صنایع پروتز و ارتز در شرف برخورد با سدی هستند که به طور جدی پیشرفت نسل بعدی دستگاه‌ها را محدود می‌کند. این سد، پوست است. تا همین اواخر، عملکرد مکانیکی عامل محدود کننده‌ی میزان عملکرد یک دستگاه برای بازیابی عملکرد بیمار، هم برای اندام مصنوعی و هم برای ارتزهای کمکی راه رفتن بود. پیشرفت‌های دهه گذشته در عملکرد مکانیکی این دستگاه‌ها، کیفیت زندگی بیماران را افزایش داد و دستگاه‌ها به عملکرد طبیعی نزدیک شدند. با مجله فناوریهای توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.
پیشرفت‌های دهه گذشته در عملکرد مکانیکی ارتزها و پروتزها، کیفیت زندگی بیماران را افزایش داد و عملکرد این دستگاه‌ها را به اندام طبیعی نزدیک کرد. دستگاه‌های پروتز از این توسعه بیشترین بهره را بردند. ارتزهای کمکی راه رفتن (یا اسکلت‌های بیرونی) نیز به سرعت در حال پیشرفت هستند، به طوری که برخی از این سامانه‌ها اکنون به بیماران پاراپلژیک اجازه می‌دهند به طور مستقل راه بروند.
با این حال، از منظر بیمار، این دستگاه‌ها هنوز هم می‌توانند بهتر عمل کنند. تعامل میان بیمار، سامانه کنترلی و مکانیک دستگاه هنوز بسیار طبیعی نیست و دلیل آن هم عدم تطابق میان ورودی بخش کنترلی و عملکرد دستگاه است.
همچنین استفاده از این دستگاه‌ها به‌طور قابل توجهی بر بیمار تأثیر می‌گذارد؛ هم از نظر تلاش فیزیکی که منجر به خستگی عضلانی می‌شود و هم بار شناختی ناشی از نیاز به یادآوری تعداد فزاینده‌ای از اقدامات کنترلی غیرطبیعی. در اسکلت‌های بیرونی، این تلاش قابل مشاهده است، اما در پروتزهای مدرن این تلاش پشت اعمال مکانیکی از پیش برنامه‌ریزی‌شده پنهان است.
این بار فیزیکی و شناختی تنها با طراحی دقیق سامانه کنترلی و ورودی‌ها، کاهش می‌یابد. بدیهی است که دریافت و تفسیر دقیق سیگنال عصبی-عضلانی، کلید داشتن یک سامانه کنترلی با دقت بالا است. با این حال، محدودیت‌های حسگرهای مورد استفاده در این دستگاه‌ها، سقفی را بر دقت سیگنال می‌گذارد. بنابراین حسگرها بر دقت کنترلی که می‌توان به آن دست یافت، تأثیر می‌گذارند. فراتر از این سقف، جایی است که بیمار باید آگاهانه تفاوت در قابلیت‌ها را – با بار فیزیکی و شناختی – جبران کند.
محدودیت‌های الکترومیوگرافی برای پروتز و ارتز
در پروتزها، الکترومیوگرافی سطحی (EMG) به سامانه سنجش ثابتی تبدیل شده است. زیرا حسگرهای میوالکتریک ارزان هستند و می‌توانند در بیشتر انواع سوکت گنجانده شوند. با این حال، به دلیل تضعیف سیگنال‌های عصبی-عضلانی و همچنین پراکندگی منابع سیگنال از روی پوست، یک محدودیت اساسی برEMG سطحی وجود دارد.
حتی با روش‌های پیشرفته مانند عصب‌دهی مجدد عضلانی، اقدامات مورد نیاز برای ثبت سیگنال‌های EMG و هدایت یک پروتز میوالکتریک هنوز پیچیده و غیرطبیعی است و بار فیزیکی و شناختی را می‌افزاید.
برای بیماران دچار اختلال عصبی-عضلانی یا فلجی، EMG سطحی یک گزینه نیست. سامانه‌های تجاری کنونی به استفاده دستی از کلیدهای کنترلی برای هدایت سخت‌افزار متکی هستند. مانند اسکلت بیرونی که الگوهای حرکتی از پیش برنامه‌ریزی شده‌ای برای بازیابی حرکت دارد. این به طور کامل هرگونه کنترل طبیعی یا شهودی را از دستگاه حذف می‌کند. بنابراین، اسکلت‌های بیرونی فعال در عین کاهش فعالیت بدنی بیمار، می‌توانند با توسل به یک سامانه کنترلی که به طور کامل بر عمل آگاهانه تکیه دارد، بار فیزیکی و شناختی را افزایش دهند. همچنین آنها از عصاهای پشتیبان نیز استفاده می‌کنند.
