أنظمة التحكم المتاحة في الأطراف الاصطناعية العلوية

 

حاليًا، يمكن تقسيم خيارات التحكم المتاحة في الأطراف الاصطناعية للطرف العلوي إلى فئتين أساسيتين: التحكم في موضع الجسم والتحكم في كهربية العضل، حيث يشير التحكم في موضع الجسم إلى استخدام حركات الجسم السليمة والرحلة أو القوى الناتجة عن المشاعر. أكثر خيارات التحكم هذه شيوعًا هي الأنظمة التي تعمل بالكابلات ولكن تُستخدم حركات الجسم أيضًا لتشغيل المدخلات الكهربائية مثل المفاتيح وأجهزة الماكينة ومحولات الطاقة والمقاومات الحساسة للقوة. بدلاً من ذلك، يستفيد التحكم الكهربائي العضلي من المنتجات الثانوية الكهربائية لمقاولات العضلات الطوعية. على هذا النحو، فإن التحكم الكهربائي العضلي مستقل بشكل عام عن موضع المفصل.

 

من الضروري فهم العلاقة بين مصادر التحكم المتاحة وأنواع المكونات التي يمكن التحكم فيها بشكل أكثر فعالية، كما يجب أن يعتمد اختيار المكونات على تحليل دقيق للأجهزة وخيارات التحكم التي تخدم بشكل أفضل الوظيفة المقصودة لمستخدم معين. من الأهمية بمكان بالنسبة للمبتور الثنائي موثوقية نظام التحكم، يمكن الاعتماد على مصدر التحكم إذا أدى كل أمر تحكم إلى وظيفة المكون المطلوبة. بنفس القدر من الأهمية، يجب أن يعمل المكون فقط كنتيجة لأمر تحكم متعمد، عندما يفشل أمر التحكم في تحقيق النتيجة المرجوة باستمرار، فإن الفائدة الإجمالية للطرف الاصطناعي تكون معرضة للخطر بشكل كبير.

 

عند التحكم في مكونات متعددة، يمكن تصنيف خيارات التحكم على أنها إما مخصصة أو متسلسلة، كما يعني التحكم المتسلسل أنه سيتم التحكم في مكونين أو أكثر من مصدر مشترك، التحكم المتزامن غير ممكن، يخصص التحكم المخصص مصادر تحكم منفصلة لكل مكون من مكونات الأطراف الاصطناعية.

 

من الضروري في بعض الأحيان الجمع بين التحكم المتسلسل والمخصص لتوفير الوظائف المطلوبة. في هذه الحالات، يجب إعطاء الأولوية للوظائف المكونة التي يمكن دمجها بطرق مفيدة متزامنة وتعيين مصادر تحكم منفصلة، وغالبًا ما يُنصح بتوفير مجموعتين كاملتين أو أكثر من الأطراف الاصطناعية مع مصادر تحكم وطاقة مختلفة لتمكين أكبر تنوع من القدرات الوظيفية ولتوفير نسخة احتياطية عند الحاجة إلى إصلاحات.

 

التحكم بطاقة الجسم

 

يوفر تشغيل الكابل للأطراف الاصطناعية التي يتم تشغيلها بواسطة الجسم للمستخدمين قدرًا هائلاً من ردود الفعل التحسسية من خلال المفاصل الفسيولوجية التي يتم تسخيرها في المكونات الاصطناعية، كما يمكن لمستخدمي هذه الأجهزة إدراك موضع وسرعة حركة المكونات الاصطناعية بسهولة.

 

يوفر التحكم الذي يعمل بالطاقة والكابل العديد من الخصائص المرغوبة لنظرية التحكم التي اقترحها الباحثون والتي تنص على: مفاصل الجسم كمدخلات تحكم يتوافق فيها وضع المفصل (دائمًا في علاقة واحد لواحد) مع موضع الطرف الاصطناعي وتتوافق سرعة المفصل مع سرعة الطرف الاصطناعي وتتوافق قوة المفصل مع قوة الطرف الاصطناعي، حيث يشار إلى هذا النوع من التحكم باسم الحس العميق الفسيولوجي الممتد. على الرغم من أن تنفيذ التحكم الفسيولوجي الموسع في الحس العميق ممكن مع المكونات الإلكترونية، إلا أنه يتطلب مكونات سريعة وعالية الأداء لتحقيق أفضل النتائج.

 

نظرًا لردود الفعل المتأصلة التي يتم توفيرها من خلال نظام الكبل والتسخير، فإن التحكم في الكوع الذي يتم تشغيله بواسطة الجسم مقبول جيدًا ويعمل بشكل جيد في حالة وجود قوة وانحراف كافيين، كما يوفر التحكم الذي يتم تشغيله بواسطة الجسم في الكوع أعلى درجة من الدقة والرشاقة في تحديد الموضع لجهاز ما قبل الإمساك في الفضاء ويمكن أن يصبح التحكم في اللاوعي، كما لوحظ في مبتوري الأطراف عبر الجلد الذين يدمجون ديناميكيًا استخدام أطرافهم الاصطناعية عن طريق الإيماء بأطرافهم وإعادة وضع مرفقيهم برشاقة عند التحدث.

