माइक्रोप्रोसेसर-नियंत्रित प्रोस्थेटिक्स

माइक्रोप्रोसेसर-नियंत्रित प्रोस्थेटिक्स कृत्रिम अंग होते हैं जिनका व्यवहार एक ऑनबोर्ड कंप्यूटर द्वारा वास्तविक समय में विनियमित होता है। सेंसर लगातार भार, जोड़ के कोण और गति को मापते हैं; माइक्रोप्रोसेसर इस धारा को पढ़ता है और उपयोगकर्ता की गतिविधि के अनुरूप अंग के प्रतिरोध को समायोजित करता है, या, संचालित डिज़ाइनों में, इसके आउटपुट को समायोजित करता है। इस श्रेणी में माइक्रोप्रोसेसर-नियंत्रित घुटने शामिल हैं जो चाल चक्र के दौरान डंपिंग को बदलते हैं, संचालित टखनों और घुटनों के माध्यम से जो शुद्ध ऊर्जा जोड़ते हैं, उपयोगकर्ता की अपनी मांसपेशियों और नसों से संकेतों द्वारा नियंत्रित ऊपरी-अंग प्रणालियों तक।

Definition

एक माइक्रोप्रोसेसर-नियंत्रित प्रोस्थेसिस एक कृत्रिम अंग है जिसमें एक एम्बेडेड प्रोसेसर डिवाइस के प्रतिरोध या सक्रिय आउटपुट को संशोधित करने के लिए वास्तविक समय सेंसर डेटा का उपयोग करता है, जो उपयोगकर्ता की गति और गतिविधि के लिए जोड़ के व्यवहार को अनुकूलित करता है।

Scope

यह विषय कम्प्यूटरीकृत प्रोस्थेटिक अंगों—निचले अंग के लिए माइक्रोप्रोसेसर घुटने और टखने तथा ऊपरी अंग के लिए मायोइलेक्ट्रिक सिस्टम—के सिद्धांतों, उपकरण प्रकारों और नियंत्रण इनपुट, तथा उनसे संबंधित साक्ष्यों को शामिल करता है। इसमें पूरे शरीर के एक्सोस्केलेटन और ऑर्थोसिस शामिल नहीं हैं, जिन्हें आसन्न विषयों में शामिल किया गया है। यह संदर्भ-शैक्षणिक है और प्रोस्थेसिस के चयन, फिटिंग या वित्तपोषण पर सलाह नहीं देता है।

Core questions

• माइक्रोप्रोसेसर क्या नियंत्रित करता है, और किन सेंसर इनपुट पर?
• निष्क्रिय (डंपिंग-मॉड्यूलेटिंग) और संचालित (ऊर्जा-जोड़ने वाले) डिज़ाइन कैसे भिन्न होते हैं?
• मांसपेशियों और तंत्रिका संकेतों से ऊपरी-अंग प्रोस्थेसिस को कैसे नियंत्रित किया जाता है?
• माइक्रोप्रोसेसर-नियंत्रित अंगों से क्या परिणाम जुड़े हुए हैं?

Key concepts

• माइक्रोप्रोसेसर-नियंत्रित घुटना (MPK)
• परिवर्तनीय डंपिंग बनाम संचालित एक्चुएशन
• चाल-चरण और ठोकर का पता लगाना
• मायोइलेक्ट्रिक (EMG) नियंत्रण
• लक्षित मांसपेशी रीइनर्वेशन
• परिमित-अवस्था और इरादे-आधारित नियंत्रण
• खड़े होने की स्थिरता और स्विंग नियंत्रण

Mechanisms

एक माइक्रोप्रोसेसर-नियंत्रित घुटने में, सेंसर घुटने के कोण और अंग के माध्यम से भार को ट्रैक करते हैं; प्रोसेसर चाल चरण की पहचान करता है और लगातार जोड़ के प्रतिरोध को निर्धारित करता है—खड़े होने के लिए कठोर और स्विंग की अनुमति देने के लिए ढीला—ताकि अंग चलने की गति, इलाके और ठोकरों के अनुकूल हो सके। संचालित प्रोस्थेसिस जोड़ पर शुद्ध ऊर्जा जोड़कर आगे बढ़ते हैं, और उनके नियंत्रक अन्य सक्रिय उपकरणों [tucker-2015] की तरह परिमित-अवस्था या इरादे-आधारित योजनाओं का उपयोग करते हैं। ऊपरी-अंग मायोइलेक्ट्रिक प्रोस्थेसिस अवशिष्ट मांसपेशियों से विद्युत गतिविधि को डिकोड करते हैं ताकि हाथ और बांह के मोटर्स को चलाया जा सके; सर्जिकल लक्षित मांसपेशी रीइनर्वेशन विच्छेदित नसों को मांसपेशियों को बचाने के लिए पुनर्निर्देशित करता है ताकि समृद्ध, अधिक सहज नियंत्रण संकेत [kuiken-2009] बनाए जा सकें, और तंत्रिका-स्थानांतरण संकेतों को भी एक संचालित पैर को नियंत्रित करने के लिए डिकोड किया गया है [hargrove-2013]।