ملاحظات اساسی برای توسعه نسل بعدی دستگاه‌های پروتز و ارتز این فرض ساده است: اگر EMG سطحی قادر به ارائه سیگنال دقیق مورد نیاز ورودی‌های کنترلی نباشد، سیگنال‌های کنترلی بهتر را از کجا می‌توان دریافت کرد؟
اینجاست که پوست به طور فزاینده‌ای به عنوان یک مانع غیرقابل نفوذ دیده می‌شود. و اکنون مانع اصلی برای توسعه آینده دستگاه‌های پروتز و ارتز است.
مانعی بیش از یک سطح
پوست چیزی بیش از یک مانع فیزیکی است که باید بر آن غلبه کرد؛ یک مانع روانی هم در بیمار و هم در پزشک برای استفاده از یک سامانه قابل کاشت وجود دارد. ایمپلنت‌ها همیشه یک مانع ذهنی داشتند، و این مانع “جراحی” است.
وقتی صحبت از پروتز به میان می‌آید، جنبه روانی کمی عجیب است. چرا که مسیر درمانی شامل جراحی برای قطع عضو می‌شود، بنابراین دسترسی به سیستم عصبی به راحتی فراهم می‌شود و نجات اعصاب باقیمانده بخشی از یک روش استاندارد است.
برای بیماران مبتلا به اختلال عصبی-عضلانی، مانع ذهنی و روانی کمی قابل درک‌تر است. پس از اینکه جراحی برای ترمیم آسیب انجام شد، بهتر است از جراحی بیشتر اجتناب شود تا اعصاب باقیمانده این فرصت را داشته باشند تا مسیرهایی را که ممکن است هنوز قابل دوام هستند را ترمیم کنند.
در هر صورت، در پروتز و ارتز، جراحی همیشه به عنوان آخرین راهکار مورد توجه است و در صورت امکان باید از آن اجتناب کرد. انگیزه عمومی در حوزه پزشکی به سمت روش‌های کمتر/غیر تهاجمی است. درمان‌های غیرجراحی ستودنی هستند و هرگونه درمانی که آسیب‌های روحی بیمار را در طول درمان کاهش دهد، باید دنبال شود – اما نه کورکورانه.
اما تنها جایی که می‌توان سیگنال‌های کنترلی با دقت بالاتر را برای این بیماران به دست آورد، از درون بدن است.
یکپارچه‌سازی عصبی برای کنترل دستگاه‌های پروتز و ارتز یک جهش بزرگ رو به جلو در دقت سیگنال و البته، پیچیدگی پیاده‌سازی است. در حال حاضر، بدون شک، استفاده از سیستم عصبی دشوار است. اما تنها به این دلیل که دهه‌ها توسعه و سرمایه‌گذاری که سامانه‌های سنجش سطحی دریافت کردند را نداشته‌اند.
فراتر از EMG سطحی
عصب‌دهی مجدد عضلانی روشی است که نخستین گام را در عبور از این سد برمی‌دارد. در این روش فاسیکل‌ها در اعصاب محیطی مربوط به فعالیت‌های عضلانی ویژه شناسایی می‌شوند. و اتصال مجدد آنها در بخش‌های ماهیچه‌ای اضافی، اجازه می‌دهد از EMG سطحی برای بیماران قطع عضو استفاده شود.
اما اگر در تلاشید تا با جراحی، اتصال مجدد این اعصاب را برقرار کنید، چرا به طور مستقیم به یک الکترود و حسگر متصل نمی‌کنید و از مضرات تلاش برای حس کردن از روی پوست عبور نمی‌کنید؟
پین‌های تثبیت استخوانی یک گام دیگر برای عبور از سد پوست هستند و یک مجرا برای سیگنال‌های عصبی-عضلانی ارائه می‌دهند. این اتصال مستقیم، یکپارچگی سیگنال را هنگام عبور از پوست تضمین می‌کند. بنابراین دقت سیگنال را حفظ می‌کند. این روش تعداد کانال بسیار بالاتری را نسبت به سنجش سطحی فراهم می‌کند.
همچنین گزینه‌ای برای نصب فراهم می‌کند که تعداد قابل توجهی از مشکلات موجود با سوکت‌های پروتز را کاهش می‌دهد، مانند تنوع تناسب روزانه، محدودیت‌های دامنه حرکت و همچنین مسائل اساسی راحتی در دراز مدت و وزن دستگاه. یک سوکت می‌تواند تا نصف وزن یک پروتز به آن بیافزاید.
