توانبخشی بیماران ضعف عضلانی با ارتز

توانبخشی عبارت است از فرآیندي هدف گرا و داراي محدودیت زمانی که  هدفش توانا ساختن یک شخص  داراي اختلال براي رسیدن به  یک سطح ذهنی، جسمی ،اجتماعی و کارکردي مناسب است، که در این راه او را براي تغییر دادن است که به منظور بازتوانی و توانمندسازي فرد داراي ناتوانی انجام می شود. امروزه با پیشرفت فناوري در حوزه ي رشته هایی چون مکاترونیک و مهندسی پزشکی، شاهد طراحی و ساخت رباتها و سامان -هایی در این زمین ، و بهین سازي و به روز کردن برخی دیگر با توجه به گسترش علم روز و نیاز هاي بشر میباشیم .

از جمل این فناوري ها در حوزه مهندسی پزشکی، در شاخه ارتوپدي فنی و توانبخشی می توان به خوبی شاهد نیازهاي این بخش به علومی چون مهندسی مکاترونیک، به منظور طراحی، ساخت و بهین سازي بعضی ارتزهاي توانبخشی براي بیماران بود. خدمات توانبخشی مبتنی بر جامع ، استفاده از تجهیزات ساده، قابل ساخت و موجود در جامع ، مشارکت اعضاي خانواده و جامع از طریق آموزش مهارت هاي ساده ارائ خدمات در محیط طبیعی زندگی می باشد.

مشکلات بیماران با ضعف عضلات اکستانسور دست:

نخاع، اصلی ترین رسانگاهی است که از طریق آن اطلاعات حرکتی، ادراکی، غیر ارادي و آگاهان در بین بدن و مغز جا به جا می شوند. رشته هاي عوبی که به نختاع وارد متی شوند، سبب تهییج سلول هاي عضلانی می شوند و اطلاعات حسی را از نواحی پوست یا بخش بیرونی دریافت می کننتد.

رشت هاي عوبی براساس طبق ي ستتون فقترات که در آن قرار دارند طبق بندي می شوند. به عنوان ماتال، رشته هاي عوبی که از پنجمین ستون نخاع گتردن ختارم متی شتوند، ماهیچ هاي 5 گردن را تهییج می کننتد. به همین شکل، اطلاعات ادراکی از لایت هاي خارجی پنجم وارد کانال ستون فقرات در پنجمین مهره ي گردن می شوند. آسیب نخاعی، سبب بند آمدن حرکت سیگنال هاي ادراکی و حرکتی می شود و بسته به سطح آسیب، منجر به ضعف ادراکی و حرکتی می گردد .

آسیب نخاعی (SCI) منجر به از هم گسستگی ساختار نخاع می شود و همراه با الگوي پیچیده اي از فرآیندهاي آسیب زا می باشد که سبب وخیم تر شدن آسیب وارده می گردند .اگرچه این موارد می توانند از لحاظ کارکردي کامل باشند اما اکثریت آسیب ها منجر به از هم گسستگی کامل نخاع نمی گردند. آسیب پایدار اغلب با حرکت پیرامونی بافت ها همراه با حفره ي کیس ي مرکزي اتفاق می افتد. با مبتلا شدن فرد در اثر بیماري هایی همچون سکته مغزي و بیماري هاي مادرزادي و همچنین حوادثی از قبیل تصادفات و ضرب دیدگی هاي سخت ممکن است شخص دچا ر چنین ضعف هایی در حرکت دادن مچ دست خود به بالا و پایین شود.

انواع ارتز:

ارتز یا ارتوز، در لغت به معناي وسیله اي میگویند، که براي حمایت از یک عضو و یا توجیه تغییر شکلی که در عضو وجود دارد بکار میرود. بنا بر نیاز بیمار ارتز هاي گوناگونی از لحاظ نوع طراحی و ساخت، جنس بدن اصلی و همچنین ازنگاه مکانیک )مکانیزم( عملکرد که به صورت کلی به دو نوع فعال و غیر فعال تقسیم بندي میشوند، و نهایتا با توجه به شرایط فرد مورد نظر تجویز میشود.

ارتزهاي اکتیو از جمله وسایلی هستند که جهت کمک به حفظ تعادل بیمار در ایستادن و یا راه رفتن، به صورت گسترده مورد استفاده قرار می گیرند.ارتز اکیتو از دو بخش تشکیل شده است : یکی ساختار مکانیکی ارتز که علاوه بر ثبات لازم، قابلیت حرکت و تنظیم پذیري در س صفح ساجیتال ،کرونال و ترانسفر را دارد و بدین ترتیب پزشک می تواند با توجه به نوع و میزان آسیب دیدگی فرد، زوایاي حرکتی را تنظیم کنتتد. قسمت دوم شامل طراحی سیستم الکترمکانیکی جهت کنترل و فراهم کردن نیروي لازم براي حرکت دادن ارتز می باشد و بیمار قادر خواهد بود حرکات خود را کنترل کند.

