العوامل الميكانيكية الحيوية التي تؤثر على استخدام الجهاز التقويمي
تم تصميم الأجهزة لإنتاج أو التحكم في القوى والحركات من أجل تحسين الوظيفة ولكن أفضل جهاز مصمم لا يمكنه تحسين الوظيفة إذا كان المستخدم لا يمكنه تحمل تلك القوى. وبالتالي، بالإضافة إلى فهم كيفية تطبيق الأجهزة التعويضية وتقويم العظام والتلاعب بها لإنتاج أو التحكم بالتحركات المشتركة، يجب على الممارسين فهم الواجهة بين الأجهزة ومستخدميهم وكيفية جعل تطبيق قوى الجهاز آمنًا ومريحًا وفعالًا.
لتحسين الوظيفة والراحة، يجب تصميم الأجهزة لاستخدام القوة الأقل فاعلية وهذا يعني أن الأجهزة يجب أن تستخدم القوة الكافية لتحقيق أهدافها بفعالية ولكن أكثر من ذلك. من المحتمل أن تتسبب القوة المفرطة في الشعور بالألم وانهيار الجلد، مما يتطلب التوقف عن استخدام الجهاز أو أنماط الحركة غير الطبيعية التي تجعل الأنشطة الوظيفية غير فعالة للطاقة وغير عملية، لتحقيق هذا التوازن بين التحكم الفعال والراحة، يجب على الممارسين فهم وتطبيق مبادئ النشاط الحيوي التالية:
- تقليل حجم متطلبات القوة عن طريق زيادة طول ذراع العزم الذي تعمل القوة من خلاله.
- تقليل الضغط بين الجهاز وتشريح المستخدم وتقليل الاحتكاك والحركات غير الطبيعية بين الجهاز والمستخدم من خلال محاذاة تشريحية ميكانيكية مناسبة.
طول ذراع الرافعة للجهاز التقويمي
تعمل الأجهزة التي تطبق قوى باستخدام أنظمة القوة المضادة أو الأزواج القسريين مثل الرافعات من الدرجة الأولى (مثل متأرجحة). وبالتالي، فإن اللحظة التي يطبقها الانطباق على تشريح المستخدم تساوي ناتج مقدار القوة وطول ذراع الرافعة (المسافة من نقطة تطبيق القوة إلى المفصل المتحرك)، إن تصميم جهاز بأطول ذراع عملي للرافعة يعني أنه يمكن توليد نفس لحظة التحكم بقوة أقل، كما يعد تقليل القوى طريقة مهمة لتقليل الضغط الذي يمارسه الانضغاط على أنسجة الجسم وبالتالي زيادة راحة المستخدم أثناء ارتداء الجهاز.
على سبيل المثال، تم توضيح أنورثوسيس المصمم لحماية هياكل مفصل الركبة، على الرغم من أنه يوضح نظامًا مضادًا من ثلاث نقاط، إلا أنه لا يتحمل مرتديه بسبب ألم التلامس، كما تم رسم مخطط تقويمي آخر لنفس المشكلة بنفس التصميم ولكن بطول ذراع أطول، مطلوب قوة أقل في الجهاز الثاني لأن طول ذراع الرافعة أكبر مما هو عليه في الجهاز الأول.
الأفراد الذين بترت أطرافهم يتقلصون عضلات أطرافهم المتبقية لإجبار الأزواج على التحكم في أطرافهم الاصطناعية، يتم تحديد اللحظة التي يمارسها الزوجان من خلال ناتج مقدار القوى المطبقة والمسافة بينهما والتي في حالة الطرف المتبقي يتم تحديدها من خلال طول العظم الطويل للهيكل العظمي داخل الطرف المتبقي. نتيجة لذلك، يتمتع الأفراد الذين لديهم أطراف متبقية أطول بفاعلية أكبر ويمكنهم إنتاج لحظات أكبر بنفس تطبيق القوة مقارنة بالأفراد ذوي الأطراف المتبقية الأقصر. وبالتالي، قد يحتاج الأفراد ذوو الأطراف المتبقية القصيرة إلى أطراف اصطناعية بمكونات توفر تحكمًا أكبر في المفاصل الاصطناعية مقارنة بالأطراف المتبقية الأطول.
أجهزة التقويم وتحمل الضغط
الأنسجة البيولوجية المختلفة لها تفاوتات مختلفة لتطبيق القوى الخارجية، المواقع التشريحية المبطنة بطبقات من الدهون والعضلات قادرة على تحمل قوة أعلى من النتوءات العظمية أو المناطق التي تحتوي على أوعية دموية وأعصاب سطحية. نتيجة لذلك، عندما يتم تصميم وتصنيع الأجهزة، يجب الانتباه بعناية ليس فقط إلى كيفية تطبيق القوة ولكن أيضًا إلى مكان تطبيقها، كما يتم تقليل القوى الموجودة على المناطق الحساسة للضغط عن طريق المنخفضات أو المناطق المجوفة (مناطق الإغاثة) التي تحدد الهياكل التي لا تتحمل الضغط.
