chi giả thí nghiệm thường được xem là sử dụng được nếu chúng có thể hoạt động được 250 000 chu kỳ.

Tương lai

Nhiều chuyên gia lạc quan về tương lai của các chi giả; ít nhất thì đa phần đồng ý rằng có rất nhiều chỗ để cải tiến. Một chi giả là một thiết bị phức tạp, nên chúng ta mong muốn có một thiết kế đơn giản. Thiết bị chi giả lý tưởng cần phải dễ dàng cho bệnh nhân học sử dụng, ít phải sửa chữa hoặc thay thế, cần phải thoải mái và dễ tháo lắp, bền khoẻ, trọng lượng nhẹ, dễ điều chỉnh, trong giống thật và dễ dàng vệ sinh. Các cánh tay giả được nghiên cứu cho các yêu cầu dường như không tưởng này, hiện đang có những bước tiến dài trong những năm gần đây.

Sợi carbon là vật liệu nhẹ, bền, khoẻ hiện nay đang được sử dụng làm bộ cốt chi giả (pylon). Trước đây nó được dùng chủ yếu để tăng cường gia cố cho bộ cốt nhưng một vài chuyên gia đã cho là sợi carbon là một vật liệu ưu việt và cuối cùng đã thay thế kim loại trong bộ cốt chi giả.

Một nhà nghiên cứu đã phát triển ra phần mềm chồng thêm một lưới trên một bản quét CAT của phần chi cụt để thể hiện lượng áp lực mà lớp vải mỏng mềm (soft tissue) có thể xử lý với mức độ đau đớn tối thiểu. Bằng cách xem mô hình máy tính này, nhà phục hình có thể thiết kế ra một hốc lắp tối thiểu được lượng vải mỏng mềm được thay thế này.

Một bàn chân cảm ứng lực thử nghiệm cũng đang trong quá trình phát triển. Bộ cảm biến áp suất đặt dưới bàn chân và gửi các tín hiệu tới các điện cực nằm trong phần chi cụt. Các tế bào thần kinh có thể tiếp nhận và dịch các tín hiệu tương ứng. Người khuyết tật có thể đi bộ bình thường hơn trên thiết bị mới này do họ có thể cảm nhận được mặt đất và điều chỉnh tư thế đi của họ cho thích hợp.

Một phát triển cách mạng khác trong lĩnh vực chân giả là sự đưa ra chi giả từ đầu gối trở lên, thiết bị này được gắn một máy tính bên trong và có thể được lập trình để ăn khớp với tư thế đi của bệnh nhân, điều này làm cho việc đi lại được tự động và tự nhiên hơn.

Đọc thêm

Sabolich, John. You ‘re Not Alone. Sabolich Prosthetic and Research Center, 1991.

Shurr, Donald G. and Thomas M. Cook. Pros the tics and Orthotics. Appleton and Lange, 1990.

Abrahams, Andrew. “An Amazing ‘Foot’ Puts Legless Vet Bill Demby Back in the Ballgame,” People Weekly. April 4, 1988, p. 119.

Hart, Lianne. “Lives that Are Whole,” Life. December, 1988, pp. 112-116.

Heilman, Joan Rattner. “Medical Miracles,” Redbook. May, 1991, p. 124+.

“A Helping Hand for Christa,” National Geographic World. November, 1986, p. 10.

“Off to a Running Start,” National Geographic World. August, 1991, pp. 29-31.

(dịch từ madehow)