اهداف تجویز ارتز:

کمک به حرکت و جابه جایی فرد . جلوگیري و کاهش کوتاهی عضلانی. افزایش تعادل و ثبات فرد. حفظ وضعیت عملکردي اندام. کاهش اسپایس و سفتی اندام و… را اشاره کرد.

ارتز هاي غیرفعال:

براي بیماري ذکر شده چند نمون ارتز غیر فعال طراحی و ساخت شده است که به یک نمون پر کاربرد در زیر پرداخت می شود.ارتز NESS-H 200 براي افراد داراي آسیب هاي میان گردنی می توانند به دو گروه متمایز تقستیم شتوند: آن هایی که داراي توان کششی مچ بدون گرانش هستتند و آن هایی داراي توان کششی مچ در خلاف گرانش هستند. افراد داراي فلج چهارگان ي C5، عموما از انعطاف کافی آرنتج برخوردارند اما این حالت براي کشتش مچ وجود ندارد.

تجویز عیوب مصنوعی براي ایجاد توانایی در گرفتن اشیاء و رهایی آن ها سبب تامین کتارکرد دلخواه که در مطالعات سیستم فري هند نیز آماده می شود. در دسترس بودن نسل بعدي انواع مصنوعی  بعد از تکمیل آزمایشات کلینیکی پیش بینی می شود. تا آن زمان ،NESS H200 در بیونس ها یافت می شود. ارتروزیس مفولی منعطف ارتروزیستی کاربردي براي افراد داري فلج چهارگان ي مهره ي ششم )C6( می باشد و علیر غم یافت هاي استفاده بعد از جداسازي در معیارهاي مراقبت قرار می گیرد. این باید به عناون گزینه اي براي بیمار ارائ شود که مربو به عملکرد مستقل وحتی اگر  انتقال تاندون فراهم شده باشد.

فعال براي ضعف عضلات اکستانسور دست:

در این این سیستم که ارتز طراحی و ساخت شده در این مقال است، هر دو حرکت فلکشن و اکستنشن با توجه به مکانیزم طراحی شده و نحوه قرار گرفتن موتور تا حد قابل قبولی تامین میشود. در بخش هاي بعدي به جزئیات آن اشاره خواهد شد. ابتدا پس از قالب گیري از دست بیمار با استفاده از گچ پزشکی، پس از نیم ساعت به آرامی و به نحوي که فرم خود را از دست ندهد توسط تکنسین مربوط از دست بیمار جدا شده و آماده مرحل بعدي میشود. در این مرحل ابتدا داخل قالب که ناحیه اي تهی است از مخلو گچ و آب پر شده و سپس به منظور سهولت براي انجام مراحل بعدي عملیات از یک میله به عنوان دست قالب ،داخل آن استفاده می کنند.

پس از آماده شدن قالب با استفاده از ورق پلاستیک p.p اطراف موضع مورد نظر را شکل می دهند، به ترتیب که ورق پلاستیک را داخل داستگاه فر مخووص گذاشت و تا 181 درج به مدت حداکار 2 دقیق گرم می کنند تا به شکل کاملا انعطاف پذیر بیاید. لازم به یادآوري است که ضخامت ورق مورد نظر در این پروژه 4میلیمتر است. درمرحل ي بعدي پس از شکل دهی ورق پلاستیکی حرارت دیده را به دور قالب کشیده و با باند پارچ اي می ببندند تا ا ز ورود هوا جلوگیري شده و به مرور خنک و شکل قالب را به خود بگیرد. حال قسمت پلاستیکی مکانیک ارتز براي ادام مراحل بعدي آماده است.لازم به ذکر است تمامی مراحل قالب گیري و ساخت مکانیک ارتز در آزمایشگاه ارتپد فنی، دانشکده علوم توانبخشی، دانشگاه علوم پزشکی اصفهان، بصورت کاملا استاندارد ساخت شده است.

در مرحل بعد با توجه به محاسبات انجام گرفت توسط نرم افزار سالیدورکس فاصله ي بین قسمت اولیه و ثانویه با توجه به اندازه دست بیمار، ایتتن دو قسمت توستتط سوراخکاري و پرچ به یگدیگر متول می شود.

