حركة الأطراف المتبقية والأطراف الاصطناعية أثناء المشي
يعد قياس حركة الطرف المتبقي داخل تجويف الطرف الاصطناعي أثناء المشي مشكلة صعبة وقد وصفت بعض الدراسات هذه الحركة، كما ركزت بعض الدراسات على إزاحة الكبس العمودي وقد وصف الباحثون الحركة الترجمية والزاوية، كما يعتمد تقييم الكبس بشكل كبير على تقنية التعليق والقياس، حيث تتراوح القيم المبلغ عنها من حوالي 5 إلى 40 مم، كما تتراوح الحركة الزاوية لجزء الطرف المتبقي بالنسبة إلى التجويف التعويضي في المستوى السهمي من حوالي 5 درجات إلى 20 درجة.
أبلغت ثلاث دراسات عن هذه الحركات على مدار دورة المشي بأكملها، مما يوفر نظرة ثاقبة على ديناميات الأطراف المتبقية والأطراف الاصطناعية أثناء المشي، حيث يبدأ التلامس الأولي مع وضع الطرف الخلفي في التجويف، مما ينتج عن تباطؤ الطرف بشكل نشط في الطرف الاصطناعي أثناء التأرجح الأوسط إلى التأرجح النهائي. من خلال استجابة التحميل، يتم دفع الجزء الأمامي البعيد من قصبة الساق بشكل طولي وأمامي نحو الجزء الأمامي من التجويف الاصطناعي حيث يتم قبول وزن الجسم.
تشرح هذه الظاهرة التقرير الشائع للألم والتهيج في القصبة البعيدة بعد الاتصال الأولي مباشرة، أثناء الوقوف الطرفي والجناح ينثني الطرف المتبقي ويتحرك للأمام لخلق اللحظة اللازمة لتحميل القدم الاصطناعية. في الضغط المسبق، تقتصر قوى الدفع المستخدمة لدفع الطرف للأمام إلى التأرجح على الارتداد السلبي للطاقة المخزنة في القدم الاصطناعية ويجب أن يُستكمل بالطرف المبتور الذي يسحب الطرف الاصطناعي للأمام.
هذا الفارق بين الدفع المحدود للقدم الاصطناعية وكتلة الطرف الاصطناعي وقصورها الذاتي وسحب الطرف المبتور، يخلق قوى تميل إلى إطالة كل من الطرف المتبقي ونظام التعليق. لذلك، يتحرك الجزء المتبقي بشكل قريب وينثني بالنسبة إلى التجويف أثناء التأرجح الأولي لبدء تسريع الطرف الاصطناعي للأمام، كما تبلغ هذه الحركات ذروتها في نهاية التأرجح الأولي، يبدأ الجناح الأوسط في تباطؤ الطرف الاصطناعي عن طريق الترجمة الخلفية للطرف المتبقي بالنسبة إلى التجويف.
آليات التحكم في واجهة الطرف الاصطناعي
يحدث تحدٍ جديد للتحكم في الحركة عندما يتطلب البتر من الفرد استخدام جهاز ميكانيكي، مثل الطرف الاصطناعي بين الطرف المتبقي والبيئة، كما يتحكم الجهاز العصبي العضلي في الطرف المتبقي لإنشاء أزواج قوية (على سبيل المثال، لحظات أو عزم دوران) داخل تجويف الطرف الاصطناعي للتأثير على القوى والحركة عند القدم الاصطناعية.
أظهرت الأبحاث الحديثة أن أنماط التنسيق المتغيرة المسجلة في الأطراف المتبقية لمستخدم الطرف الاصطناعي مرتبطة بالمهمة المتغيرة المتمثلة في التحكم في تجويف الطرف الاصطناعي، كما تخلق طبيعة نظام الأطراف الاصطناعية نقطة شبه كاذبة بين الطرف المتبقي والجهاز التعويضي، لأن الطرف الاصطناعي غير متصل مباشرة بالنظام الهيكلي.
لذلك، يجب أن تتحكم عضلات الطرف المتبقي في الطرف المتبقي والطرف الاصطناعي الكاذب بالعضلات التي لا تعبر هذا المفصل للتحكم في نقطة النهاية (القدم)، كما تتضمن أمثلة هذا التنسيق المتغير استخدام العضلة المعوية المبتورة وفقًا لدورها الوظيفي الجديد كمثني الركبة المفصل وتأخير تنشيط الفخذ المستقيم للحد من تمديد الركبة لتقليل الضغط على المنطقة المأبضية من الركبة والقصبة الأمامية البعيدة عند الضرورة.
تشير هذه التنسيقات العضلية المتغيرة إلى نموذج للتحكم في المحرك حيث تقدم واجهة تجويف الأطراف قيدًا إضافيًا، جنبًا إلى جنب مع المهمة نفسها والتي تؤثر على الأداء العام. وبالمثل، تم التحقيق في قيود أكثر بديهية على نظام حركة مبتوري الأطراف الاصطناعية، مثل تصميم القدم الاصطناعية، كما أبلغ الباحثون عن أنماط مشية طبيعية أكثر فيما يتعلق بتقلبات خطوة بخطوة عند استخدام النظام العصبي العضلي للقدم بصلابة وخصائص ترطيب تتوافق مع أنشطة المستخدم.