 

التحكم الكهربائي العضلي

 

على عكس طرق التحكم التي تتطلب حركات الجسم لأجزاء الجسم التقريبية، فإن التحكم الكهربائي العضلي هو نظام يظهر بشكل طبيعي أكثر لأن طريقة التحكم في الطرف الاصطناعي غير مرئية، كما أنه يمثل أكثر الطرق الطبيعية من الناحية الفسيولوجية للتحكم في اليد الكهربائية وينطبق هذا بشكل خاص على مريض البتر عبر الشريان لأن التحكم يتم بطريقة طبيعية فسيولوجية، حيث تغلق الإشارات الكهربية العضلية من ثنيات الساعد اليد وإشارات من الباسطات التي تفتح اليد.

 

في هذا المستوى، يمكن التخلص من الحزام، مما يسمح بوجود مظروف وظيفي محسّن لأن موضع الطرف الاصطناعي وتشغيل الجهاز الطرفي لا يقتصران على الأشرطة، لمزيد من مستويات البتر القريبة ترتبط أنماط الانحناء والباسطة للعضلات القريبة وتكون مناسبة تمامًا لمهام الإمساك بالأشياء وإطلاقها، كما سيستخدم مريض البتر العضلي العضلة ذات الرأسين لإغلاق اليد والعضلة ثلاثية الرؤوس لفتح اليد لأن نمط الانثناء يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالإمساك ونمط الباسطة يرتبط بالإفراج.

 

من العيوب المهمة لهذا النوع من التحكم عدم وجود ردود فعل مباشرة من نظام التحكم للمستخدم فيما يتعلق بموضع وسرعة وقوة المكون الذي يتم التحكم فيه، كما يجب أن يعتمد مستخدمو نظام التحكم الكهربائي العضلي بشكل أساسي على التغذية الراجعة المرئية أثناء تعاملهم مع بيئتهم باستخدام الطرف الاصطناعي، نجحت جراحة إعادة تعصيب العضلات المستهدفة.

 

وفي زيادة عدد مواقع التحكم العضلي الكهربي القابلة للاستخدام وربطها مباشرة بوظائف أكثر بُعدًا، باستخدام إعادة تعصيب العضلات المستهدفة، يتم نقل الأعصاب المتبقية في الذراع إلى عضلات الصدر أو العضد المتبقية التي لم تعد تعمل من الناحية الميكانيكية الحيوية بسبب فقدان الأطراف وبعد إعادة التعصب تعمل هذه العضلات كمضخمات بيولوجية للأوامر الحركية من أعصاب الذراع المنقولة وتوفر إشارات كهروضوئية مناسبة من الناحية الفسيولوجية للتحكم في الكوع والمعصم واليد.

 

التحكم الهجين بالطرف

 

يجب أن يفرض ترتيب التحكم المحدد الحد الأدنى من الضغط العقلي على المستخدم (أي التحك لا ينبغي أن يكون الطرف الاصطناعي معقدًا لدرجة أنه يصبح الهدف الأساسي لاهتمام المستخدم). في مواجهة تعقيد التركيبات الثنائية عالية المستوى، يمكن أن يتسبب تغيير بسيط على ما يبدو في استراتيجية التحكم في حدوث تفاعل متسلسل لتفاعل مصدر التحكم.

 

على الرغم من أن المكونات الهجينة (الكهربائية جنبًا إلى جنب مع الطاقة الجسدية) وأجهزة الإدخال الهجينة قد توفر أكثر النتائج المرغوبة، إلا أن هذه الأنظمة يمكن أن تكون متطلبة من الناحية الفنية وتتطلب أن يتمتع فني الأطراف الاصطناعية بدرجة عالية من الإبداع والمعرفة. في تجربة، الفوائد التي يجنيها مستخدمو الأنظمة المهجنة تفوق بكثير الصعوبات الفنية في إنتاج هذه الأنظمة، مفتاح التصميم الأمثل للأطراف الاصطناعية للمبتور الثنائي يكمن في التفاصيل ويجب مراعاة كل التفاصيل بعناية لتحقيق أفضل النتائج.

 

الأطراف الاصطناعية النموذجية

 

نظرًا للعدد الكبير من خيارات المكونات والتحكم المتاحة لمبتور الطرف العلوي، يُنصح غالبًا بإعداد تجربة إكلينيكية للتصميم المقترح باستخدام نموذج أولي للطرف التعويضي. بالنسبة لمريض بتر ذراع أعلى مستوى، يمكن أن تكون هذه العملية ضرورية لنتائج إعادة التأهيل التعويضي، يعد توافر جميع خيارات المكونات والقدرة الفنية على خلط المكونات ومطابقتها من مختلف الشركات المصنعة أمرًا بالغ الأهمية لنجاح هذا النهج.

 

أساس النموذج الأولي للأطراف الاصطناعية هو واجهة مُجهزة جيدًا للتقييم، يمكن استخدام نموذج أولي للأطراف الاصطناعية لفترات زمنية تتراوح من بضع ساعات للتركيبات المباشرة جدًا إلى عدة أشهر للحالات الصعبة التي يجب فيها تقييم العديد من الخيارات الاصطناعية، كما يسمح استخدام النموذج الأولي للأطراف الاصطناعية لمريض البتر والأطراف المعنية الأخرى بتقييم والتحقق من فعالية أي مكون اصطناعي معين وتكوين التحكم قبل الانتهاء من الطرف الاصطناعي النهائي.