طراحی و محاسبات بخش مکانیک ارتز:

در طراحی نرم افزاري این ارتز، به منظور ساخت مهندسی و همچنین بدست آوردن بهینه ترین و بهتترین نقطه نوب عملگر الکتریکی که بتوانند حداکار از 38 درجه باز شدن مچ تا38 – درج بسته شدن موجه را پوش دهد، نیاز به طراحی ارتز در نرم افزارهاي طراحی مکانیک بود، که نهایتا به این منظور نرم افتزار ستالیدورکس انتخاب شتد. در شکل زیر طرح اولی را نمایش می دهد:

در قسمت محاسبات نرم افزاري، به دلیل اینک مشخ شود عملگر الکتریکی چند نیوتن قدرت نیتاز دارد، با توجه به قوانین حاکم بر بدن انستان، وزن مچ که معتادل 5/ 1 % از کل وزن فرد را تشکیل متی دهتد، و همچنتین وزن سازه ي ارتز و اصطحکاک هاي موجود در مکانیک مفول متدرم و تا حدودي گرفتگتی عضلات بیمار، به کمک نرم افزار Visual Nastran تحلیل نیرو ها و به دست آوردن حداقل قدرت موتور به دست آمد.

پس از انجام تحلیل در این نرم افزار، نمودار بدست آمده به صورت زیر اخذ شد. همان طور که در نمودار مشاهده می شود، محور عمودي این نمودار نمایانگر نیتروي عملگر در درجات مختلف حرکتی مچ دست است که در حالت باز شدن مچ بیشترین گشتاور را نیاز دارد. از طرفی در حالت خم شدن مچ به دلیل گرانش زمین و عدم نیاز به غلبه بر گشتاور مچ و مکانیزم مکانیک ارتز، همان طور که در شکل آشکار است نیروي ناچیزي از موتور طلب می شود. محور عمودي این نمودار نیرو بر حسب نیوتن استت، و محور افقی، زمان است.

 الکترونیک و کنترل ارتز:

به منظور کنترل عملگر الکتریکی ارتز و همچنین ارتبا بی سیم بین واحد کنترل و ارتز و بقیه ادوات از دو میکروکنترلر Atmega 8 در روي ارتز و واحد کنترل بهره گرفت شد .
عملگر خطی نوب شده در این ارتز از نوع میکرو سرو موتور خطی بوده که قابلیت کنترل در تمام بازه هاي حرکتی به صورت خطی را دارد. دلیل انتخاب این نوع موتور اولا به خاطر قادر بودن به حرکت خطی شفت موتور بوده که توسط گیریبکس قدرت مندي که ضریب تبدیل 36:1 را دارا می باشد انتخاب شد. ثانیا از لحاظ ابعاد فیزیکی براي کاربرد هاي مهندسی پزشکی مناسب است.

نتیج گیري:

در این پژوهش، ما به دنبال طراحی، شبی سازي و ساخت یک ارتز فعال جهت توانبخشی و در واقع حرکت دادن مچ دست فرد آسیب دیده در هر دو جهت خم شدن و باز شدن بوده ایم. ارتز فعال یا ب تفسیري دیگر مکاترونیکی مذکور از نظر ساختار بیومکاترونیک قابلیت کنترل و حرکت جهت هاي فوق الذکر را دارا می باشد. همچنین از نظر سهولت استفاده، سیستم به گون اي طراحی و ساخت شده که فرد مودوم یا بیمار بدون دخالت یا کمک پرستار یا اپراتور بتواند حتی در منزل یا محل کار از این ارتز استفاده کند .
ساختار ساده مکانیک و نسبتا الکترونیک این سیستم گویاي این مهم است و شایان ذکر است که در عیب یابی و تعمییر نیز این موضوع کمک بزرگی خواهد کرد. در روند کار پس طراحی وشبی سازي کردن مکانیزم مکانیک ارتز و تامین جهات حرکات مورد انتظار، از دست بیمار قالب گیري وسپس ارتز مربوط ي ساخت شد.

بعد از این مرحل با شبی سازي سیستم مذکور در نرم افزار ویژوال نسترن و تحلیل نیرو ها، قدرت مورد نیاز عملگر الکتریکی خطی بدست آمد و بعد از بهین سازي موتور مناسب انتخاب و بر روي ارتز نوب گردید. در مرحل ي بعدي، سیستم کنترل الکترونیک در نرم افزار آلتیوم دیزاینز طراحی و شبی سازي گشت و برد مدار چاپی ساخت و قطعات الکترونیک موردنیاز بر روي آن مونتاژ شد. در بخش بعدي برنام نویسی حرکت و کنترل ارتز به کمک نرم افزار بسکام با زبان برنام نویسی بیسیک نوشت و بر روي میکروکنترلر، بارگذاري شد. نهایتا پس از پایان کلی مراحل مذکور و رفع یک سري عیوب مکانیکی و الکترونیکی ارتز بر روي دست پژوهشگر پایان نام نوب و تمامی حرکات مورد انتظار محقق شد. از این پس می توان براي بیماران با ضعف عضلات اکستانسور مچ دست، ارتزي تمام بیومکاترونیکی داشت که در هر دو جهت مذکور حرکت داشت باشد

منبع:

نهمین همایش ملی مهندسی مکانیک

• امیر سالار بیدرام
• علی مختاریان
• محمد تقی کریمی