يمكن تصميم تخفيف الضغط الإضافي في الجهاز عن طريق إضافة مناطق مبنية أو إضافات تنفيس فوق مناطق مقاومة الضغط القريبة، يساعد هذا المزيج من المنخفضات والإضافات على إعادة توزيع الأحمال من الهياكل الحساسة للضغط إلى تلك التي تتحمل الضغط، يوضح المقبس الاصطناعي الذي يحمل وزنًا محددًا تطبيق هذه المبادئ لتخفيف الهياكل الحساسة للضغط، مثل قمة الظنبوب والرأس الشظوي.
تم تصميم العديد من أجهزة تقويم القدم لتوفير الراحة لرؤوس مشط القدم الحساسة للضغط وهناك طريقة أخرى لتقليل ضغط الأنسجة عند واجهة الجهاز وهي زيادة مساحة التلامس الكلية التي يتم تطبيق القوة عليها. مطبق مقسومًا على مساحة السطح التي توجد فيها القوة. وبالتالي، فإن زيادة منطقة التلامس الإجمالية بين الجهاز وسطح جسم المستخدم يوزع القوة المطبقة على مساحة أكبر ويقلل من ضغط التلامس.
من المرجح أن يكون الجهاز الذي يكون على اتصال تام بجسم المستخدم ومُحاط بمناطق الإغاثة لتقليل الضغط على التشريح الحساس للضغط مريحًا وآمنًا. ومع ذلك، يجب أن يكون الممارسون على دراية بأن مستخدمي الأجهزة ذات التلامس الكامل والذين يعانون من حساسية الجلد أو يعانون من فترات من وذمة الأطراف المتقلبة، قد يكونون عرضة لخطر انهيار الجلد، على الرغم من أفضل ملامسة حميمية في وقت التركيب.
التوافق بين الجهاز وتشريح المستخدم
عندما يكون للأطراف الاصطناعية أو أجهزة التقويم مفاصل ميكانيكية مفصلية تتحرك جنبًا إلى جنب مع المفاصل التشريحية الموجودة داخل الجهاز، فإن التطابق بين محاور المفصل الميكانيكية والتشريحية أمر ضروري، إذا لم تتطابق المحاور التشريحية والميكانيكية، فإن القوى غير المرغوب فيها، بما في ذلك الضغط والقص تتولد عند واجهة الأنسجة الرخوة حيث تتحرك المفاصل معًا حول محاور مختلفة.
هذا يمكن أن يسبب عدم الراحة وانهيار الجلد وضعف الوظيفة، نظرًا لأن معظم المفاصل التشريحية لها محاور متعددة أو محاور ثلاثية أو مراكز دوران فورية ومعظم المحاور الميكانيكية أحادية المحور (محور واحد)، فإن إنشاء التطابق ليس بالأمر السهل دائمًا، وضع علماء الميكانيكا الحيوية جنبًا إلى جنب مع الأطباء تقديرات لمواقع محاور المفاصل التشريحية باستخدام العلامات التشريحية الخارجية.
باستخدام هذه الإرشادات التشريحية، يمكن للممارسين تحديد التطابق المعقول بين المفاصل التشريحية والميكانيكية وتقليل القوى الضارة غير المرغوب فيها، كما تتوفر المحاور الميكانيكية متعددة المراكز لبعض المفاصل، مما يقلل أيضًا من القوى غير المرغوب فيها وترحيل الأجهزة.
طرق التحكم في الحركة دون إيقافها
في أوقات معينة أثناء الأنشطة الوظيفية، من المستحسن إجهاد حركات المفاصل أو التحكم فيها أو إبطائها دون إيقافها تمامًا، حيث تتوفر مجموعة متنوعة من تصميمات ومكونات الأطراف الاصطناعية وتقويم العظام لتوفير حركة يتم التحكم فيها. في بعض الأحيان، قفل أو قد يكون إيقاف الوصلات واستخدام المكونات الميكانيكية لتثبيتها في مواضع مختارة ضروريًا والبديل الوحيد. ومع ذلك، كلما كان ذلك ممكنًا، يفضل الممارسون عادةً تصميم التطبيقات التي تسمح بالحركات غير الطبيعية أو شبه الطبيعية، بينما تمنع فقط أو توقف الحركات أو الأحمال الضارة أو غير الآمنة.
خلال العديد من الأنشطة الوظيفية، تعمل العضلات بشكل مركزي للتحكم في حركة المفاصل والجسم، بدلاً من إنتاجها. على سبيل المثال، أثناء المشي في طور الجناح، عندما تتمدد الركبة تنقبض أوتار الركبة لتثبيط أو تبطئ تمدد الركبة والذي ينتج عن الزخم بدلاً من تقلص العضلات، كما يمكن أن تنتج مقاومة حركة المفصل في المفاصل الاصطناعية والعصبية عن طريق الاحتكاك من مصادر ميكانيكية أو هوائية أو هيدروليكية.
يمكن أيضًا التحكم في الحركة أو التحكم فيها عندما يتلامس المكون المتحرك مع مادة قابلة للانضغاط ويشارك في المقاومة التي توفرها المادة للضغط، يتم تحقيق ذلك باستخدام مواد توسيد مختلفة مثل المطاط والمواد المطاطية الاصطناعية واللدائن الحرارية الرغوية لتكون بمثابة جهاز ترطيب أو ممتص. على سبيل المثال، يمكن استخدام ممتص الصدمات في الطرف الاصطناعي لتليين تأثير طرفي مفاجئ في نهاية تمديد الركبة أثناء التأرجح.
