الاتجاهات والبحوث المستقبلية في أجهزة التقويم

الاتجاهات والبحوث المستقبلية في أجهزة التقويم

تقدم التطورات في مجالات المواد والميكانيكا الحيوية والإلكترونيات والتصغير والإلكترونيات الحيوية إمكانات كبيرة لتحسين أجهزة التقويم، يجب أن يسمح التطبيق الحكيم لتطوير التكنولوجيا إلى جانب توسيع معرفتنا بوظيفة تقويم العظام وأفضل طريقة لمطابقة هذه الوظيفة مع احتياجات المريض العلوي بتحسين نتائج تقويم العظام.

الأجهزة الحالية

الغالبية العظمى من أجهزة التقويم المستخدمة حاليًا في أجهزة تخزين الطاقة غير الفعالة السريرية المصممة من لدائن حرارية صلبة نسبيًا مبطنة برغوة ناعمة، كما تحتوي على نوابض ومخمدات توفر مساعدة وتحكمًا محدودًا في الحركة، يمكن أن يؤدي استخدام التعزيزات المعدنية إلى زيادة الصلابة والدعم ومع ذلك، فإن هذا يضيف كلاً من الوزن والتكلفة وقد أظهرت التصميمات الأكثر معاصرة والتي تتضمن مركبات خفيفة الوزن ومحفزة للطاقة مثل ألياف الكربون، في البناء التقويمي نتائج واعدة من قبول المريض ووظيفته ومع ذلك، فإن هذه الأجهزة تقريبًا أكثر تكلفة وتوفر فرصة ضئيلة لتعديل ما بعد التصنيع، كما يمكن تصنيع مفاصل الكاحل والقدم التقليدية بمفاصل معدنية، كما تسمح هذه المفاصل بإمكانية تعديل بسيطة ومتزايدة بشكل كبير، لكنها تزيد الوزن والصيانة والتكلفة.

أجهزة التحكم في الوقوف

في السنوات القليلة الماضية، نضجت أجهزة تقويم الركبة والكاحل الكهروميكانيكية والمعروفة باسم أجهزة التحكم في الوقوف وأثبتت نفسها، على الأقل تجاريًا، حيث توفر هذه الأجهزة تلقائيًا الدعم أثناء مرحلة الوقوف وثني الركبة أثناء مرحلة التأرجح، بناءً على بعض القواعد البسيطة على سبيل المثال، يظل أحد الأجهزة مغلقًا حتى تشير أجهزة استشعار التلامس إلى أن الساق في مرحلة التأرجح وبالتالي يُسمح للركبة بالانحناء.

يستخدم جهاز آخر حركية المفصل وحركيته لتحديد وقت تقديم الدعم ومتى يسمح بحركة الركبة الحرة. بشكل عام، يبدو مثل هذا التحكم الانتقائي بمثابة تحسين على الدعامة المغلقة بشكل دائم والتي تعطل السيولة والميكانيكا الحيوية للمشي بتكلفة توفير استقرار طور الوقفة، كيف تتحسن وظائف المرضى ومدى جودة تلقي هذه التكنولوجيا؟ مع استجابة واهتمام قويين بما فيه الكفاية من المرضى والممارسين وشركات التأمين، قد يتم تطوير قواعد تحكم أكثر تعقيدًا لضمان الأداء المناسب عبر مجموعة من الأنشطة وقدرات المريض.

من المحتمل أن يتطلب تحسين قواعد المراقبة جهودًا كبيرة ومحاكمة وإرهابًا، سيكون ترميز القواعد في الميكانيكا أو الإلكترونيات أبسط نسبيًا، طور آخرون أجهزة مبللة منخفضة الطاقة أو منخفضة الطاقة لتوفير صلابة متغيرة، حيث تستخدم Onegroup مثبطًا للزيت يتم فيه التحكم في معدل التدفق ميكانيكيًا، مما يسمح بمقاومة متغيرة. مجموعة أخرى تستخدم السائل المغنطيسي للسماح باختلاف المقاومة خلال مرحلة الوقوف، يوفر كلا التطبيقين بعض التباين والمرونة، كما تفعل أجهزة التحكم في الوقوف، كما تتمثل الحيلة في التحديد الدقيق للتحكم الذي يحتاجه كل مريض وتنفيذ هذا التحكم بطريقة عملية ومقبولة مع الحد الأدنى من القيود أو المفاضلات.

إن مفهوم التحكم الانتقائي هذا هو مجرد خطوة أخرى لاستعادة الوظيفة الفسيولوجية المفقودة تمامًا دون تقديم أي قيود. طورت المعاهد الوطنية للصحة تقنية أولية لاختيار الصلابة المثلى وضبط الزاوية لجرافيت الكربون لأجهزة تقويم الكاجل والقدم يمكن تصنيع باستخدام آلة تشكيل ثلاثية الأبعاد خاصة، باستخدام التقنيات التقليدية والمتقدمة في تحليل المشي، تمكن الباحثون من إظهار نتائج محسنة على إعدادات أقل مخصصة للدعامة.

الأجهزة التي تعمل بالطاقة

من المحتمل أن يؤدي تحسين التفاعل بين الإنسان والآلة إلى أجهزة تعد امتدادًا حميمًا للجسم هيكليًا وعصبيًا وديناميكيًا، كما تركزت التطورات ذات الصلة على تطوير الأجهزة التي تعمل بالهيكل الخارجي والتي تساعد على الضعف عن طريق تنشيط الحركة بدلاً من مجرد تقديم الدعم، طورت عدة مجموعات نماذج أولية تفعل ذلك بالضبط مع الركبة أو تشغيل الكاحل.