پیشرفت در فناوری مواد موجب شده است که این تثبیت کننده‌ها به طور کامل در بدن ادغام شوند و اتصالات قوی و پایدار طولانی مدت را تضمین کنند.
روش‌های فوق این فرض را دارند که مسیرهای عصبی-عضلانی مورد نیاز برای کنترل پروتزها و ارتزهای با عملکرد بالا هنوز برای استفاده در دسترس هستند. در جایی که سیستم عصبی-عضلانی وجود ندارد یا آسیب دیده است، تنها یک اتصال عصبی مستقیم قادر به بازیابی مسیر سیگنال است. سپس مسئله این است که اتصال باید از کجای مسیر عصبی برقرار شود؟
اما این می‌تواند در هر نقطه‌ای از سیستم عصبی، از اعصاب محیطی دیستال تا مغز، بسته به سطح قطع عضو یا آسیب عصبی باشد.
رابط‌های عصبی
رابط‌های عصب محیطی یک فناوری قدیمی است و نسبت به هر روش زیر پوستی دیگر عوارض کمی دارد. الکترودهای پدال، کاف و میکرو سیم به خوبی توانایی حس کردن سیگنال‌های سیستم عصبی را در مدت زمان طولانی ثابت کرده‌اند. تنها محدودیتی که در این حسگرها وجود دارد اندازه‌ای است که می‌توان آنها را تولید کرد.
روش‌های میکرو جراحی برای بازسازی عصب، برقراری اتصال را امکان‌پذیر می‌سازد، اما درج الکترود در مقیاس مناسب و مورد نیاز برای هدف قرار دادن فاسیکل‌های عصبی محیطی، باید زیر میلی‌متر و چند صد میکرون باشند. که به طور معمول خارج از برنامه‌های تحقیقاتی در دسترس نیستند.
در سطوح بالاتر در سیستم عصبی محیطی و قطعاً در طناب نخاعی، توانایی مکان‌یابی و شناسایی فاسیکل‌های مناسب دشوار می‌شود. اینجاست که مانع ذهنی و روانی جراحی تشدید می‌شود و غالب می‌شود. زیرا این کار ظریف و زمان‌بر است و ممکن است پیامدهای شدید یا هرگونه آسیب جانبی داشته باشد.
در نهایت، در سطح مغز چطور؟ اگر چشم انداز جراحی در هر سطحی دارای مانع روانی بالایی باشد، افزودن «مغز» در مقابل آن، تنها این مانع ذهنی را بزرگتر می‌کند. اما اینجاست که سیگنال‌های عصبی در خالص‌ترین حالت خود قرار دارند و مکان مراکز محرک برای مسیرهای عصبی-عضلانی مختلف به بهترین شکل تعریف شده است. قشر حرکتی یکی از مناطقی است که به خوبی نقشه‌برداری شده است. برای افراد کوادری‌پلژیک سطح بالا، که در آن آسیب مسیر عصبی تمام نقاط اتصال محیطی یا نخاعی را غیرقابل استفاده کرده است، این تنها جایی است که سیگنال‌های کنترلی از آنجا قابل تشخیص است.
پیشرفت‌ها در الکترونیک منعطف و روش‌های ساخت میکرو، امکان دسترسی بی‌نظیر به سیگنال‌های مغزی و استخراج سیگنال‌های حرکتی ظریف را ممکن می‌کند.
یکپارچگی عصبی
بدون ارتباط عمیق‌تر و مستقیم‌تر با بیماران، دستگاه‌هایی که برای آنها تجویز می‌شوند همیشه مانند چیزی دیگر و خارجی برای آنها باقی می‌مانند. پتانسیل ایمپلنت‌های یکپارچه عصبی در پروتزها و ارتزها کمتر از بازیابی کنترل طبیعی و شهودی این دستگاه‌ها نیست.
همچنین این نوید را دارد که اطلاعات حسی را به سیستم عصبی ما بازگرداند. در نهایت به دستگاه اجازه می‌دهد تا به جای یک دستگاه خارجی، بخشی از شخص شود.
سامانه‌های کنترلی و یکپارچه عصبی باید مرحله بعدی توسعه دستگاه‌های پروتز و ارتز باشند، در غیر این صورت آنها تنها به‌عنوان ابزار کمکی باقی می‌مانند، نه اینکه واقعاً ترمیم کننده باشند.
ما باید زیر پوست بیمارانمان برویم تا بدنشان را به آنها بازگردانیم.
>> پروتزهای خلاقانه موجود در بازار
>> انقلابی در فناوری بیونیک با Ability Hand
منبع: cambridgeconsultants.com
«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است.»
