أجهزة تقويم العظام والهياكل الخارجية المزودة بالطاقة

أجهزة تقويم العظام والهياكل الخارجية المزودة بالطاقة هي أجهزة روبوتية يمكن ارتداؤها تضيف تشغيلاً خارجيًا واستشعارًا وتحكمًا إلى الأطراف البشرية بهدف مساعدة الحركة أو تعزيزها أو استعادتها. على عكس الدعامات السلبية، التي تقتصر وظيفتها على تقييد الحركة أو إعادة توجيهها، تساهم هذه الأنظمة بالطاقة من خلال محركات أو مشغلات أخرى وتكيف سلوكها مع مرتديها باستخدام مستشعرات مدمجة وبرامج تحكم. يغطي هذا المجال أجهزة المساعدة على المشي للأشخاص الذين يعانون من إصابات الحبل الشوكي أو السكتة الدماغية، والأطراف الاصطناعية التي يتم التحكم فيها بواسطة المعالجات الدقيقة، والواجهات العصبية التي تربط هذه الأجهزة بالجهاز العصبي.

Definition

أجهزة تقويم العظام والهياكل الخارجية المزودة بالطاقة هي أنظمة ميكاترونية يمكن ارتداؤها – تتألف من مشغلات ومستشعرات وبنية تحكم – تعمل بالتوازي مع جزء من الجسم أو بدلاً منه لتوفير عزم دوران أو طاقة مساعدة، بهدف دعم الحركة أو التلاعب أو إعادة التأهيل.

Scope

يوجه هذا المجال القارئ إلى فئات الأجهزة ومبادئ العمل والأهداف السريرية التي تميز أجهزة تقويم العظام والأطراف الاصطناعية النشطة (المزودة بالطاقة) عن الأجهزة السلبية التقليدية. وهو يجمع أربعة مواضيع: تصنيف ومبادئ هندسة الهياكل الخارجية المزودة بالطاقة؛ الهياكل الخارجية النشطة للأطراف السفلية المستخدمة للحركة وإعادة تأهيل المشي؛ الأطراف الاصطناعية التي يتم التحكم فيها بواسطة المعالجات الدقيقة؛ والواجهات العصبية والتغذية الراجعة الحسية. هذه نظرة عامة مرجعية تعليمية، وليست دليلاً للشراء أو الوصف أو التدريب.

Sub-topics

• الهياكل الخارجية النشطة للأطراف السفلية من أجل الحركة
• الأطراف الاصطناعية التي يتحكم بها المعالج الدقيق
• الوصلات العصبية والتغذية الراجعة الحسية
• تصنيف الهياكل الخارجية الآلية ومبادئ عملها

Core questions

• ما الذي يميز الجهاز المزود بالطاقة (النشط) عن جهاز تقويم العظام السلبي أو الطرف الاصطناعي التقليدي؟
• كيف تسمح استراتيجيات الاستشعار والتحكم للجهاز بالتكيف مع نية مرتدي الجهاز ومرحلة المشي؟
• لأي الفئات السكانية السريرية والأهداف تمت دراسة المساعدة المزودة بالطاقة؟
• كيف تنقل الواجهات – الميكانيكية، الكهروميكانيكية، والعصبية – النية والتغذية الراجعة بين المستخدم والجهاز؟

Key concepts

• الأجهزة النشطة مقابل الأجهزة السلبية
• التشغيل ومصدر الطاقة
• الاستشعار واكتشاف النية
• التحكم الهرمي (مستوى عالٍ/متوسط/منخفض)
• التكيف البشري في الحلقة المغلقة
• التحكم في مرحلة المشي والحالة المحدودة
• الواجهات ثنائية الاتجاه (الأمر والتغذية الراجعة)

Mechanisms

يُنشئ الجهاز المزود بالطاقة حلقة مغلقة بين مرتدي الجهاز والنظام الميكاتروني. تقوم المستشعرات (المشفرات، مستشعرات القوة أو الضغط، الوحدات القصورية، والأقطاب الكهربائية الحيوية) بتقدير حالة مرتدي الجهاز ونيته؛ وتُترجم التسلسل الهرمي للتحكم هذا التقدير إلى أوامر للمشغلات؛ وتوفر المشغلات عزم الدوران أو الطاقة عند مفصل واحد أو أكثر. تصف مراجعات المجال هذا الترتيب على أنه التعرف على النية عالية المستوى، والتحكم في الحالة والمسار متوسط المستوى، والتحكم في المشغل منخفض المستوى [tucker-2015]. عادةً ما تُنظم أنظمة الأطراف السفلية حول مرحلة المشي، مع تبديل المساعدة لتتناسب مع مرحلتي الوقوف والتأرجح [yan-2015]. تقوم الأنظمة الاصطناعية بفك تشفير نشاط العضلات أو الأعصاب المتبقية – والذي يُضخم أحيانًا عن طريق نقل الأعصاب الجراحي – للتحكم في الجهاز [hargrove-2013].

