خيارات التحكم لأجهزة الاستبدال التعويضي للأطراف العلوية
تتحكم مجموعة معقدة من الأنظمة المترابطة، كما يقوم الجهاز العصبي المركزي بتنسيق هذه الأنظمة وتكييفها مع مهام محددة، حيث تتحقق الكفاءة في الحركات المنسقة من خلال التكرار والممارسة، بدءًا من المراحل الأولى من التنمية البشرية. مع فقدان أحد الأطراف بالكامل أو جزئيًا، تم تصميم جهاز الاستبدال التعويضي لتكرار الوظيفة المفقودة، ومع ذلك، لا يمكنها إنجاز هذه الوظائف بنفس سهولة أو فعالية الطرف الطبيعي.
للتحكم في الطرف الاصطناعي الحديث، يجب اشتقاق المدخلات من الإشارات أو حركات الجسم أو الطرف المتبقي التي يمكن التقاطها واستخدامها بسهولة. بالنسبة للأجهزة التي تعمل بالطاقة، يتم اشتقاق مدخلات التحكم وقوة الحركة من انحراف الكابل والقوة. بالنسبة للأفراد غير القادرين على إنشاء تحكم كافٍ في المدخلات التي تعمل بالطاقة الجسدية بسبب عدم كفاية طول الأطراف أو القيود في القوة أو نطاق الحركة أو بالنسبة لأولئك المستخدمين الذين يختارون عدم استخدام هذه الأساليب، يمكن توفير تحكم خارجي بالطاقة (مثل طاقة البطارية).
يعمل التحكم الخارجي على تقليل القوة والحركة المطلوبة لتنشيط إدخال التحكم. في التطبيق الأكثر شيوعًا، يلغي التحكم الكهربائي العضلي الحاجة إلى القوة والحركة، كما يتمثل دور فريق الأطراف الصناعية في تحديد المدخلات القابلة للاستخدام والتقاطها للسماح بالتحكم السهل والواضح في الطرف الاصطناعي، حيث يتأثر اختيار مدخلات التحكم بالعديد من الجوانب العملية لإنشاء جهاز موثوق وسهل الاستخدام، قد يحد التطبيق العملي من اختيار الحلول، مع استبعاد الأجهزة التي يصعب تشغيلها أو أقل موثوقية.
علم الحركة من الطرف العلوي
يتم استخدام الذراع لوضع اليد في الموضع والاتجاه الصحيحين للتعامل مع كائن ما ويتم تشكيل اليد لأداء مهمة التلاعب، كل من البتر المكتسب والغياب الخلقي للطرف يقضي على العديد من درجات الحرية من الطرف العلوي والتي يمكن استخدامها في وضع اليد ومعالجتها. في الاستبدال التعويضي، يجب أن تأتي حركات الطرف الاصطناعي ومدخلات التحكم الخاصة به من حركات أو إشارات الجسم المتبقية.
يحدد مستوى غياب الطرف مدى الحركات التعويضية البديلة المطلوبة، هذا يخلق مفارقة لأنه كلما كان طول الطرف المتبقي أقصر، قل عدد مدخلات التحكم المتاحة، ومع ذلك، هناك عدد أكبر من المفاصل التي يجب التحكم فيها بواسطة مدخلات التحكم المتبقية، حيث يؤدي الانخفاض في عدد خيارات إدخال التحكم عمومًا إلى الحاجة إلى تقليل عدد حركات المفاصل الاصطناعية التي يتم التحكم فيها بشكل فعال أو توفير تحكم مشترك في حركات المفصل الاصطناعية المتبقية (على سبيل المثال، استخدام نفس مدخلات التحكم للتحكم في كل من مرحلة ما قبل التسخين و دوران المعصم).
في مثل هذه الحالات، يتم استبدال التحكم المتزامن في الطرف العلوي السليم من الناحية الفسيولوجية بالذراع الاصطناعية التي قد تتطلب سلسلة من الإجراءات المتسلسلة أحادية درجة الحرية، مع قيام المشغل بتبديل التحكم النشط بين الإجراءات الاصطناعية المختلفة. هذه العملية أبطأ من الحركات المتوازية والمتزامنة للفرد السليم. نتيجة لذلك، قد يختار مستخدم الطرف الاصطناعي، في بعض الأحيان، إهمال استخدام الحركات التعويضية المتسلسلة والتعويض عن طريق الحركات المتزايدة للطرف السليم أو الجسم أو المفاصل القريبة من الطرف العلوي المصاب، مثال على ذلك هو استخدام الاختطاف العضدي التعويضي لاستبدال دوران المعصم وظيفيًا.
