مكونات تعويضية للطرف السفلي يتم التحكم فيها بواسطة معالج دقيق
تم إدخال المعالجات الدقيقة لأول مرة في المكونات التعويضية في عام 1990 وازداد استخدامها منذ ذلك الوقت، يتم التركيز على كل من التقنيات التعويضية المتاحة حاليًا والتي يتم تطويرها والتي تستخدم تنظيم المعالجات الدقيقة، كما تتطلب العديد من المصطلحات الأساسية تعريفًا ويشير مصطلح التحكم في المعالجات الدقيقة إلى المكونات التي يتم تنظيمها بذكاء في الوقت الفعلي بواسطة معالجات دقيقة واحدة أو أكثر تقوم بتعديل بعض خصائص سلوكها وفقًا لإدخالات البيئة أو المستخدم.
تشير مكونات التحكم في المعالجات الدقيقة السلبية إلى المكونات التي يتم فيها تعديل خصائص المقاومة السلبية للمفصل المحدد وفقًا لهذه المدخلات، كما تشير مكونات التحكم في المعالجات الدقيقة النشطة غير الدافعة إلى المكونات القادرة لإنتاج حركة غير دافعة حول محور المفصل، مما يؤدي إلى حركة العناصر داخل الطرف الاصطناعي ولكنها غير قادرة على دفع وزن جسم المستخدم النهائي، تشير مكونات التحكم في المعالجات الدقيقة ذات الدفع النشط إلى المكونات التي تستجيب لمدخلات المستخدم أو البيئة من خلال إنشاء حركات تعمل بالطاقة قادرة على دفع جسم المستخدم ضد قوى الجاذبية.
التحكم السلبي في المعالجات الدقيقة لآليات الركبة التعويضية
بدأ الدمج واسع النطاق للمكونات الاصطناعية والتحكم في المعالجات الدقيقة المتاحة تجاريًا بآليات الركبة الاصطناعية السلبية. قبل تنفيذ المعالجات الدقيقة، كان يتم تنظيم خصائص ترطيب آليات الركبة الاصطناعية بشكل عام بواسطة أسطوانة هيدروليكية، كما تم تصميم هذه الآليات الهيدروليكية للتحكم في مقاومة الركبة أثناء مرحلة التأرجح في المشية ومرحلة الوقوف للمشي أو المدار.
يتم تعديل خصائص المقاومة السلبية النسبية لمثل هذه الركبتين من قبل فني الأطراف الاصطناعية لتتناسب مع احتياجات المرضى الفرديين وفقًا لعوامل مثل قوة أطرافهم وسرعة المشي المفضلة. ومع ذلك، لا يمكن تحسين قيم المقاومة هذه إلا ضمن نطاق متواضع من سرعات المشي وبالتالي، إذا كان الفرد يمشي أسرع من سرعة المشي المستخدمة عند ضبط معلمات المقاومة للركبة، فقد تكون قيم المقاومة هذه غير كافية، مما يسمح بارتفاع الكعب المفرط في مرحلة التأرجح ويتسبب في انتظار الفرد للطرف الاصطناعي. في المقابل، إذا كان الفرد يمشي أبطأ يمكن اعتبار قيم المقاومة مفرطة مما يخلق ركبة صلبة نسبيًا.
سجلت المستشعرات داخل وحدة الركبة سرعة انثناء الركبة أثناء المشي، مما يسمح للمعالج الدقيق المدمج بتغيير مقاومة تأرجح الركبة في الوقت الفعلي مع سرعة مشية المستخدم، كما قامت أجهزة الجيل الثاني، بدءًا من الساق، بتوسيع دور المعالجات الدقيقة، مما يسمح بالتنوع في مقاومة الركبة في طور التأرجح والوقوف في الوقت الفعلي وفقًا للمدخلات البيئية. بالإضافة إلى تكييف مقاومة الركبة لسرعات المشي المتغيرة، يمكن أن تتعرف مفاصل الركبة من الجيل الثاني من التحكم في المعالجات الدقيقة على الحركات الشاذة التي قد تشير إلى التعثر وتعديل المقاومة لانثناء الركبة وفقًا لذلك.
آليات مفصل الكاحل الاصطناعية السلبية
في الآونة الأخيرة، تم تطبيق مفهوم تنظيم مقاومة المفصل السلبية على آليات الكاحل مع الاهتمام المتجدد بحركة الكاحل المنظمة هيدروليكيًا، حيث تختلف الأحمال التي يتعرض لها الطرف المتبقي داخل تجويف الطرف الاصطناعي وفقًا لأسطح المشي، مع وجود أحمال موضعية أعلى غالبًا ما يتم ملاحظتها أثناء مهام الهبوط.
لقد ثبت أن استخدام أنظمة الكاحل والقدم الهيدروليكية بين المرضى الذين يعانون من بتر عبر الساق يقلل من معدلات التحميل التي يتم التعرض لها في قصبة الساق البعيدة عبر مجموعة من مهام المشي والأسطح ويوفر مشية أكثر سلاسة بشكل عام. كما هو الحال مع أنظمة الركبة المعدلة هيدروليكيًا، ستختلف المقاومة الهيدروليكية المثالية عند الكاحل وفقًا لتفضيلات المريض وسرعة التنقل ومنحدر سطح المشي، كما قد تكون الإعدادات الهيدروليكية المحسّنة للمشي على أرض مستوية أقل مثالية عند التنقل في التضاريس المنحدرة.
