Các Bộ Phận và Thiết Kế Chân Tay Giả
Các bộ phận và thiết kế chân tay giả là lĩnh vực của ngành chỉnh hình và chân tay giả liên quan đến các bộ phận được thiết kế tạo nên một chi giả và các nguyên tắc chi phối cách các bộ phận đó được lựa chọn, cấu hình và căn chỉnh để phục hồi chức năng. Nó bao gồm giao diện giữa chi cụt và chi giả, các bộ phận cấu trúc và khớp, và các bộ phận cuối cùng tương tác với mặt đất hoặc với các vật thể, coi chi giả như một hệ thống cơ học phù hợp với nhu cầu của một người.
Definition
Các bộ phận và thiết kế chân tay giả đề cập đến việc nghiên cứu các bộ phận cấu trúc, khớp, giao diện và đầu cuối của chi giả bên ngoài cũng như các nguyên tắc kỹ thuật và cơ sinh học mà chúng được lựa chọn, kết hợp và căn chỉnh để thay thế một đoạn chi bị thiếu.
Scope
Lĩnh vực này định hướng cho người đọc về các loại bộ phận chính của chi giả bên ngoài: ổ cắm và hệ thống treo kết nối thiết bị với chi cụt, bàn chân giả và các bộ phận mắt cá chân, cơ chế khớp gối, và bàn tay và các thiết bị đầu cuối chi trên, cùng với các đánh đổi trong thiết kế (trọng lượng, độ ổn định, khả năng hoàn trả năng lượng, kiểm soát, độ bền) để phân biệt chúng. Đây là một tài liệu tham khảo và tổng quan giáo dục về các bộ phận và logic thiết kế, không phải là một quy trình lắp đặt hoặc hướng dẫn kê đơn.
Sub-topics
Core questions
- Mỗi bộ phận chân tay giả phải đáp ứng những yêu cầu chức năng nào, và các lựa chọn thiết kế đánh đổi sự ổn định với tính di động, trọng lượng và chi phí năng lượng như thế nào?
- Giao diện ổ cắm-chi cụt truyền tải trọng và treo thiết bị như thế nào?
- Các khớp thụ động, thủy lực và điều khiển bằng vi xử lý khác nhau như thế nào về hành vi mà chúng cung cấp?
- Các tín hiệu điều khiển của người dùng được thu nhận và chuyển thành hành động trong các thiết bị chi trên như thế nào?
Key concepts
- Giao diện ổ cắm và hệ thống treo
- Căn chỉnh tĩnh và động
- Lưu trữ và hoàn trả năng lượng
- Độ ổn định pha đứng so với tính di động pha vung
- Điều khiển bằng vi xử lý
- Điều khiển bằng lực cơ thể so với điều khiển bằng nguồn điện bên ngoài
- Đánh đổi trọng lượng và độ bền của bộ phận
Mechanisms
Một chi giả được lắp ráp như một chuỗi: ổ cắm giữ và giảm tải cho chi cụt, cơ chế treo giữ thiết bị được gắn vào, các trụ cấu trúc truyền tải trọng, các khớp nối (mắt cá chân, đầu gối, cổ tay) định hình chuyển động trong chu kỳ dáng đi hoặc nhiệm vụ, và một bộ phận cuối (bàn chân hoặc bàn tay/thiết bị đầu cuối) tương tác với môi trường. Thiết kế cân bằng các mục tiêu cạnh tranh — một khớp gối ổn định hơn khi đứng có thể khó gập hơn khi vung; một bàn chân lưu trữ và hoàn trả nhiều năng lượng hơn có thể nặng hơn hoặc kém ổn định hơn. Căn chỉnh định vị các bộ phận tương đối với đường tải trọng để phản lực mặt đất hoặc lực nắm tạo ra hành vi khớp mong muốn. Trong các thiết bị chi trên, chuỗi này còn bao gồm một nguồn điều khiển (lực cơ thể thông qua dây đai, hoặc tín hiệu cơ điện) mà người dùng điều chỉnh để vận hành thiết bị đầu cuối.
Clinical relevance
Việc lựa chọn và thiết kế bộ phận ảnh hưởng đến mức độ hiệu quả và an toàn của một người khi đứng, đi bộ hoặc thực hiện các nhiệm vụ với chi giả, và việc hiểu các lựa chọn hỗ trợ việc ra quyết định có thông tin, được chia sẻ trong các nhóm phục hồi chức năng. Lĩnh vực này mô tả không gian thiết kế và bằng chứng về hành vi của bộ phận; nó mô tả các thiết bị để tham khảo và giáo dục và không phải là cơ sở cho việc kê đơn hoặc quyết định lắp đặt cá nhân.
Evidence & guidelines
Bằng chứng so sánh về các bộ phận chân tay giả không đồng đều giữa các loại bộ phận. Các đánh giá hệ thống đã xem xét các cơ chế bàn chân-mắt cá chân giả và khớp gối điều khiển bằng vi xử lý, trong khi các nghiên cứu có kiểm soát đã đánh giá các chiến lược điều khiển cơ điện. Phần lớn cơ sở bằng chứng bao gồm các nghiên cứu cơ sinh học và chéo nhỏ, và các đánh giá liên tục ghi nhận sự không đồng nhất về kết quả và quần thể.
History
Các chi giả bên ngoài đã phát triển từ các thiết bị gỗ và da cứng nhắc thành các hệ thống nội xương mô-đun với các bộ phận có thể thay thế được trong thế kỷ XX. Các thập kỷ sau đó đã giới thiệu bàn chân lưu trữ năng lượng, khớp gối thủy lực và sau đó là điều khiển bằng vi xử lý, và bàn tay cơ điện ngày càng có khả năng, chuyển thiết kế từ việc thay thế cấu trúc thuần túy sang các bộ phận chủ động định hình chuyển động và phản ứng với người dùng và môi trường.
Debates
- Chức năng bổ sung bao nhiêu là đủ để biện minh cho các bộ phận phức tạp, tốn kém hơn?
- Các bộ phận tiên tiến như khớp gối vi xử lý và bàn tay đa khớp nối mang lại lợi ích chức năng có thể đo lường được ở một số người dùng, nhưng các đánh giá ghi nhận kích thước hiệu ứng thay đổi và các câu hỏi về chi phí, trọng lượng và độ tin cậy, vì vậy việc kết hợp độ phức tạp của bộ phận với nhu cầu cá nhân vẫn còn gây tranh cãi.
Related topics
Seminal works
- hofstad-2004
- kuiken-2009
- hahn-2021
Frequently asked questions
- Các bộ phận chính của một chi giả là gì?
- Một chi giả điển hình bao gồm một ổ cắm và hệ thống treo gắn nó vào chi cụt, các trụ cấu trúc, các khớp nối như mắt cá chân hoặc khớp gối, và một bộ phận cuối — một bàn chân cho các thiết bị chi dưới hoặc một bàn tay hoặc thiết bị đầu cuối cho các thiết bị chi trên.
- Sự khác biệt giữa các bộ phận thụ động và điều khiển bằng vi xử lý là gì?
- Các bộ phận thụ động phản ứng cơ học với tải trọng với các đặc tính cố định, trong khi các bộ phận điều khiển bằng vi xử lý sử dụng cảm biến và bộ điều khiển để điều chỉnh điện trở hoặc hành vi trong thời gian thực qua các giai đoạn chuyển động khác nhau.