ออร์โธซิสและโครงกระดูกภายนอกแบบมีกำลังขับเคลื่อน
ออร์โธซิสและโครงกระดูกภายนอกแบบมีกำลังขับเคลื่อนเป็นอุปกรณ์หุ่นยนต์สวมใส่ได้ที่เพิ่มการกระตุ้นภายนอก การรับรู้ และการควบคุมเข้ากับแขนขาของมนุษย์ เพื่อช่วยเสริม หรือฟื้นฟูการเคลื่อนไหว แตกต่างจากอุปกรณ์พยุงแบบพาสซีฟที่จำกัดหรือเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนไหวเท่านั้น ระบบเหล่านี้ให้พลังงานผ่านมอเตอร์หรือตัวกระตุ้นอื่นๆ และปรับพฤติกรรมให้เข้ากับผู้สวมใส่โดยใช้เซ็นเซอร์ออนบอร์ดและซอฟต์แวร์ควบคุม ขอบเขตนี้ครอบคลุมถึงอุปกรณ์ช่วยเดินสำหรับผู้ป่วยที่มีการบาดเจ็บที่ไขสันหลังหรือโรคหลอดเลือดสมอง แขนขาเทียมที่ควบคุมด้วยไมโครโปรเซสเซอร์ และส่วนต่อประสานระบบประสาทที่เชื่อมต่ออุปกรณ์ดังกล่าวเข้ากับระบบประสาท
Definition
ออร์โธซิสและโครงกระดูกภายนอกแบบมีกำลังขับเคลื่อนเป็นระบบเมคคาทรอนิกส์แบบสวมใส่ได้ ซึ่งประกอบด้วยตัวกระตุ้น เซ็นเซอร์ และสถาปัตยกรรมการควบคุม ที่ทำงานควบคู่ไปกับหรือแทนส่วนของร่างกายเพื่อส่งแรงบิดหรือกำลังช่วย โดยมีเป้าหมายเพื่อสนับสนุนการเคลื่อนที่ การจัดการ หรือการฟื้นฟูสมรรถภาพ
Scope
ขอบเขตนี้จะแนะนำผู้อ่านเกี่ยวกับประเภทของอุปกรณ์ หลักการทำงาน และวัตถุประสงค์ทางคลินิกที่ทำให้ออร์โธติกส์และอวัยวะเทียมแบบแอคทีฟ (มีกำลังขับเคลื่อน) แตกต่างจากอุปกรณ์พาสซีฟทั่วไป โดยแบ่งออกเป็นสี่หัวข้อ: การจำแนกประเภทและหลักการทางวิศวกรรมของโครงกระดูกภายนอกแบบมีกำลังขับเคลื่อน; โครงกระดูกภายนอกส่วนขาที่ใช้สำหรับการเคลื่อนที่และการฟื้นฟูการเดิน; อวัยวะเทียมที่ควบคุมด้วยไมโครโปรเซสเซอร์; และส่วนต่อประสานระบบประสาทและการตอบสนองทางประสาทสัมผัส นี่คือภาพรวมเพื่อการอ้างอิงและให้ความรู้ ไม่ใช่คู่มือการจัดซื้อ การสั่งจ่ายยา หรือการฝึกอบรม
Sub-topics
Core questions
- อะไรคือสิ่งที่ทำให้อุปกรณ์ขับเคลื่อน (แอคทีฟ) แตกต่างจากออร์โธซิสแบบพาสซีฟหรืออวัยวะเทียมทั่วไป?
- กลยุทธ์การรับรู้และการควบคุมช่วยให้อุปกรณ์ปรับตัวเข้ากับความตั้งใจและระยะการเดินของผู้สวมใส่ได้อย่างไร?
- มีการศึกษาการช่วยเหลือด้วยกำลังขับเคลื่อนสำหรับประชากรทางคลินิกและเป้าหมายใดบ้าง?
