الأطراف الاصطناعية التي يتحكم بها المعالج الدقيق

الأطراف الاصطناعية التي يتحكم بها المعالج الدقيق هي أطراف اصطناعية يتم تنظيم سلوكها في الوقت الفعلي بواسطة حاسوب مدمج. تقيس المستشعرات باستمرار الحمل وزاوية المفصل والحركة؛ ويقرأ المعالج الدقيق هذا التدفق ويعدل مقاومة الطرف، أو في التصميمات المزودة بالطاقة، يضبط خرجها ليناسب نشاط المستخدم. تتراوح هذه الفئة من الركب التي يتحكم بها المعالج الدقيق والتي تختلف في التخميد عبر دورة المشي، إلى الكواحل والركب المزودة بالطاقة التي تضيف طاقة صافية، وصولاً إلى أنظمة الأطراف العلوية التي تتحكم بها إشارات من عضلات وأعصاب المستخدم نفسه.

Definition

الطرف الاصطناعي الذي يتحكم به المعالج الدقيق هو طرف اصطناعي يستخدم فيه معالج مدمج بيانات المستشعر في الوقت الفعلي لتعديل مقاومة الجهاز أو خرجه المُشغّل، مما يكيف سلوك المفصل مع حركة المستخدم ونشاطه.

Scope

يغطي هذا الموضوع المبادئ وأنواع الأجهزة ومدخلات التحكم للأطراف الاصطناعية المحوسبة — الركب والكواحل التي يتحكم بها المعالج الدقيق للطرف السفلي والأنظمة الكهروميكانيكية للطرف العلوي — والأدلة المتعلقة بها. يستثني الموضوع الهياكل الخارجية الكاملة للجسم والأجهزة التقويمية، والتي تغطيها مواضيع مجاورة. وهو مرجع تعليمي ولا يقدم نصائح حول اختيار أو تركيب أو تمويل الأطراف الاصطناعية.

Core questions

• ما الذي يتحكم فيه المعالج الدقيق، وعلى أي مدخلات من المستشعرات؟
• كيف تختلف التصميمات السلبية (التي تعدل التخميد) عن التصميمات المزودة بالطاقة (التي تضيف طاقة)؟
• كيف يتم التحكم في الأطراف الاصطناعية العلوية من إشارات العضلات والأعصاب؟
• ما هي النتائج التي ارتبطت بالأطراف التي يتحكم بها المعالج الدقيق؟

Key concepts

• الركبة التي يتحكم بها المعالج الدقيق (MPK)
• التخميد المتغير مقابل التشغيل بالطاقة
• تحديد مرحلة المشي والتعثر
• التحكم الكهروميكانيكي (EMG)
• إعادة التعصيب العضلي الموجه
• التحكم القائم على الحالة النهائية والنية
• استقرار الوقوف والتحكم في التأرجح

Mechanisms

في الركبة التي يتحكم بها المعالج الدقيق، تتتبع المستشعرات زاوية الركبة والحمل عبر الطرف؛ ويحدد المعالج مرحلة المشي ويضبط باستمرار مقاومة المفصل — فيشد لدعم الوقوف ويخفف للسماح بالتأرجح — بحيث يتكيف الطرف مع سرعة المشي والتضاريس والتعثرات. تذهب الأطراف الاصطناعية المزودة بالطاقة إلى أبعد من ذلك بإضافة طاقة صافية عند المفصل، وتستخدم وحدات التحكم الخاصة بها مخططات تعتمد على الحالة النهائية أو النية، وهي متراكبة إلى حد كبير مثل الأجهزة النشطة الأخرى [tucker-2015]. تفكك الأطراف الاصطناعية الكهروميكانيكية للطرف العلوي النشاط الكهربائي من العضلات المتبقية لتشغيل محركات اليد والذراع؛ ويعيد التعصيب العضلي الموجه جراحيًا توجيه الأعصاب المبتورة إلى العضلات السليمة لإنشاء إشارات تحكم أكثر ثراءً وبديهية [kuiken-2009]، وقد تم فك تشفير إشارات نقل الأعصاب بالمثل للتحكم في ساق مزودة بالطاقة [hargrove-2013].

