Prostetik yang Dikendalikan Mikroprosesor

Prostetik yang dikendalikan mikroprosesor adalah anggota tubuh buatan yang perilakunya diatur secara waktu nyata oleh komputer terpasang. Sensor terus-menerus mengukur beban, sudut sendi, dan gerakan; mikroprosesor membaca aliran data ini dan menyesuaikan resistansi anggota tubuh atau, dalam desain bertenaga, keluarannya agar sesuai dengan aktivitas pengguna. Kategori ini berkisar dari lutut yang dikendalikan mikroprosesor yang memvariasikan redaman sepanjang siklus gaya berjalan, melalui pergelangan kaki dan lutut bertenaga yang menambahkan energi bersih, hingga sistem anggota tubuh bagian atas yang dikendalikan oleh sinyal dari otot dan saraf pengguna sendiri.

Definition

Prostesis yang dikendalikan mikroprosesor adalah anggota tubuh buatan di mana prosesor tertanam menggunakan data sensor waktu nyata untuk memodulasi resistansi perangkat atau keluaran aktuasi, menyesuaikan perilaku sendi dengan gerakan dan aktivitas pengguna.

Scope

Topik ini mencakup prinsip-prinsip, jenis perangkat, dan masukan kontrol anggota tubuh prostetik terkomputerisasi—lutut dan pergelangan kaki mikroprosesor untuk anggota tubuh bagian bawah dan sistem mioelektrik untuk anggota tubuh bagian atas—serta bukti-bukti terkait. Ini tidak mencakup eksoskeleton seluruh tubuh dan ortosis, yang dibahas dalam topik-topi terkait. Ini bersifat referensi-edukasi dan tidak memberikan saran tentang pemilihan, pemasangan, atau pendanaan prostesis.

Core questions

• Apa yang dikendalikan mikroprosesor, dan berdasarkan masukan sensor apa?
• Bagaimana perbedaan desain pasif (modulasi redaman) dan bertenaga (penambah energi)?
• Bagaimana prostesis anggota tubuh bagian atas diperintahkan dari sinyal otot dan saraf?
• Hasil apa yang telah dikaitkan dengan anggota tubuh yang dikendalikan mikroprosesor?

Key concepts

• Lutut yang dikendalikan mikroprosesor (MPK)
• Redaman variabel versus aktuasi bertenaga
• Deteksi fase gaya berjalan dan tersandung
• Kontrol mioelektrik (EMG)
• Reinervasi otot bertarget
• Kontrol berbasis keadaan terbatas dan berbasis niat
• Stabilitas berdiri dan kontrol ayun

Mechanisms

Pada lutut yang dikendalikan mikroprosesor, sensor melacak sudut lutut dan beban melalui anggota tubuh; prosesor mengidentifikasi fase gaya berjalan dan terus-menerus mengatur resistansi sendi—mengeras untuk menopang fase berdiri dan melonggar untuk memungkinkan fase ayun—sehingga anggota tubuh beradaptasi dengan kecepatan berjalan, medan, dan tersandung. Prostesis bertenaga melangkah lebih jauh dengan menambahkan energi bersih pada sendi, dan pengontrolnya menggunakan skema berbasis keadaan terbatas atau berbasis niat yang berlapis seperti perangkat aktif lainnya [tucker-2015]. Prostesis mioelektrik anggota tubuh bagian atas menguraikan aktivitas listrik dari otot sisa untuk menggerakkan motor tangan dan lengan; reinervasi otot bertarget bedah mengalihkan saraf yang diamputasi ke otot yang tersisa untuk menciptakan sinyal kontrol yang lebih kaya dan lebih intuitif [kuiken-2009], dan sinyal transfer saraf juga telah diuraikan untuk mengendalikan kaki bertenaga [hargrove-2013].

Clinical relevance

Anggota tubuh yang dikendalikan mikroprosesor dipelajari untuk mengetahui efeknya pada stabilitas, jatuh, berjalan di medan yang bervariasi, dan intuitivitas kontrol. Tinjauan sistematis lutut yang dikendalikan mikroprosesor pada kehilangan anggota tubuh transfemoral melaporkan hubungan dengan ukuran seperti risiko tersandung dan jatuh serta hasil gaya berjalan dan aktivitas tertentu [sawers-2013]. Entri ini merangkum cara kerja perangkat dan apa yang telah dipelajari; ini bukan dasar untuk meresepkan prostesis tertentu, yang bergantung pada penilaian individu dan banyak faktor spesifik orang.

Evidence & guidelines

Sintesis terkuat adalah tinjauan sistematis lutut yang dikendalikan mikroprosesor, yang menemukan hubungan dengan berkurangnya tersandung dan jatuh serta beberapa manfaat fungsional sambil mencatat heterogenitas dan batasan metodologis dalam studi-studi yang mendasarinya [sawers-2013]. Metode kontrol dirangkum dalam tinjauan teknik [tucker-2015], dan demonstrasi kontrol saraf tetap merupakan studi kecil dan khusus [kuiken-2009][hargrove-2013]. Kriteria cakupan dan resep berbeda menurut sistem kesehatan, sehingga panduan pembayar dan klinis saat ini harus dikonsultasikan secara langsung.

History

Regulasi mikroprosesor masuk ke prostetik pada tahun 1990-an dengan lutut terkomputerisasi yang memvariasikan redaman hidrolik atau magnetoreologi sepanjang siklus gaya berjalan. Sepanjang tahun 2000-an dan 2010-an, pergelangan kaki dan lutut bertenaga yang menambahkan energi muncul, bersamaan dengan kemajuan dalam kontrol anggota tubuh bagian atas mioelektrik. Reinervasi otot bertarget memperluas kontrol mioelektrik intuitif dari lengan multifungsi [kuiken-2009], dan ide-ide penguraian sinyal yang sama kemudian diterapkan pada kontrol anggota tubuh bagian bawah bertenaga [hargrove-2013].

Debates

Apakah lutut yang dikendalikan mikroprosesor membenarkan biayanya dibandingkan lutut non-mikroprosesor?

Bukti tinjauan sistematis menunjukkan manfaat seperti berkurangnya tersandung dan jatuh untuk beberapa pengguna, tetapi kualitas studi bervariasi dan manfaat bervariasi berdasarkan tingkat aktivitas, sehingga efektivitas biaya dan kelayakan tetap diperdebatkan.

Seberapa andal dan intuitif kontrol saraf dan mioelektrik?

Reinervasi bertarget dan penguraian canggih meningkatkan intuitivitas dan jumlah perintah yang tersedia, tetapi ketahanan di seluruh kondisi harian serta kebutuhan akan operasi dan pelatihan membuat pendekatan ini tetap dalam penyelidikan aktif.

Seminal works

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

Frequently asked questions

Apa yang sebenarnya dikendalikan mikroprosesor pada lutut prostetik?

Ini membaca sensor untuk sudut sendi dan beban, menyimpulkan fase berjalan, dan terus-menerus menyesuaikan resistansi lutut sehingga anggota tubuh menopang pengguna selama fase berdiri dan berayun bebas selama fase ayun, beradaptasi dengan kecepatan, kemiringan, dan tersandung.

Apa perbedaan antara prostesis bertenaga dan lutut yang dikendalikan mikroprosesor?

Lutut yang dikendalikan mikroprosesor terutama memodulasi resistansi—ini mengontrol bagaimana sendi menghasilkan—tanpa menambahkan energi bersih. Prostesis bertenaga mengandung motor yang secara aktif menambahkan energi pada sendi, misalnya untuk membantu berdiri atau memanjat.