پای مصنوعی هوشمند و انواع فناوری‌های آن

اندام مصنوعی بطور کلی برای جایگزین شدن یکی از اجزای پروتز پا از دست رفته ساخته می شود تا بتواند توانایی فعالیت هایی را به فرد قطع عضو بدهد

قطعا هیچ پای مصنوعی نمی تواند جایگزین کامل پای سالم از دست رفته شود ولی با پیشرفت فناوری و تکنولوژی در زمینه پروتز، امروزه شاهد پروتز های مختلف با عنوان پروتز پای هوشمند هستیم.

افرادی که به هر دلیل مجبور به قطع پا شده اند ، دامنه انتخاب گسترده‌ای دارند مدل‌های مختلف پروتز پای مصنوعی برای فعالیت‌های گوناگون ، از پیاده روی ، رقص و دویدن گرفته تا دوچرخه سواری ، گلف ، شنا و حتی اسکی روی برف طراحی شده است .

از این رو پروتزهای هوشمند می تواند به افراد قطع عضو امکان دامنه بیشتری از فعالیت ها را بصورت تخصصی بدهد.

انواع پروتز های پا هوشمند 

در سال های اخیر پیشرفت های زیادی در پروتز های پا هم در ساختار سوکت وهم در تک تک قطعات (مانند قطعه مفصل زانو، مفصل مچ پا) آن ایجاد شده است تا فرد قطع عضو بتواند راه رفتن طبیعی را تجربه کند

برای مثال طراحی سوکت های مدرن و جدید بصورت تماس همه جانبه با استامپ طراحی می شوند در حالیکه سوکت های قدیم بصورت فشار های نقطه ای برای تحمل وزن ساخته می شدند.

و همینطور با پیشرفت تکنولوژی تلاش شد تا با تغییر جنس سوکت و استفاده از الیاف کربن وزن آن نسبت به سوکت های قدیمی کاهش یابد تا عملکرد و راحتی بیشتری را به فرد قطع عضو بدهد

علی رغم تمام پیشرفت ها و تغییرات ایجاد شده در طراحی سوکت برای راحتی بیشتر هنوز هم گزارش هایی از افراد قطع عضو وجود دارد که سوکت باعث آسیب پوستی و درد ناحیه استامپ می شود.

بنابراین محققان برای حل این مشکلات اتصال مستقیم قطعات پروتز پا به باقیمانده عضو را اجرایی کردند تا بتواند از این عوارض جلوگیری کنند این روش را اصطلاحا ایمپلنت پروتز پا یا کاشت پای مصنوعی می گویند. این روش در 5 کشور دنیا از جمله ایران انجام می شود.

علاوه بر تغییراتی که در سوکت برای افزایش راحتی و عملکرد پروتز انجام شد در طراحی قطعات پروتز نیز پیشرفت هایی ایجاد شد تا راه رفتن را طبیعی تر و راحتتر کنند

پنجه های پروتزی و قطعات مفصل زانو مختلفی طراحی شدند تا متناسب با سرعت پای طبیعی باشد و همینطور بتواند انرژی مصرفی فرد قطع عضو را کاهش دهد.

پروتز های پا بخصوص پروتز هایی که برای قطع عضو های زیر زانو و بالای زانو (پروتز بالای زانو و پروتز زیر زانو ) ساخته می شوند می توانند با توجه به فعالیت اختصاصی فرد قطع عضو می تواند دارای عملکرد ها و امکانات خاصی در قطعه پنجه پروتزی که با اهداف خاص فرد قطع عضو و فعالیت تخصصی او هماهنگ باشد. لازم به ذکر است هر چه قطعات پروتز پا هوشمند و پیشرفته باشند هزینه ساخت پروتز پا نیز افزایش می یابد.

بصورت طبیعی زمانی که فرد با دو پای سالم خود راه می رود وقتی به مانعی مانند پله ها نزدیک می شود، به آن ها نگاه می کند تا ارتفاع، شیب، عرض و غیره را بسنجیم. برای بالا رفتن از پله ها با پاهای طبیعی، به طور خودکار گام، محل قرارگیری پا، زوایای مفاصل و قدرت عضلانی خود را تنظیم می کنیم. این به دلیل توانایی مغز ما در موارد زیر ممکن است:

یک نقشه سه بعدی از محیط اطراف خود از جمله زمین را درک کنید.

از حس عمقی برای حفظ حس دقیق موقعیت بدن خود در نقشه سه بعدی استفاده کنید.