Clinical relevance

تُدرس الأطراف التي يتحكم بها المعالج الدقيق لتأثيراتها على الاستقرار والسقوط والمشي على تضاريس متنوعة وبديهية التحكم. أشار مراجعة منهجية للركب التي يتحكم بها المعالج الدقيق في حالات فقدان الأطراف فوق الركبة إلى ارتباطات مع مقاييس مثل خطر التعثر والسقوط وبعض نتائج المشي والنشاط [sawers-2013]. يلخص هذا المدخل كيفية عمل الأجهزة وما تم دراسته؛ وهو ليس أساسًا لوصف طرف اصطناعي معين، والذي يعتمد على التقييم الفردي والعديد من العوامل الخاصة بالشخص.

Evidence & guidelines

أقوى توليف هو مراجعة منهجية للركب التي يتحكم بها المعالج الدقيق، والتي وجدت ارتباطات مع انخفاض التعثرات والسقوط وبعض الفوائد الوظيفية مع الإشارة إلى عدم التجانس والقيود المنهجية في الدراسات الأساسية [sawers-2013]. يتم تلخيص طرق التحكم في المراجعات الهندسية [tucker-2015]، وتظل عروض التحكم العصبي دراسات صغيرة ومتخصصة [kuiken-2009][hargrove-2013]. تختلف معايير التغطية والوصف حسب النظام الصحي، لذا يجب الرجوع مباشرة إلى الإرشادات الحالية للممولين والعيادات.

History

دخل تنظيم المعالج الدقيق في الأطراف الاصطناعية في التسعينيات مع الركب المحوسبة التي غيرت التخميد الهيدروليكي أو المغناطيسي عبر دورة المشي. خلال العقدين الأولين من القرن الحادي والعشرين، ظهرت الكواحل والركب المزودة بالطاقة التي تضيف طاقة، إلى جانب التقدم في التحكم الكهروميكانيكي للطرف العلوي. أدى التعصيب العضلي الموجه إلى توسيع نطاق التحكم الكهروميكانيكي البديهي للأذرع متعددة الوظائف [kuiken-2009]، وتم تطبيق نفس أفكار فك تشفير الإشارات لاحقًا على التحكم في الطرف السفلي المزود بالطاقة [hargrove-2013].

Debates

هل تبرر الركب التي يتحكم بها المعالج الدقيق تكلفتها مقارنة بالركب غير المزودة بمعالج دقيق؟

تشير أدلة المراجعة المنهجية إلى فوائد مثل تقليل التعثرات والسقوط لبعض المستخدمين، ولكن جودة الدراسات مختلطة وتختلف الفوائد حسب مستوى النشاط، لذا تظل فعالية التكلفة والأهلية محل نقاش.

ما مدى موثوقية وبديهية التحكم العصبي والكهروميكانيكي؟

يعمل إعادة التعصيب الموجه وفك التشفير المتقدم على تحسين البديهية وعدد الأوامر المتاحة، ولكن المتانة عبر الظروف اليومية والحاجة إلى الجراحة والتدريب تبقي هذه الأساليب قيد البحث النشط.

Seminal works

• sawers-2013
• kuiken-2009
• hargrove-2013

Frequently asked questions

ما الذي يتحكم فيه المعالج الدقيق فعليًا في الركبة الاصطناعية؟

يقرأ المستشعرات لزاوية المفصل والحمل، ويستنتج مرحلة المشي، ويعدل باستمرار مقاومة الركبة بحيث يدعم الطرف المستخدم أثناء الوقوف ويتأرجح بحرية أثناء التأرجح، متكيفًا مع السرعة والمنحدرات والتعثرات.

ما الفرق بين الطرف الاصطناعي المزود بالطاقة والركبة التي يتحكم بها المعالج الدقيق؟

الركبة التي يتحكم بها المعالج الدقيق تعدل المقاومة بشكل أساسي — فهي تتحكم في كيفية استجابة المفصل — دون إضافة طاقة صافية. أما الطرف الاصطناعي المزود بالطاقة فيحتوي على محرك يضيف الطاقة بنشاط عند المفصل، على سبيل المثال للمساعدة في الوقوف أو التسلق.