- ส่วนต่อประสาน—เชิงกล, ไมโออิเล็กทริก, และระบบประสาท—ส่งผ่านความตั้งใจและการตอบสนองระหว่างผู้ใช้และอุปกรณ์ได้อย่างไร?
Key concepts
- อุปกรณ์แอคทีฟเทียบกับอุปกรณ์พาสซีฟ
- การกระตุ้นและแหล่งพลังงาน
- การรับรู้และการตรวจจับความตั้งใจ
- การควบคุมแบบลำดับชั้น (ระดับสูง/กลาง/ต่ำ)
- การปรับตัวแบบ Human-in-the-loop
- การควบคุมตามระยะการเดินและสถานะจำกัด
- ส่วนต่อประสานแบบสองทิศทาง (คำสั่งและการตอบสนอง)
Mechanisms
อุปกรณ์ขับเคลื่อนจะสร้างวงจรปิดระหว่างผู้สวมใส่และระบบเมคคาทรอนิกส์ เซ็นเซอร์ (ตัวเข้ารหัส, เซ็นเซอร์แรงหรือความดัน, หน่วยเฉื่อย, และอิเล็กโทรดชีวไฟฟ้า) จะประเมินสถานะและความตั้งใจของผู้สวมใส่; ลำดับชั้นการควบคุมจะแปลการประเมินนั้นเป็นคำสั่งของตัวกระตุ้น; และตัวกระตุ้นจะส่งแรงบิดหรือกำลังที่ข้อต่อหนึ่งข้อหรือมากกว่านั้น การทบทวนวรรณกรรมในสาขานี้อธิบายการจัดชั้นนี้ว่าเป็นการรับรู้ความตั้งใจระดับสูง การควบคุมสถานะและวิถีการเคลื่อนที่ระดับกลาง และการควบคุมตัวกระตุ้นระดับต่ำ [tucker-2015] ระบบส่วนขาล่างมักจะจัดระเบียบตามระยะการเดิน โดยเปลี่ยนการช่วยเหลือให้เข้ากับระยะยืนและระยะแกว่ง [yan-2015] ระบบอวัยวะเทียมจะถอดรหัสกิจกรรมของกล้ามเนื้อหรือเส้นประสาทที่เหลืออยู่—บางครั้งเสริมด้วยการถ่ายโอนเส้นประสาทจากการผ่าตัด—เพื่อสั่งการอุปกรณ์ [hargrove-2013]
Clinical relevance
ออร์โธซิสและโครงกระดูกภายนอกแบบมีกำลังขับเคลื่อนได้รับการศึกษาในฐานะเครื่องมือเพื่อสนับสนุนการยืน การเดิน การเอื้อม และการจับสำหรับผู้ที่มีภาวะทางระบบประสาทหรือการสูญเสียแขนขา และเป็นแพลตฟอร์มสำหรับการฟื้นฟูสมรรถภาพที่เน้นงาน รายงานอธิบายการใช้งานในผู้ป่วยบาดเจ็บไขสันหลังและหลังโรคหลอดเลือดสมอง [esquenazi-2012] ข้อมูลนี้อธิบายวิธีการจัดหมวดหมู่เทคโนโลยีและวิธีการสร้างหลักฐาน; ไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการเลือก การปรับ หรือการสั่งจ่ายอุปกรณ์สำหรับบุคคล ซึ่งต้องอาศัยการประเมินทางคลินิกโดยผู้เชี่ยวชาญ
Evidence & guidelines