دقیقاً حرکات صدها عضله را تنظیم و کنترل کنید.

پروتز های هوشمند پا در حال حاضر در بازار تلاشی برای تکرار این سیستم پیچیده ندارند (اگرچه فناوری جدید رابط میونورال آگونیست-آنتاگونیست (AMI) ممکن است به ممکن است تا حدودی موفق باشد). در عوض، حسگرهای آنها اطلاعاتی مانند سرعت راه رفتن، زوایای مفصل و غیره را جمع‌آوری می‌کنند. سپس ریزپردازنده‌ها از این داده‌ها برای تنظیم خودکار تنظیمات مانند مقاومت مفصل، گاهی اوقات صدها یا حتی هزاران بار در ثانیه استفاده می‌کنند.این سیستم ها موضعی، واکنش پذیر و کاملاً مستقل از مغز انسان هستند. با این حال، به‌طور قابل‌توجهی موفق هستند.

از جمله مهمترین تغییرات و پیشرفت ها در قطعه ی مفصل زانوی پروتزی است که در حال حاضر دو گروه از آنها با نام های زانو های پسیو و زانوهای پاور دار ساخته شدند

زانوهای پسیو شامل زانوهای مکانیکی و میکروپروسسور

از مزایای زانو های مکانیکی وزن سبک و سازگاری سریعتر با راه رفتن فرد است

زانو های میکروپروسسوری از میکروچیپ های که به حرکت مفصل زانو در حین راه رفتن حساس است، استفاده شده است

بنابراین خیلی سریع با سرعت های مختلف راه رفتن سازگار می شود

اطلاعات و سیگنال های بدست آمده توسط سنسور با الگوریتم ها و قوانین از قبل تعریف شده مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفته و در نهایت تصمیم گیری های لازم برای نحوه حرکت پا گرفته میشود.

با توجه به تصمیم گیری های انجام شده توسط ریزپردازنده، دستورات لازم به سایر بخش های پا ارسال می گردد. اطلاعات ارسال شده توسط سنسور و الگوریتم های اعمال شده نحوه حرکت مچ پا، شتاب سنج و ژیروسکوپ و سنسورهای گشتاور را تعیین می کنند.

زانوهای اکتیو و دارای موتور 

اما زانو های پاور دار دارای موتورها و عضلات مصنوعی هستند که به جای عضلات از دست رفته نیرو و حرکت را برای راه رفتن ایجاد می کنند. به این صورت که سنسورهایی روی عضلات عضو باقی مانده قرار می گیرندو از طریق ارتباط با مغز حرکت و کنترل پروتز پا انجام می پذیرد

به منظور جمع آوری اطلاعات از محیط و ارسال آن به بخش مرکزی پا و سیستم کنترلی آن، سنسور یا حسگرهایی نصب استفاده میشود. این سنسورها قادر به جمع آوری اطلاعات از محیط و سایر اندام ها می باشد.

و بسیاری از مطالعات راه رفتن در سطوح ناهموار ، افزایش سرعت راه رفتن و کنترل بیشتر اندام ها در حین راه رفتن با این زانوها را نسبت به زانو های میکروپروسسوری تایید کرده اند

اما معایبی چون عمر کم باتری، وزن زیاد و مشکلاتی در سازگاری با سیگنال های دریافتی از عضلات عضو باقیمانده را دارند

با همه اینها با توجه قیمت های بسیار زیاد این پروتز ها و عدم پوشش آنها توسط بسیاری از بیمه درمانی استفاده افراد قطع عضو از این نوع پروتز های هوشمند و پیشرفته بسیار کم است.

شرکت Össur در ایسلند که در طراحی و ساخت پروتز های هوشمند فوق پیشرفته تخصص دارد، نوعی پای بیونیک یا هوشمند قابل کنترل توسط ذهن ساخته است که از آن به عنوان یکی از بزرگ ترین دستاوردهای پزشکی نوین یاد میشود.