ومع ذلك، على الرغم من أن مثل هذه الحركات التعويضية قد تكون أسرع وأسهل في الاستخدام، إلا أنها قد تؤدي أيضًا إلى إصابات الاستخدام المفرط لأنها تتطلب نطاقًا أكبر من الحركة أو قوى أعلى أو المزيد من التكرار، كما يجب أن يكون الفريق الإكلينيكي على دراية بهذه الاستراتيجيات التعويضية وأن يحذر مستخدم الطرف الاصطناعي للحماية منها إلى أقصى حد ممكن، سواء كان غياب الطرف ناتجًا عن بتر أو خلل خلقي، فإن الهيكل العضلي الهيكلي للطرف المتبقي هو محدد مهم لاختيار خيارات التحكم، كما يعتمد نوع الطرف الاصطناعي وشكل التحكم على قدرات المستخدم.
قبل تركيب الطرف الاصطناعي، يجب على الفريق السريري تقييم قدرة المستخدم على توليد إشارات تحكم مختلفة. من المهم النظر في الإشارات التي يمكن إنشاؤها بسهولة وبشكل تدريجي وتلك التي يمكن فصلها عن إشارات التحكم الأخرى.
يجب إنشاء المدخلات التي لا تخلق إشارات عرضية وغير مقصودة أثناء الأنشطة الأخرى (مثل عندما يرغب الفرد في استخدام الطرف الاصطناعي لحمل شيء أو تمديد الطرف الاصطناعي بعيدًا عن جسده). على سبيل المثال، في الطرف الاصطناعي الذي يستخدم الإشارات الكهربية العضلية للعضلة ذات الرأسين للتحكم في مفصل المرفق بالطاقة، قد تنتج حركة الكوع غير المرغوب فيها عن الحركة العرضية لعظم العضد داخل التجويف، مما يتطلب تحسين اختيار موقع القطب الكهربائي والإعدادات. في النهاية، يجب أن تكون استراتيجية التحكم للطرف العلوي الاصطناعي قادرة على وضع المفصل التعويضي دون إحداث حركة غير مقصودة للطرف الاصطناعي.
خيارات التحكم الكهربائي العضلي
المدخلات الأكثر شيوعًا للأطراف الاصطناعية التي تعمل بالطاقة هي الإشارات الكهربية العضلية، كما ترتبط هذه الإشارات بانقباضات عضلية وهي جذابة كمصدر لمعلومات التحكم لأنها تلغي الحاجة إلى أداة تحكم وتوسع غلاف العمل الوظيفي للطرف الاصطناعي، لتوليد إشارة الإدخال، يتعين على المستخدم التعاقد مع عضلة معينة، إذا كانت العضلة مرتبطة من الناحية الفسيولوجية بحركة المفصل الذي يتم استبداله، فهناك ارتباط أصلي بين النية والعمل الذي يتم التحكم فيه.
تتكون العضلات من العديد من الألياف الفردية، كما تتسبب الإشارات الصادرة من الأعصاب في تقلص ألياف العضلات وتنتج نفضًا صغيرًا، يتم إنشاء تقلص سلس مستمر من قبل الكثيرين، كما تطلق الألياف بشكل غير متزامن عبر جسم العضلة. لزيادة قوة الانكماش، يمكن للألياف أن تشتعل في كثير من الأحيان ويمكن أن تشتعل المزيد من الألياف في نفس الوقت، عندما ترتعش ألياف العضلات، فإنها تولد ارتفاعًا طفيفًا في النشاط الكهربائي يمكن اكتشافه بواسطة أقطاب كهربائية خارجية، إذا تم وضع قطب كهربائي على الجلد فوق بطن العضلة، فيمكنه اكتشاف التموجات الكهربائية من العديد من الألياف في جميع أنحاء العضلات.
تميل الأنسجة المتداخلة إلى إضعاف بعض الإشارات الكهربائية وستؤثر على الوقت الذي تستغرقه الإشارة للانتقال من الألياف العضلية إلى القطب. وبالتالي، فإن إشارة الإدخال التي تم اكتشافها في النهاية بواسطة القطب الكهربائي السطحي هي مجموع النبضات الكهربائية العديدة على مدار الوقت والمسافة والنتيجة هي إشارة صاخبة منخفضة التردد يكون فيها اتساع الإشارة متناسبًا تقريبًا مع مستوى تقلص العضلات.
يشار إلى الأجهزة المستخدمة في التطبيقات الاصطناعية عمومًا على أنها أقطاب كهربائية العضل ولكن يتم تحديدها بشكل أكثر دقة على أنها أقطاب كهربائية ومضخمات وفلاتر، تشتمل الأقطاب الكهربائية العضلية المستخدمة حاليًا في الأطراف الاصطناعية بشكل عام على أقطاب كهربائية ومضخمات وفلاتر في عبوة صغيرة، معظم حزم الأقطاب الكهربائية المصنعة لها نفس الأبعاد الكلية.
تقرأ الأقطاب الكهربائية الإشارة من العضلة الأساسية وتصفية التداخل وتضخيم الإشارة قبل تحديد السعة المتوسطة وتمريرها إلى وحدة التحكم، تكون إشارة الخرج الناتجة عبارة عن جهد أحادي وبسيط ومتغير ببطء يمكن استخدامه للتحكم في سرعة أو موضع الطرف الاصطناعي.
