Próteses Controladas por Microprocessador

Próteses controladas por microprocessador são membros artificiais cujo comportamento é regulado em tempo real por um computador embarcado. Sensores medem continuamente a carga, o ângulo da articulação e o movimento; o microprocessador lê este fluxo de dados e ajusta a resistência do membro ou, em projetos motorizados, a sua saída para se adequar à atividade do utilizador. A categoria abrange desde joelhos controlados por microprocessador que variam o amortecimento ao longo do ciclo da marcha, passando por tornozelos e joelhos motorizados que adicionam energia líquida, até sistemas de membros superiores controlados por sinais dos próprios músculos e nervos do utilizador.

Definition

Uma prótese controlada por microprocessador é um membro artificial no qual um processador incorporado utiliza dados de sensores em tempo real para modular a resistência ou a saída atuada do dispositivo, adaptando o comportamento da articulação ao movimento e atividade do utilizador.

Scope

O tópico abrange os princípios, tipos de dispositivos e entradas de controlo de membros protéticos computadorizados — joelhos e tornozelos com microprocessador para o membro inferior e sistemas mioelétricos para o membro superior — e as evidências a eles associadas. Exclui exoesqueletos de corpo inteiro e ortóteses, abordados em tópicos adjacentes. É de natureza educacional-referencial e não aconselha sobre a seleção, adaptação ou financiamento de uma prótese.

Core questions

• O que o microprocessador controla e com base em que entradas de sensores?
• Como diferem os designs passivos (moduladores de amortecimento) e motorizados (adicionadores de energia)?
• Como as próteses de membro superior são comandadas a partir de sinais musculares e nervosos?
• Que resultados foram associados a membros controlados por microprocessador?

Key concepts

• Joelhos controlados por microprocessador (MPK)
• Amortecimento variável versus atuação motorizada
• Deteção da fase da marcha e de tropeços
• Controlo mioelétrico (EMG)
• Reinervação muscular direcionada
• Controlo de estados finitos e baseado na intenção
• Estabilidade na fase de apoio e controlo na fase de balanço

Mechanisms

Num joelho controlado por microprocessador, os sensores monitorizam o ângulo do joelho e a carga através do membro; o processador identifica a fase da marcha e ajusta continuamente a resistência da articulação — enrijecendo para suportar a fase de apoio e relaxando para permitir a fase de balanço — de modo que o membro se adapta à velocidade da marcha, ao terreno e a tropeços. As próteses motorizadas vão mais longe ao adicionar energia líquida na articulação, e os seus controladores utilizam esquemas de estados finitos ou baseados na intenção, estruturados de forma semelhante a outros dispositivos ativos [tucker-2015]. As próteses mioelétricas de membro superior decodificam a atividade elétrica dos músculos residuais para acionar motores da mão e do braço; a reinervação muscular direcionada cirúrgica redireciona nervos amputados para músculos poupados, a fim de criar sinais de controlo mais ricos e intuitivos [kuiken-2009], e sinais de transferência nervosa foram igualmente decodificados para controlar uma perna motorizada [hargrove-2013].

Clinical relevance

Membros controlados por microprocessador são estudados pelos seus efeitos na estabilidade, quedas, caminhada em terrenos variados e na intuitividade do controlo. Uma revisão sistemática de joelhos controlados por microprocessador em amputações transfemurais relatou associações com medidas como risco de tropeços e quedas e certos resultados de marcha e atividade [sawers-2013]. Esta entrada resume como os dispositivos funcionam e o que foi estudado; não é uma base para prescrever uma prótese específica, o que depende de avaliação individual e de muitos fatores específicos da pessoa.

Evidence & guidelines

A síntese mais robusta é uma revisão sistemática de joelhos controlados por microprocessador, que encontrou associações com a redução de tropeços e quedas e alguns benefícios funcionais, embora notando heterogeneidade e limites metodológicos nos estudos subjacentes [sawers-2013]. Os métodos de controlo são resumidos em revisões de engenharia [tucker-2015], e as demonstrações de controlo neural permanecem estudos pequenos e especializados [kuiken-2009][hargrove-2013]. A cobertura e os critérios de prescrição diferem por sistema de saúde, portanto, a orientação atual do pagador e clínica deve ser consultada diretamente.

History

A regulação por microprocessador entrou na protética na década de 1990 com joelhos computadorizados que variavam o amortecimento hidráulico ou magnetorreológico ao longo do ciclo da marcha. Ao longo das décadas de 2000 e 2010, surgiram tornozelos e joelhos motorizados que adicionam energia, juntamente com avanços no controlo mioelétrico de membros superiores. A reinervação muscular direcionada estendeu o controlo mioelétrico intuitivo de braços multifuncionais [kuiken-2009], e as mesmas ideias de decodificação de sinais foram posteriormente aplicadas ao controlo motorizado de membros inferiores [hargrove-2013].

Debates

Os joelhos controlados por microprocessador justificam o seu custo em relação aos joelhos não controlados por microprocessador?

Evidências de revisão sistemática sugerem benefícios como menos tropeços e quedas para alguns utilizadores, mas a qualidade dos estudos é mista e os benefícios variam com o nível de atividade, de modo que a relação custo-eficácia e a elegibilidade permanecem em debate.

Quão fiável e intuitivo é o controlo neural e mioelétrico?

A reinervação direcionada e a decodificação avançada melhoram a intuitividade e o número de comandos disponíveis, mas a robustez em condições diárias e a necessidade de cirurgia e treino mantêm estas abordagens sob investigação ativa.

Seminal works

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

Frequently asked questions

O que o microprocessador realmente controla num joelho protético?

Ele lê sensores para o ângulo da articulação e a carga, infere a fase da caminhada e ajusta continuamente a resistência do joelho para que o membro suporte o utilizador durante a fase de apoio e balance livremente durante a fase de balanço, adaptando-se à velocidade, inclinações e tropeços.

Qual é a diferença entre uma prótese motorizada e um joelho controlado por microprocessador?

Um joelho controlado por microprocessador modula principalmente a resistência — ele controla como a articulação cede — sem adicionar energia líquida. Uma prótese motorizada contém um motor que adiciona ativamente energia na articulação, por exemplo, para auxiliar a levantar-se ou subir.