پروتزهایی که با پالس‌های ماهیچه‌ای کنترل می‌شوند، اواخر دهه ۱۹۶۰ به دنیای پزشکی معرفی شدند اما محدودیت‌های خاص خود را دارند. محققان برای ساخت پروتز جدید، از آرایههای دقیقی از حسگرها استفاده کرده‌اند که امکان کنترل ناخودآگاه آن توسط ذهن را فراهم می‌کنند. این شیوه پیشتر در اندام‌های فوقانی بدن و همچنین دست‌های مصنوعی با موفقیت به کار رفته بود اما درباره اندام‌های تحتانی بدن، موفقیت اندکی حاصل کرده بود. مشکل این بود که اندام‌های فوقانی نسبت به اندام‌های تحتانی بدن بیشتر از کنترل آگاهانه استفاده میکنند. انسان‌ها از بازوها و دست‌ها برای انجام کارهایی مانند برداشتن اشیاء بهره می‌برند و این کار به هماهنگی زیادی نیاز دارد اما آنها از پاها برای راه رفتن استفاده میکنند و کنترل مغز بر روی این عمل کمتر آگاهانه است. پاها همچنین از طریق دستورات مستقیم از مغز کنترل نمی‌شود، بلکه از طریق واکنش‌های ایجاد شده توسط نخاع کنترل می شود.

این پای بیونیکی جدید از حسگرهای کاشته‌شده‌ای بهره می‌برد که سیگنال‌ها را به طور بی‌سیم به رایانه موجود در آن ارسال می‌کنند و امکان نوعی کنترل بلادرنگ و حرکات و واکنش‌های سریع‌تر و طبیعی‌تر را فراهم می‌کند.

سیستم کنترل پای بیونیکی جدید با «حسگرهای کاشته‌شده میوالکتریکی (IMES)» کار می‌کند؛ این حسگرها که به اندازه چوب کبریت هستند، در درون عضلات خاصی در انتهای پا کاشته می‌شوند. همزمان یک گیرنده سیمپیچی موجود در درون پروتز، پالسهای ماهیچه‌ها را دریافت کرده و آن‌ها را به طور بی‌سیم به رایانه پای رباتیک ارسال می‌کند. پای رباتیک و IMES به همراه یکدیگر به عنوان نوعی نخاع سایبرنتیکی عمل میکنند. به جای این که کاربر حرکات پا را به صورت آگاهانه کنترل کند، کاربر دستوری ناخودآگاه به پروتز ارسال میکند که حرکت را کنترل می‌کند.

این فناوری امکان حرکت فیزیکی آنی پروتز را فراهم می‌کند و افراد معلول دیگر نیازی به فکر کردن درباره حرکتشان ندارند، زیرا واکنش‌های ناخودآگاه آن‌ها به طور خودکار به پالس‌های میوالکتریکی تبدیل می‌شوند که پای بیونیک را کنترل میکنند.

در طی کارآزمایی‌های این فناوری، دو داوطلب این پای بیونیک را به مدت یک سال استفاده کردند و دیدگاه هر دوی آنها درباره آن مثبت بود اما آزمایش‌های بالینی هنوز ادامه دارد. با ارائه این پای بیونیکی که حرکات ناخودآگاه انجام میدهد، محققان بیش از گذشته به ساخت پروتزی نزدیک شده‌اند که با کاربر هماهنگ شود. برای مشاوره درباره پروتز پای هوشمند مناسب، با کلینیک پروتزساز در تماس باشید.

راه‌های ارتباطی

مشاهده رزومه در لینکدین

درباره متخصص

Mohamad Esmaeeli

متخصص ارتز و پروتز (ارتوپدی فنی)

محمد اسماعیلی، متخصص ارتز و پروتز و مؤسس کلینیک ارتز و پروتز بارمان، دارای مدرک کارشناسی و کارشناسی ارشد ارتز و پروتز از دانشگاه علوم پزشکی ایران و بیش از ۱۶ سال سابقه در حوزه ارتوپدی فنی است. او فعالیت حرفه‌ای خود را از سال ۲۰۰۹ آغاز کرد و در مراکز تخصصی مختلف از جمله مرکز ارتز و پروتز پیشرفت و مرکز توانبخشی آرمان شایان مشغول به کار بود، و در سال ۲۰۲۲ کلینیک ارتز و پروتز بارمان را تأسیس کرد.

تخصص او شامل ارزیابی شرایط حرکتی مراجعان، طراحی و ساخت ارتز و پروتز، و ارائه راهکارهای متناسب با نیاز هر فرد است؛ سابقه‌ای که بر تجربه طولانی در ساخت تجهیزات ارتوپدی و ارتباط مستقیم با مراجعان بنا شده است.

سوابق و مدارک

کارشناسی و کارشناسی ارشد ارتز و پروتز از دانشگاه علوم پزشکی ایران، بیش از ۱۶ سال سابقه فعالیت تخصصی در حوزه ارتز و پروتز، سابقه همکاری با مرکز ارتز و پروتز پیشرفت و مرکز توانبخشی آرمان شایان و مؤسس کلینیک ارتز و پروتز بارمان.