ساخت ارتز بیماران ضعف عضلانی

 

طراحی و ساخت ارتز بیماران ضعف عضلانی

توانبخشی عبارت است از فرآیندی هدف گرا و دارای محدودیت زمانی که  هدفش توانا ساختن یک شخص  دارای اختلال برای رسیدن به  یک سطح ذهنی، جسمی ،اجتماعی و کارکردی مناسب است، که در این راه او را برای تغییر دادن است که به منظور بازتوانی و توانمندسازی فرد دارای ناتوانی انجام می شود. امروزه با پیشرفت فناوری در حوزه ی رشته هایی چون مکاترونیک و مهندسی پزشکی، شاهد طراحی و ساخت رباتها و سامان -هایی در این زمین ، و بهین سازی و به روز کردن برخی دیگر با توجه به گسترش علم روز و نیاز های بشر میباشیم .

از جمل این فناوری ها در حوزه مهندسی پزشکی، در شاخه ارتوپدی فنی و توانبخشی می توان به خوبی شاهد نیازهای این بخش به علومی چون مهندسی مکاترونیک، به منظور طراحی، ساخت و بهین سازی بعضی ارتزهای توانبخشی برای بیماران بود. خدمات توانبخشی مبتنی بر جامع ، استفاده از تجهیزات ساده، قابل ساخت و موجود در جامع ، مشارکت اعضای خانواده و جامع از طریق آموزش مهارت های 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 ارادی و آگاهان در بین بدن و مغز جا به جا می شوند. رشته های عوبی که به نختاع وارد متی شوند، سبب تهییج سلول های عضلانی می شوند و اطلاعات حسی را از نواحی پوست یا بخش بیرونی دریافت می کننتد.

رشت های عوبی براساس طبق ی ستتون فقترات که در آن قرار دارند طبق بندی می شوند. به عنوان ماتال، رشته های عوبی که از پنجمین ستون نخاع گتردن ختارم متی شتوند، ماهیچ های ۵ گردن را تهییج می کننتد. به همین شکل، اطلاعات ادراکی از لایت های خارجی پنجم وارد کانال ستون فقرات در پنجمین مهره ی گردن می شوند. آسیب نخاعی، سبب بند آمدن حرکت سیگنال های 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 الگوی پیچیده ای از فرآیندهای آسیب زا می باشد که سبب وخیم تر شدن آسیب وارده می گردند .اگرچه این موارد می توانند از لحاظ کارکردی 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 ی کیس ی مرکزی اتفاق می افتد. با مبتلا شدن فرد در اثر بیماری هایی همچون سکته مغزی و بیماری های مادرزادی و همچنین حوادثی از قبیل تصادفات و ضرب دیدگی های 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 معنای وسیله ای میگویند، که برای حمایت از یک عضو و یا توجیه تغییر شکلی که در عضو وجود دارد بکار میرود. بنا بر نیاز بیمار ارتز های 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 بندی میشوند، و نهایتا با توجه به شرایط فرد مورد نظر تجویز میشود.

ارتزهای 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 پذیری در س صفح ساجیتال ،کرونال و ترانسفر را دارد و بدین ترتیب پزشک می تواند با توجه به نوع و میزان آسیب دیدگی فرد، زوایای حرکتی را تنظیم کنتتد. قسمت دوم شامل طراحی سیستم الکترمکانیکی جهت کنترل و فراهم کردن نیروی لازم برای 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 . جلوگیری و کاهش کوتاهی عضلانی. افزایش تعادل و ثبات فرد. حفظ وضعیت عملکردی اندام. کاهش اسپایس و سفتی اندام و… را اشاره کرد.

ارتز های غیرفعال:

برای بیماری 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 برای افراد دارای آسیب های میان گردنی می توانند به دو گروه متمایز تقستیم شتوند: آن هایی که دارای توان کششی مچ بدون گرانش هستتند و آن هایی دارای توان کششی مچ در خلاف گرانش هستند. افراد دارای فلج چهارگان ی C5، عموما از انعطاف کافی آرنتج برخوردارند اما این حالت برای کشتش مچ وجود ندارد.