يبدو أن الجهاز الواحد لديه القدرة على توليد مخرجات قوة كافية ولكن يبدو الجهاز ضخمًا وليس تجميليًا بدرجة كافية للسماح باستخدامه على المدى الطويل. بالإضافة إلى ذلك، فإن الاعتماد على الطاقة الهوائية يجعل من غير الواضح ما إذا كان يمكن تكييف الجهاز مع جهاز إلكتروني محمول منخفض الطاقة ومستدام الاستخدام، أحد العوامل التي تحد من استخدام الأجهزة المزودة بالطاقة بدوام كامل هو ما إذا كانت متطلبات الطاقة الخاصة بها يمكن أن تكون منخفضة بدرجة كافية أو سهلة وسريعة التجديد. أيضًا، فإن الحاجة إلى الحد الأدنى من الحجم لتحقيق امتثال مرتفع للمريض تتعارض مع الحاجة إلى مشغلات كبيرة الحجم نسبيًا لتوفير قوى كافية.

على الرغم من أن أجهزة تقويم الركبة تبدو هدفًا للعديد من عمليات تطوير المنتجات الجديدة، فقد أدرك آخرون إمكانية توفير تحكم كبير على مستوى النظام من الكاحل واختاروا التركيز على هذه المنطقة، كما حددت مجموعة اخرى تأثيرات دعم الكاحل على التحكم في ثبات الركبة وتكهن بأن الجهاز الذكي  الذي يطابق التحكم المطلوب في المشية البادئة، يمكن تحقيقه من الكاحل في العديد من المواقف.

عادة ما تكون أجهزة تقويم الكاحل والقدم أصغر وأخف وزناً وغير مرئية وأقل تكلفة، مما يجعلها خيارات شائعة، كما يبدو من المنطقي أن مجموعات هذا النهج مع عدد لا يحصى من المواد الجديدة والضوابط التي يتم تنفيذها ستؤدي إلى جهاز متعدد الاستخدامات وجيد التحمل، مفاتيح النظام الكهروميكانيكي الدقيق لديها القدرة على تحويل الصناعة المثقوبة بمكونات منخفضة التكلفة وعالية الأداء.

البوليمرات النشطة كهربيًا هي في الأساس مواد بلاستيكية يمكن أن تعمل كمحركات ويمكن صنعها لتوليد قوى وإزاحات بترتيب العضلات ويمكن أن تفعل ذلك بأقل كثافة بكثير من المحرك الكهربائي النموذجي، كما يمكن أن تستجيب البوليمرات التي يتم تنشيطها في الحقل بسرعة ولديها اقتران كهروميكانيكي عالي يمكن أن يسمح بكفاءات إجمالية تصل إلى 80٪.

ربما الأهم من ذلك، أنها يمكن أن تتجاوز ذروة قوة العضلات الطبيعية، مما يسمح بأجهزة ذات حجم وكتلة يمكن مقارنتها بالعضلات الطبيعية، ستكون هذه الأجهزة قادرة على تثبيت المفصل في الوقت المحدد اللازم والسماح بالحركة الحرة عندما لا تكون هناك حاجة إلى التحكم في الحد الأدنى أو الحد الأدنى منه، كل هذا بجزء بسيط من وزن الأقواس الحالية.

التطوير التجاري للاستخدام الميكانيكي الحيوي جار، تحمل هذه التكنولوجيا وعودًا لتكملة أو استبدال المواد السلبية التقليدية المستخدمة في تقويم الأسنان اليوم. من الناحية النظرية، يعد استخدام العضلات الموجودة بالفعل خطوة أخرى في هذا الاتجاه، يهدف التحفيز الكهربائي الوظيفي إلى القيام بذلك فقط ولكن له حدود.

أنظمة التحفيز الكهربائي الوظيفية

تاريخيًا، أتاح التنبيه الكهربائي الوظيفي إمكانية استعادة الاستخدام المحدود للعضلات المشلولة، كما يمكن استخدام هذه التقنية نفسها لتوفير دعامة غير مرئية أو بيولوجية. على الرغم من أن هذه الفكرة كانت موجودة منذ أوائل الستينيات، إلا أن التنفيذ قد تطور من وحدات تحفيز سطحية مفردة ومبرمجة مسبقًا ومزودة بمتحكم دقيق ومتعددة المستشعرات ومزروعة بالكامل.

وعلى الرغم من أن القطب الكهربائي السطحي مناسب للعلاج، إلا أنه من الصعب استخدامه لتحفيز المناطق العميقة وقد تتغير استجابة العضلات في كل مرة يتم فيها وضع القطب الكهربائي على الجلد. بالإضافة إلى ذلك، غالبًا ما يشعر المرضى بالألم من تنشيط الألياف الحسية، كما يمكن للقطب الكهربائي عن طريق الجلد أن يحفز العضلات بشكل انتقائي وفي المناطق العميقة بسهولة.

الاستجابة مستقرة وتسمح بالتحكم في معلمات التحفيز باستخدام الأجهزة الخارجية، يعد فشل القطب الكهربي بسبب العدوى والكسر والحركة مشكلة متكررة وقد يثبت أن القطب الكهربي المزروع والمحفز معًا أفضل لأنه يجب أن يكون أقل خطرًا للإصابة ولا توجد مشاكل متعلقة بالحركة.