أدى تعديل خصائص الصلابة والترطيب للقدم الاصطناعية إلى تغيير التحكم العصبي العضلي للطرف الاصطناعي أثناء الحركة وبالمثل، ينبغي توقع أن يؤدي تعديل واجهة مأخذ التوصيل إلى إحداث تعديلات حركية متغيرة مثل هذا الفهم بالغ الأهمية لأنه يسلط الضوء على الحقيقة أن الطرف الاصطناعي ليس بديلاً ميكانيكيًا للطرف السليم ولن ينتج نفس الميكانيكا أو الحركات التي يختبرها الأفراد المصابون بأطراف سليمة، كما قد لا يكون مثل هذا الهدف مرغوبًا فيه، تم توضيح التحكم في الواجهة في الأطراف السفلية من قبل مستخدمي الأطراف الاصطناعية مع بتر عبر الساق وفي الأفراد الذين يعانون من أطراف سليمة باستخدام أجهزة تقويم مصممة خصيصًا لمحاكاة ميكانيكا الطرف المتبقي والأطراف الاصطناعية في الطرف العلوي فيما يتعلق باستخدام الأدوات. على غرار استخدام الأداة في الطرف العلوي، الواجهة بين الطرف البعيد حيث يعتبر جزء الطرف السفلي (البقايا) والأداة (الطرف الاصطناعي) ضمن التحكم الحركي لتحسين ميكانيكا الحركة عند نقطة نهاية الأداة (القدم الاصطناعية).
إن مشاهدة الاستخدام التعويضي في سياق استخدام الأداة يغير النموذج السريري المرتبط بهذه الفئة من السكان، حيث تركز الأهداف السريرية في إعادة التأهيل حاليًا على تقليل انحرافات المشي، ومع ذلك، فإن الحقيقة هي أن هذه الانحرافات هي تعديلات آلية يقوم بها النظام الحركي للتحكم في أداة (مثل الأطراف الاصطناعية)، كما يؤدي فحص الحركة التعويضية في سياق استخدام الأداة إلى تغيير النموذج السريري من محاولة تقليل الانحرافات إلى فهم أن هذا السلوك مرتبط بالتحكم، كما يؤدي هذا إلى تحويل التركيز إلى تحسين وظيفة نظام الأطراف الاصطناعية ويمثل رؤية أكثر تركيزًا على الشخص لتصميم الأطراف الاصطناعية.
مستقبل تصميم الأطراف الاصطناعية
سيستمر اكتشاف مواد جديدة والتقدم التكنولوجي في دفع تصميم الأطراف الاصطناعية الجديدة عبر القصبة، كما يتم حاليًا تنفيذ العديد من المشاريع لتحسين ملاءمة المقبس وأدائه وتعزيز تطوير تجاويف الأطراف الاصطناعية المشوهة وتحسين تصنيع الأطراف الاصطناعية وتحسين إدارة الرطوبة داخل واجهة الطرف الاصطناعي.
يتغير ملاءمة الطرف الاصطناعي لأن حجم الطرف المتبقي يتقلب على مدار اليوم بينما يحتفظ التجويف بشكله، كما قد يكون من المفيد استخدام تجويف اصطناعي أو نظام بطانة مع بعض الطرق للتعويض عن تغيرات الحجم، استخدمت التصميمات المبكرة للتحكم في الحجم تضخمًا أو انكماشًا للمثانة الهوائية أو الهيدروليكية المضمنة في الخيط، كما تستمر هذه التصميمات القائمة على المثانة في التحسن مع قيام الباحثين بتطوير مواد أفضل وأساليب إبداعية للتحكم في هذه الأنظمة، تستخدم الأنظمة الأخرى ضغطات متنوعة من المناطق التي تتحمل الضغط باستخدام آلية الكبل والسقاطة الخاضعة للتحكم المستخدم للتعويض عن تغيرات الحجم، كما يجب تحسين التصميمات الحالية وتطوير تصميمات جديدة مع توفر تقنيات أفضل.
يمكن تصميم المقبس الاصطناعي جنبًا إلى جنب مع نظام استشعار قائم على المقبس ومعالج دقيق ومشغلات مدمجة داخل المقبس لتغيير خصائص شكله أو صلابة أثناء دورة المشي، كما يمكن لمثل هذه الميزة تقليل حركة الطرف المتبقي داخل المقبس مع تحسين التحكم في الواجهة، يمكن أن يتشوه التجويف بشكل نشط لتحميل الأنسجة الرخوة للطرف المتبقي مسبقًا ومنع الترجمة الخلفية وتمديد الطرف المتبقي قبل الاتصال الأولي وتيسير الانتقال إلى الوسط.
يمكن أيضًا تعديل حجم وتوقيت تشوه المقبس بناءً على سرعة المشي والتضاريس التي يتم التفاوض عليها، لن يؤدي هذا النوع من التجويف الديناميكي الذي يتم التحكم فيه بشكل فعال إلى القضاء على الحركة داخل تجويف الطرف الاصطناعي ولكنه سيعزز التحكم في الجهاز لأن الجهاز سينفق الطاقة لضغط الأنسجة الرخوة وتسهيل نقل أفضل للطاقة بين الهيكل العظمي والجهاز. من المحتمل أن يتم تسريع عملية تطوير مآخذ الأطراف الاصطناعية القابلة للتشوه بشكل نشط حيث تعثر مختبرات الأبحاث على تطبيقات إبداعية للمواد المتغيرة الشكل.