Clinical relevance

تُدرس أجهزة تقويم العظام والهياكل الخارجية المزودة بالطاقة كأدوات لدعم الوقوف والمشي والوصول والإمساك للأشخاص الذين يعانون من حالات عصبية أو فقدان الأطراف، وكمنصات لإعادة التأهيل المكثف للمهام. تصف التقارير استخدامها في إصابات الحبل الشوكي وبعد السكتة الدماغية [esquenazi-2012]. يصف هذا المدخل كيفية تصنيف التكنولوجيا وكيفية توليد الأدلة؛ وهو ليس أساسًا لاختيار أو تركيب أو وصف جهاز لفرد، الأمر الذي يتطلب تقييمًا سريريًا متخصصًا.

Evidence & guidelines

تسيطر على قاعدة الأدلة مراجعات هندسية ودراسات جدوى الأجهزة ومجموعات صغيرة بدلاً من التجارب العشوائية الكبيرة. تلخص المراجعات السردية استراتيجيات التحكم والأساليب المساعدة عبر أجهزة تقويم العظام والهياكل الخارجية المزودة بالطاقة والأطراف الاصطناعية النشطة [tucker-2015][yan-2015]، بينما توثق التقارير السريرية المبكرة نتائج المشي باستخدام هياكل خارجية محددة للأطراف السفلية [esquenazi-2012]. يجب على القراء التعامل بحذر مع الادعاءات الفردية للأجهزة والرجوع إلى المراجعات المنهجية الحالية والمعلومات التنظيمية لأي منتج معين.

History

تطورت المساعدة المزودة بالطاقة من الدعامات السلبية والأطراف الاصطناعية التي تعمل بقوة الجسم نحو الأنظمة الميكاترونية مع نضوج المشغلات المحمولة والبطاريات ووحدات التحكم الدقيقة والاستشعار الحيوي الكهربائي. استهدفت الهياكل الخارجية المزودة بالطاقة المبكرة حمل الأحمال وإعادة التأهيل؛ وتسارعت الترجمة السريرية في العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين مع الهياكل الخارجية للمشي القابلة للارتداء لإصابات الحبل الشوكي [esquenazi-2012] ومع الأطراف الاصطناعية التي تفك تشفير الإشارات العصبية والعضلية للتحكم [hargrove-2013].

Debates

ما مقدار الفائدة الوظيفية التي تضيفها الأجهزة المزودة بالطاقة مقارنة بالبدائل السلبية؟

تشير المراجعات إلى أن التشغيل الإضافي والوزن والتكلفة والتعقيد يجب أن تبررها مكاسب قابلة للقياس في الوظيفة أو نتائج إعادة التأهيل، وأن الأدلة المقارنة الدقيقة لا تزال محدودة للعديد من الأجهزة.

Seminal works

• yan-2015
• tucker-2015
• esquenazi-2012

Frequently asked questions

كيف يختلف الهيكل الخارجي عن جهاز تقويم العظام التقليدي؟

جهاز تقويم العظام التقليدي سلبي – فهو يقيد الحركة أو يدعمها أو يعيد توجيهها ولكنه لا يضيف أي طاقة. يحتوي الهيكل الخارجي المزود بالطاقة على مشغلات توفر عزم الدوران أو الطاقة ونظام تحكم يتكيف مع مرتدي الجهاز، بحيث يمكنه المساعدة بنشاط أو دفع الحركة.

هل هذه الأجهزة بديل للعلاج التأهيلي؟

لا. تُدرس هذه الأجهزة كأدوات تُستخدم ضمن إعادة التأهيل أو كأجهزة مساعدة، وليست علاجات قائمة بذاتها. اختيارها واستخدامها هي قرارات سريرية يتخذها متخصصون مؤهلون، وهذا المدخل هو مادة مرجعية تعليمية فقط.