กลไกข้อเข่าเทียม

กลไกข้อเข่าเทียมเป็นส่วนประกอบที่เชื่อมต่อกันของขาเทียมเหนือเข่า (transfemoral prosthesis) ซึ่งควบคุมการงอของข้อเข่าและต้านทานการยุบตัวขณะเดิน กลไกเหล่านี้ต้องรักษาความมั่นคงของข้อเข่าเมื่อขาเทียมรับน้ำหนักในระยะยืน และช่วยให้ข้อเข่างอได้อย่างราบรื่นในระยะแกว่ง การออกแบบมีตั้งแต่บานพับกลไกแบบง่ายไปจนถึงหน่วยควบคุมด้วยระบบไฮดรอลิกและไมโครโปรเซสเซอร์ที่ปรับพฤติกรรมได้แบบเรียลไทม์

Definition

กลไกข้อเข่าเทียมคือข้อต่อที่เชื่อมต่อกันของขาเทียมเหนือเข่า ซึ่งให้ความมั่นคงในระยะยืนและการงอที่ควบคุมได้ในระยะแกว่ง โดยใช้กลไก, ไฮดรอลิก, นิวเมติก หรือไมโครโปรเซสเซอร์ในการควบคุมการเคลื่อนไหวและความต้านทาน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการทำงานของข้อเข่าเทียมตลอดวงจรการเดิน, ประเภทกลไกหลัก — ข้อเข่าแบบแกนเดี่ยวและแบบหลายแกน, แบบหน่วงด้วยแรงเสียดทานและของไหล, และข้อเข่าควบคุมด้วยไมโครโปรเซสเซอร์ — รวมถึงหลักฐานเกี่ยวกับผลกระทบต่อความมั่นคง, การหกล้ม, และการเคลื่อนที่ นี่คือภาพรวมอ้างอิงของส่วนประกอบข้อเข่า ไม่ใช่คู่มือการสั่งจ่ายหรือการปรับแต่ง

Core questions

• ข้อเข่าเทียมให้ความมั่นคงในระยะยืนได้อย่างไรในขณะที่ยังคงอนุญาตให้งอได้ในระยะแกว่ง?
• ข้อเข่าแบบแกนเดี่ยว, แบบหลายแกน, แบบไฮดรอลิก, และแบบควบคุมด้วยไมโครโปรเซสเซอร์แตกต่างกันอย่างไร?
• ประโยชน์ด้านการทำงานและความปลอดภัย เช่น การลดการหกล้ม ที่เกี่ยวข้องกับการควบคุมด้วยไมโครโปรเซสเซอร์มีอะไรบ้าง?
• ประโยชน์เหล่านี้วัดได้อย่างไร และหลักฐานมีความแข็งแกร่งเพียงใด?

Key concepts

• ความมั่นคงในระยะยืน
• การควบคุมระยะแกว่ง
• ข้อเข่าแบบแกนเดี่ยวเทียบกับแบบหลายแกน
• การหน่วงด้วยแรงเสียดทาน, นิวเมติก, และไฮดรอลิก
• การควบคุมด้วยไมโครโปรเซสเซอร์
• ความมั่นคงโดยสมัครใจเทียบกับโดยธรรมชาติ
• การฟื้นตัวจากการสะดุดและความเสี่ยงต่อการหกล้ม

Mechanisms

ข้อเข่าเทียมต้องต้านทานการงอเมื่อขาเทียมรับน้ำหนักเพื่อไม่ให้ยุบตัว แต่ต้องอนุญาตให้งอได้ในระยะแกว่งเพื่อให้เท้าพ้นจากพื้น ข้อเข่าแบบแกนเดี่ยวจะหมุนรอบจุดเดียวและอาศัยการจัดแนวและการควบคุมสะโพกของผู้ใช้เพื่อความมั่นคง; ข้อเข่าแบบหลายแกน (polycentric, multi-bar linkage) จะเลื่อนจุดศูนย์กลางการหมุนที่มีประสิทธิภาพเพื่อเพิ่มความมั่นคงในระยะยืนโดยธรรมชาติและช่วยให้ปลายเท้าพ้นจากพื้น หน่วยหน่วงด้วยแรงเสียดทาน, นิวเมติก หรือไฮดรอลิกจะหน่วงการแกว่งเพื่อให้สามารถปรับจังหวะการเดินได้ ข้อเข่าควบคุมด้วยไมโครโปรเซสเซอร์จะเพิ่มเซ็นเซอร์และตัวควบคุมที่ปรับความต้านทานไฮดรอลิกหรือแม่เหล็กไฟฟ้าแบบเรียลไทม์ เพิ่มความต้านทานในระยะยืนเพื่อช่วยป้องกันการสะดุด และปรับการแกว่งตามความเร็วในการเดิน กลไกเหล่านี้ได้รับการประเมินผ่านการวัดความมั่นคง, การหกล้ม, การเคลื่อนที่, และต้นทุนพลังงาน