Clinical relevance

माइक्रोप्रोसेसर-नियंत्रित अंगों का अध्ययन उनकी स्थिरता, गिरने, विभिन्न इलाकों में चलने और नियंत्रण की सहजता पर उनके प्रभावों के लिए किया जाता है। ट्रांसफेमोरल अंग हानि में माइक्रोप्रोसेसर-नियंत्रित घुटनों की एक व्यवस्थित समीक्षा ने ठोकर और गिरने के जोखिम और कुछ चाल और गतिविधि परिणामों जैसे उपायों के साथ संबंधों की सूचना दी [sawers-2013]। यह प्रविष्टि बताती है कि उपकरण कैसे काम करते हैं और क्या अध्ययन किया गया है; यह एक विशिष्ट प्रोस्थेसिस को निर्धारित करने का आधार नहीं है, जो व्यक्तिगत मूल्यांकन और कई व्यक्ति-विशिष्ट कारकों पर निर्भर करता है।

Evidence & guidelines

सबसे मजबूत संश्लेषण माइक्रोप्रोसेसर-नियंत्रित घुटनों की एक व्यवस्थित समीक्षा है, जिसमें कम ठोकरों और गिरने और कुछ कार्यात्मक लाभों के साथ संबंध पाए गए, जबकि अंतर्निहित अध्ययनों में विषमता और कार्यप्रणाली सीमाओं को नोट किया गया [sawers-2013]। नियंत्रण विधियों को इंजीनियरिंग समीक्षाओं [tucker-2015] में संक्षेपित किया गया है, और तंत्रिका-नियंत्रण प्रदर्शन छोटे, विशेष अध्ययन [kuiken-2009][hargrove-2013] बने हुए हैं। कवरेज और प्रिस्क्रिप्शन मानदंड स्वास्थ्य प्रणाली के अनुसार भिन्न होते हैं, इसलिए वर्तमान भुगतानकर्ता और नैदानिक मार्गदर्शन से सीधे परामर्श किया जाना चाहिए।

History

माइक्रोप्रोसेसर विनियमन 1990 के दशक में प्रोस्थेटिक्स में कंप्यूटरयुक्त घुटनों के साथ आया, जिन्होंने चाल चक्र के दौरान हाइड्रोलिक या मैग्नेटोरियोलॉजिकल डंपिंग को बदल दिया। 2000 और 2010 के दशक के दौरान, ऊर्जा जोड़ने वाले संचालित टखने और घुटने उभरे, साथ ही मायोइलेक्ट्रिक ऊपरी-अंग नियंत्रण में प्रगति हुई। लक्षित मांसपेशी रीइनर्वेशन ने बहु-कार्य हथियारों के सहज मायोइलेक्ट्रिक नियंत्रण का विस्तार किया [kuiken-2009], और उन्हीं सिग्नल-डिकोडिंग विचारों को बाद में संचालित निचले-अंग नियंत्रण पर लागू किया गया [hargrove-2013]।

Debates

क्या माइक्रोप्रोसेसर-नियंत्रित घुटने गैर-माइक्रोप्रोसेसर घुटनों की तुलना में अपनी लागत को उचित ठहराते हैं?

व्यवस्थित समीक्षा साक्ष्य कुछ उपयोगकर्ताओं के लिए कम ठोकरें और गिरने जैसे लाभों का सुझाव देते हैं, लेकिन अध्ययन की गुणवत्ता मिश्रित है और लाभ गतिविधि स्तर के अनुसार भिन्न होते हैं, इसलिए लागत-प्रभावशीलता और पात्रता पर बहस जारी है।

तंत्रिका और मायोइलेक्ट्रिक नियंत्रण कितना विश्वसनीय और सहज है?

लक्षित रीइनर्वेशन और उन्नत डिकोडिंग सहजता और उपलब्ध आदेशों की संख्या में सुधार करते हैं, लेकिन दैनिक परिस्थितियों में मजबूती और सर्जरी और प्रशिक्षण की आवश्यकता इन दृष्टिकोणों को सक्रिय जांच के तहत रखती है।

Seminal works

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

Frequently asked questions

प्रोस्थेटिक घुटने में माइक्रोप्रोसेसर वास्तव में क्या नियंत्रित करता है?

यह जोड़ के कोण और भार के लिए सेंसर पढ़ता है, चलने के चरण का अनुमान लगाता है, और घुटने के प्रतिरोध को लगातार समायोजित करता है ताकि अंग खड़े होने के दौरान उपयोगकर्ता का समर्थन करे और स्विंग के दौरान स्वतंत्र रूप से घूमे, गति, ढलानों और ठोकरों के अनुकूल हो।

एक संचालित प्रोस्थेसिस और एक माइक्रोप्रोसेसर-नियंत्रित घुटने के बीच क्या अंतर है?

एक माइक्रोप्रोसेसर-नियंत्रित घुटना मुख्य रूप से प्रतिरोध को नियंत्रित करता है—यह नियंत्रित करता है कि जोड़ कैसे झुकता है—बिना शुद्ध ऊर्जा जोड़े। एक संचालित प्रोस्थेसिस में एक मोटर होता है जो जोड़ पर सक्रिय रूप से ऊर्जा जोड़ता है, उदाहरण के लिए खड़े होने या चढ़ने में सहायता करने के लिए।