مكونات وتصميم الأطراف الاصطناعية
مكونات وتصميم الأطراف الاصطناعية هو مجال الأطراف الاصطناعية والتقويمية الذي يهتم بالأجزاء الهندسية التي تشكل الطرف الاصطناعي والمبادئ التي تحكم كيفية اختيار هذه الأجزاء وتكوينها ومواءمتها لاستعادة الوظيفة. ويشمل ذلك الواجهة بين الطرف المتبقي والطرف الاصطناعي، والمكونات الهيكلية والمفصلية، والعناصر الطرفية التي تتفاعل مع الأرض أو مع الأشياء، مع التعامل مع الطرف الاصطناعي كنظام ميكانيكي يتناسب مع احتياجات الشخص.
Definition
تشير مكونات وتصميم الأطراف الاصطناعية إلى دراسة الأجزاء الهيكلية والمفصلية والواجهة والطرفية للأطراف الاصطناعية الخارجية والمبادئ الهندسية والميكانيكية الحيوية التي يتم من خلالها اختيارها ودمجها ومواءمتها لتعويض جزء مفقود من الطرف.
Scope
يوجه هذا المجال القارئ إلى الفئات الرئيسية لمكونات الأطراف الاصطناعية الخارجية: التجويف ونظام التعليق الذي يربط الجهاز بالطرف المتبقي، وأقدام ومفاصل الكاحل الاصطناعية، وآليات الركبة، وأيدي وأجهزة طرفية للطرف العلوي، بالإضافة إلى المفاضلات التصميمية (الوزن، الاستقرار، استعادة الطاقة، التحكم، المتانة) التي تميزها. وهو مرجع ونظرة عامة تعليمية حول المكونات ومنطق التصميم، وليس بروتوكول تركيب أو دليل وصفة طبية.
Sub-topics
Core questions
- ما هي المتطلبات الوظيفية التي يجب أن يلبيها كل مكون من مكونات الطرف الاصطناعي، وكيف توازن خيارات التصميم بين الاستقرار والتنقل والوزن وتكلفة الطاقة؟
- كيف تنقل واجهة التجويف-الطرف المتبقي الحمل وتعلق الجهاز؟
- كيف تختلف المفاصل السلبية والهيدروليكية والتي يتم التحكم فيها بواسطة المعالجات الدقيقة في السلوك الذي توفره؟
- كيف يتم التقاط إشارات تحكم المستخدم وترجمتها إلى عمل في أجهزة الطرف العلوي؟
Key concepts
- واجهة التجويف والتعليق
- المحاذاة الثابتة والديناميكية
- تخزين الطاقة واستعادتها
- استقرار مرحلة الوقوف مقابل حركة مرحلة التأرجح
- التحكم بالمعالج الدقيق
- التحكم بالطاقة الجسدية مقابل التحكم بالطاقة الخارجية
- مفاضلات وزن المكونات ومتانتها
Mechanisms
يتم تجميع الطرف الاصطناعي كسلسلة: يلتقط التجويف الطرف المتبقي ويخفف الحمل عنه، وتحافظ آلية التعليق على تثبيت الجهاز، وتنقل الأعمدة الهيكلية الحمل، وتشكل المفاصل المفصلية (الكاحل، الركبة، الرسغ) الحركة عبر دورة المشي أو المهمة، ويتفاعل المكون الطرفي (القدم أو اليد/الجهاز الطرفي) مع البيئة. يوازن التصميم بين الأهداف المتنافسة — قد تكون الركبة الأكثر استقرارًا في وضع الوقوف أصعب في الثني أثناء مرحلة التأرجح؛ وقد تكون القدم التي تخزن وتستعيد طاقة أكبر أثقل أو أقل استقرارًا. يحدد المحاذاة موضع المكونات بالنسبة لخط التحميل بحيث تنتج قوى رد فعل الأرض أو قوى الإمساك السلوك المفصلي المقصود. في أجهزة الطرف العلوي، تتضمن السلسلة بالإضافة إلى ذلك مصدر تحكم (قوة الجسم من خلال حزام، أو إشارات كهربية عضلية) يقوم المستخدم بتعديلها لتشغيل الجهاز الطرفي.
Clinical relevance
يؤثر اختيار المكونات وتصميمها على مدى كفاءة وسلامة قدرة الشخص على الوقوف أو المشي أو أداء المهام باستخدام الطرف الاصطناعي، ويدعم فهم الخيارات اتخاذ قرارات مستنيرة ومشتركة داخل فرق إعادة التأهيل. يصف هذا المجال مساحة التصميم والأدلة حول سلوك المكونات؛ ويصف الأجهزة للرجوع إليها وللأغراض التعليمية وليس أساسًا لوصفة طبية فردية أو قرارات تركيب.
Evidence & guidelines
تتفاوت الأدلة المقارنة حول مكونات الأطراف الاصطناعية عبر فئات المكونات. وقد فحصت المراجعات المنهجية آليات الكاحل والقدم الاصطناعية والركب التي يتم التحكم فيها بواسطة المعالجات الدقيقة، بينما قيمت الدراسات الخاضعة للرقابة استراتيجيات التحكم الكهرو عضلي. يتكون جزء كبير من قاعدة الأدلة من دراسات ميكانيكية حيوية صغيرة ودراسات متقاطعة، وتلاحظ المراجعات مرارًا وتكرارًا عدم التجانس في النتائج والسكان.
History
تطورت الأطراف الاصطناعية الخارجية من الأجهزة الخشبية والجلدية الصلبة نحو أنظمة هيكلية داخلية معيارية ذات مكونات قابلة للتبديل في القرن العشرين. قدمت العقود اللاحقة أقدامًا تخزن الطاقة، وركبًا هيدروليكية ثم ركبًا يتم التحكم فيها بواسطة المعالجات الدقيقة، وأيديًا كهربية عضلية ذات قدرة متزايدة، مما حول التصميم من الاستبدال الهيكلي البحت نحو مكونات تشكل الحركة بنشاط وتستجيب للمستخدم والبيئة.
Debates
- ما مقدار الوظيفة الإضافية التي تبرر استخدام مكونات أكثر تعقيدًا وتكلفة؟
- توفر المكونات المتقدمة مثل ركب المعالجات الدقيقة والأيدي متعددة المفاصل فوائد وظيفية قابلة للقياس لدى بعض المستخدمين، لكن المراجعات تشير إلى أحجام تأثير متغيرة ومسائل تتعلق بالتكلفة والوزن والموثوقية، لذا فإن مطابقة تعقيد المكونات مع الاحتياجات الفردية لا تزال محل نقاش.
Related topics
Seminal works
- hofstad-2004
- kuiken-2009
- hahn-2021
Frequently asked questions
- ما هي المكونات الرئيسية للطرف الاصطناعي؟
- يتضمن الطرف الاصطناعي النموذجي تجويفًا ونظام تعليق يربطه بالطرف المتبقي، وأعمدة هيكلية، ومفاصل مفصلية مثل الكاحل أو الركبة، ومكونًا طرفيًا — قدمًا لأجهزة الطرف السفلي أو يدًا أو جهازًا طرفيًا لأجهزة الطرف العلوي.
- ما الفرق بين المكونات السلبية والمكونات التي يتم التحكم فيها بواسطة المعالجات الدقيقة؟
- تستجيب المكونات السلبية ميكانيكيًا للحمل بخصائص ثابتة، بينما تستخدم المكونات التي يتم التحكم فيها بواسطة المعالجات الدقيقة أجهزة استشعار ووحدة تحكم لضبط المقاومة أو السلوك في الوقت الفعلي عبر مراحل مختلفة من الحركة.