Clinical relevance

พฤติกรรมของกลไกข้อเข่าส่งผลต่อความมั่นใจในการเดิน, การจัดการทางลาดและบันได, และการหลีกเลี่ยงการหกล้ม ซึ่งเป็นข้อกังวลหลักหลังการตัดขาเหนือเข่า ดังนั้นการทำความเข้าใจทางเลือกต่างๆ จึงเป็นข้อมูลสำหรับการตัดสินใจร่วมกันในการฟื้นฟูสมรรถภาพ หัวข้อนี้อธิบายลักษณะส่วนประกอบและหลักฐานสำหรับการอ้างอิงและการศึกษา; ไม่ได้ให้คำแนะนำในการสั่งจ่ายหรือการปรับแต่งเฉพาะบุคคล

Evidence & guidelines

การทบทวนอย่างเป็นระบบรายงานว่าข้อเข่าที่ควบคุมด้วยไมโครโปรเซสเซอร์มีความเกี่ยวข้องกับประโยชน์ต่างๆ รวมถึงการสะดุดและการหกล้มที่ลดลง และการเคลื่อนที่ที่ดีขึ้นสำหรับผู้ใช้บางราย โดยเฉพาะผู้ที่เดินในชุมชนได้จำกัด แต่ก็มีการตั้งข้อสังเกตถึงการออกแบบการศึกษาและมาตรวัดผลลัพธ์ที่แตกต่างกัน การทบทวนเน้นย้ำว่าขนาดของผลกระทบแตกต่างกันไป และควรชั่งน้ำหนักประโยชน์เทียบกับต้นทุนและเป้าหมายส่วนบุคคล

History

ข้อเข่าเทียมพัฒนาจากบานพับแบบล็อคและแรงเสียดทานคงที่แบบง่าย ไปสู่กลไกแบบหลายแกนและหน่วยควบคุมด้วยของไหล (นิวเมติกและไฮดรอลิก) ที่ให้การควบคุมการแกว่งที่ปรับจังหวะได้ การนำข้อเข่าที่ควบคุมด้วยไมโครโปรเซสเซอร์มาใช้ตั้งแต่ทศวรรษ 1990 เป็นต้นมา ได้นำมาซึ่งการปรับความต้านทานแบบเรียลไทม์ที่ขับเคลื่อนด้วยเซ็นเซอร์ ซึ่งถือเป็นการเปลี่ยนแปลงไปสู่การควบคุมระยะยืนและระยะแกว่งแบบปรับตัวได้

Debates

สำหรับผู้ใช้กลุ่มใดที่ข้อเข่าควบคุมด้วยไมโครโปรเซสเซอร์คุ้มค่ากับต้นทุน?

การทบทวนพบประโยชน์ด้านการทำงานและความปลอดภัยของข้อเข่าไมโครโปรเซสเซอร์ รวมถึงในผู้ที่เดินในชุมชนได้จำกัด แต่ความแปรปรวนของคุณภาพหลักฐานและขนาดของผลกระทบ ควบคู่ไปกับต้นทุนและน้ำหนักที่สูงกว่า ทำให้ขอบเขตของผู้สมัครที่เหมาะสมยังคงเป็นที่ถกเถียง

Seminal works

• kannenberg-2014
• theeven-2013
• hahn-2021

Frequently asked questions

ข้อเข่าเทียมควบคุมด้วยไมโครโปรเซสเซอร์คืออะไร?

เป็นข้อเข่าเทียมที่ใช้เซ็นเซอร์และไมโครโปรเซสเซอร์ในตัวเพื่อปรับความต้านทานต่อการงอแบบเรียลไทม์ตลอดวงจรการเดิน โดยมีเป้าหมายเพื่อปรับปรุงความมั่นคงในระยะยืนและการควบคุมการแกว่งเมื่อเทียบกับข้อเข่าแบบกลไกล้วนๆ

เหตุใดข้อเข่าเทียมจึงต้องรักษาสมดุลระหว่างความมั่นคงและการงอ?

ข้อเข่าต้องต้านทานการงอเมื่อขาเทียมรับน้ำหนักเพื่อไม่ให้ยุบตัว แต่ต้องอนุญาตให้ข้อเข่างอได้ในระยะแกว่งเพื่อให้เท้าพ้นจากพื้น; การออกแบบกลไกและการควบคุมมีเป้าหมายเพื่อให้บรรลุทั้งสองอย่าง