أثناء صعود التل، قد تسهل المقاومة المتزايدة لانثناء الأخمص وانخفاض المقاومة للثني الظهري نمط مشية أكثر طبيعية. في المقابل، قد يكون النزول أكثر أمانًا واستقرارًا مع انخفاض المقاومة الهيدروليكية لانثناء الأخمص وزيادة المقاومة لانثناء الظهر، ضمن آليات الكاحل الاصطناعية السالبة، مثل قدم élan (Endolite) و Raize foot (Fillauer)، تستطيع المستشعرات الموجودة على متن الطائرة تحديد منحدر سطح المشي وتكييف المقاومة الهيدروليكية للكاحل في الوقت الفعلي.
يمثل تكييف وضع الكاحل وفقًا للمتطلبات البيئية استراتيجية واحدة لآليات الكاحل الاصطناعية السالبة. في استراتيجية بديلة، يشار إليها على أنها تقليد الكاحل للقدم الاصطناعية، الهدف هو الحصول على إطلاق مستهدف ومركّز للطاقة المحفوظة طوال مرحلة الوقوف في لحظة الدفع أو الإيقاف، لا يعتمد تصميم القدم الاصطناعية الذي يحاكي الكاحل على القوة الخارجية لتكوين قوى دافعة بدلاً من ذلك، فهي تنقح مفهوم القدم التي تخزن الطاقة عن طريق تجميع الطاقة خلال مرحلة الوقوف للمشي وتحريرها من خلال نطاق فسيولوجي أكثر من الانثناء الأخمصي في لحظة الدفع كما هو محدد بواسطة معالج دقيق.
آليات مفصل الكاحل الاصطناعية النشطة للقدم
أثناء التمشي، يتعرض الكاحل لمرحلة تأرجح للثني الظهري للمساعدة في إزالة الأطراف، كما يمثل PROPRIO FOOT نظامًا نشطًا للقدم والكاحل، كما يتم فيه توفير عطف ظهري طور التأرجح من خلال تطبيق الطاقة الخارجية على محرك، يمكن أيضًا استخدام هذه الحركة لتكييف وضع الكاحل أثناء الجلوس (عن طريق التكيف مع محاذاة الانثناء الأخمصي النسبي لتقليد سلوك الكاحل القادر جسديًا بشكل أفضل) وعبر ارتفاعات الكعب المتغيرة (من خلال اعتماد زوايا متزايدة من الانثناء الأخمصي النسبي مع زيادة ارتفاع الكعب)، كما أنه قادر على التكيف بنشاط مع الأسطح ذات المنحدرات والانحدار المتغيرة. لا تزال تأثيرات هذه الآلية على التمشي غير مؤكدة، حيث تشير الدراسات الأولية إلى تأثيرات غير متسقة على سرعات المشي المختارة ذاتيًا وتكاليف الطاقة أثناء التمشي.
وصف المرضى كلاً من الشعور بالأمان المتزايد وانخفاض الجهد المبذول أثناء نزول المنحدر. أثناء صعود الدرج، يبدو أن الحركة الإضافية لعطف الظهر للطرف الاصطناعي تقلل من التأثير على الطرف السليم.
آليات دفع الكاحل الاصطناعية النشطة
في الآونة الأخيرة، واجه مطورو الأطراف الاصطناعية لمفصل القدم تحديًا لمعالجة عيوب الدفع التي تمت مواجهتها في حالة عدم وجود تقلصات متحدة المركز عبر المفاصل الرئيسية للأطراف السفلية، كما يتم اشتقاق معظم دفعات الطرف السفلي القادر الجسم من النشاط المتحد المركز للثنيات الأخمصية أثناء الدفع.
بالنظر إلى أن الكاحل يولد 3 إلى 5 أضعاف الطاقة التي يمتصها أثناء المشي على أرض مستوية، يمكن معالجة هذا العجز جزئيًا فقط في القدم الاصطناعية مع تخزين وعودة طاقة بدون طاقة، كما يتم استكشاف العديد من الأساليب لتوفير حركة نابضة في مفصل الكاحل الاصطناعي. في أول تصميم اصطناعي للقدم يعمل بالطاقة من الخارج ومتوفر تجاريًا، يتم استخدام قدم BiOM ومحركات الدفع الإلكترونية التي تعمل بالبطارية إلى جانب نوابض ميكانيكية متوازية لتقليد سلوك الدفع للثنيات الأخمصية.
تشمل الفوائد الأولية التي تم تحديدها مع هذا النظام استهلاك الطاقة المنخفض في المشي وزيادة سرعات المشي المختارة ذاتيًا وتقليل تحميل الطرف الجانبي السليم في لحظة دفع الطرف الاصطناعي في المشي. بالإضافة إلى قدم BiOM، هناك العديد من التصميمات البديلة في مراحل مختلفة من التطوير. في جهاز يستخدم كاحل زنبركي مع حركية متجددة (المعروفة باسم سباركي)، تعمل مشغلات الأوتار الروبوتية على تعزيز الطاقة المخزنة بواسطة نوابض حلزونية مثبتة خلف مفصل الكاحل الاصطناعي.
نظرًا لاستطالة هذه الينابيع أثناء عطف ظهري الكاحل، فإن المحركات منخفضة الطاقة المركبة في سلسلة مع الينابيع تعتمد على مصدر طاقة خارجي لإفراغها بشكل أكبر وبالتالي زيادة قوتها الدافعة في وقت الدفع. في نهج ذي صلة، يستخدم الكاحل الذي يحاكي القدم الاصطناعية نوابض مطاطية، كما يوجد زنبرك للثني الأخمصي داخل القدم ويخزن الطاقة في جميع أنحاء الانثناء الظهري المتحكم فيه للمشي، يتم تثبيت زنبرك دفع ثانٍ في الخلف على مفصل الكاحل الاصطناعي حيث يتم تحميله تدريجياً بواسطة مشغل كهربائي خارجي طوال مرحلة الوقوف.