ฐานข้อมูลหลักฐานส่วนใหญ่มาจากการทบทวนทางวิศวกรรม การศึกษาความเป็นไปได้ของอุปกรณ์ และกลุ่มผู้ป่วยขนาดเล็ก มากกว่าการทดลองแบบสุ่มขนาดใหญ่ การทบทวนวรรณกรรมแบบบรรยายสรุปกลยุทธ์การควบคุมและแนวทางการช่วยเหลือในออร์โธซิส โครงกระดูกภายนอก และอวัยวะเทียมแบบแอคทีฟ [tucker-2015][yan-2015] ในขณะที่รายงานทางคลินิกเบื้องต้นบันทึกผลลัพธ์การเดินด้วยโครงกระดูกภายนอกส่วนขาล่างเฉพาะ [esquenazi-2012] ผู้อ่านควรพิจารณาข้อเรียกร้องของอุปกรณ์แต่ละชนิดอย่างระมัดระวัง และปรึกษาการทบทวนอย่างเป็นระบบล่าสุดและข้อมูลกฎระเบียบสำหรับผลิตภัณฑ์เฉพาะใดๆ
History
การช่วยเหลือด้วยกำลังขับเคลื่อนพัฒนาจากอุปกรณ์พยุงแบบพาสซีฟและอวัยวะเทียมที่ขับเคลื่อนด้วยร่างกายไปสู่ระบบเมคคาทรอนิกส์ เมื่อตัวกระตุ้นแบบพกพา แบตเตอรี่ ไมโครคอนโทรลเลอร์ และการตรวจจับทางชีวไฟฟ้าพัฒนาขึ้น โครงกระดูกภายนอกแบบมีกำลังขับเคลื่อนในยุคแรกมุ่งเป้าไปที่การแบกรับน้ำหนักและการฟื้นฟูสมรรถภาพ การนำไปใช้ทางคลินิกเร่งตัวขึ้นในช่วงทศวรรษ 2010 ด้วยโครงกระดูกภายนอกสำหรับการเดินแบบสวมใส่ได้สำหรับผู้ป่วยบาดเจ็บไขสันหลัง [esquenazi-2012] และด้วยแขนขาเทียมที่ถอดรหัสสัญญาณประสาทและกล้ามเนื้อเพื่อการควบคุม [hargrove-2013]
Debates
- อุปกรณ์ขับเคลื่อนให้ประโยชน์เชิงหน้าที่เพิ่มขึ้นมากน้อยเพียงใดเมื่อเทียบกับทางเลือกแบบพาสซีฟ?
- การทบทวนวรรณกรรมระบุว่าการกระตุ้น น้ำหนัก ต้นทุน และความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นจะต้องได้รับการพิสูจน์ด้วยการเพิ่มขึ้นที่วัดได้ในหน้าที่การทำงานหรือผลลัพธ์การฟื้นฟูสมรรถภาพ และหลักฐานเปรียบเทียบที่เข้มงวดยังคงมีจำกัดสำหรับอุปกรณ์หลายชนิด
Related topics
Seminal works
- yan-2015
- tucker-2015
- esquenazi-2012
Frequently asked questions
- โครงกระดูกภายนอกแตกต่างจากออร์โธซิสทั่วไปอย่างไร?
- ออร์โธซิสทั่วไปเป็นแบบพาสซีฟ—มันจำกัด พยุง หรือเปลี่ยนทิศทางการเคลื่อนไหว แต่ไม่เพิ่มพลังงาน โครงกระดูกภายนอกแบบมีกำลังขับเคลื่อนประกอบด้วยตัวกระตุ้นที่ให้แรงบิดหรือกำลัง และระบบควบคุมที่ปรับตัวเข้ากับผู้สวมใส่ ดังนั้นจึงสามารถช่วยหรือขับเคลื่อนการเคลื่อนไหวได้อย่างกระตือรือร้น
- อุปกรณ์เหล่านี้ใช้แทนการบำบัดฟื้นฟูได้หรือไม่?
- ไม่ อุปกรณ์เหล่านี้ได้รับการศึกษาในฐานะเครื่องมือที่ใช้ในการฟื้นฟูสมรรถภาพหรือเป็นอุปกรณ์ช่วย ไม่ใช่การรักษาแบบเดี่ยว การเลือกและการใช้งานเป็นดุลยพินิจทางคลินิกที่ทำโดยผู้เชี่ยวชาญที่มีคุณสมบัติเหมาะสม และข้อมูลนี้เป็นเพียงเอกสารอ้างอิงเพื่อการศึกษาเท่านั้น