تجویز عیوب مصنوعی برای ایجاد توانایی در گرفتن اشیاء و رهایی آن ها سبب تامین کتارکرد دلخواه که در مطالعات سیستم فری هند نیز آماده می شود. در دسترس بودن نسل بعدی 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 کاربردی برای افراد داری فلج چهارگان ی مهره ی ششم )C6( می باشد و علیر غم یافت های استفاده بعد از جداسازی در معیارهای مراقبت قرار می گیرد. این باید به عناون گزینه ای برای بیمار ارائ شود که مربو به عملکرد مستقل وحتی اگر  انتقال تاندون فراهم شده باشد.

فعال برای 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 های بعدی به جزئیات آن اشاره خواهد شد. ابتدا پس از قالب گیری از دست بیمار با استفاده از گچ پزشکی، پس از نیم ساعت به آرامی و به نحوی که فرم خود را از دست ندهد توسط تکنسین مربوط از دست بیمار جدا شده و آماده مرحل بعدی میشود. در این مرحل ابتدا داخل قالب که ناحیه ای تهی است از مخلو گچ و آب پر شده و سپس به منظور سهولت برای انجام مراحل بعدی 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 ۱۸۱ درج به مدت حداکار ۲ دقیق گرم می کنند تا به شکل کاملا انعطاف پذیر بیاید. لازم به یادآوری است که ضخامت ورق مورد نظر در این پروژه ۴میلیمتر است. درمرحل ی بعدی پس از شکل دهی ورق پلاستیکی حرارت دیده را به دور قالب کشیده و با باند پارچ ای می ببندند تا ا ز ورود هوا جلوگیری شده و به مرور خنک و شکل قالب را به خود بگیرد. حال قسمت پلاستیکی مکانیک ارتز برای ادام مراحل بعدی آماده است.لازم به ذکر است تمامی مراحل قالب گیری 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 ی بین قسمت اولیه و ثانویه با توجه به اندازه دست بیمار، ایتتن دو قسمت توستتط سوراخکاری و پرچ به یگدیگر متول می شود.

طراحی و محاسبات بخش مکانیک ارتز:

در طراحی نرم افزاری این ارتز، به منظور ساخت مهندسی و همچنین بدست آوردن بهینه ترین و بهتترین نقطه نوب عملگر الکتریکی که بتوانند حداکار از ۳۸ درجه باز شدن مچ تا۳۸ – درج بسته شدن موجه را پوش دهد، نیاز به طراحی ارتز در نرم افزارهای 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 افزاری، به دلیل اینک مشخ شود عملگر الکتریکی چند نیوتن قدرت نیتاز دارد، با توجه به قوانین حاکم بر بدن انستان، وزن مچ که معتادل ۵/ ۱ % از کل وزن فرد را تشکیل متی دهتد، و همچنتین وزن سازه ی ارتز و اصطحکاک های موجود در مکانیک مفول متدرم و تا حدودی 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 عمودی این نمودار نمایانگر نیتروی 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 نیروی ناچیزی از موتور طلب می شود. محور عمودی 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 روی 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 های 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 مندی که ضریب تبدیل ۳۶:۱ را دارا می باشد انتخاب شد. ثانیا از لحاظ ابعاد فیزیکی برای کاربرد های مهندسی پزشکی مناسب است.

نتیج گیری:

در این پژوهش، ما به دنبال طراحی، شبی سازی 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 تفسیری دیگر مکاترونیکی مذکور از نظر ساختار بیومکاترونیک قابلیت کنترل و حرکت جهت های فوق الذکر را دارا می باشد. همچنین از نظر سهولت استفاده، سیستم به گون ای 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 گویای 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 سازی کردن مکانیزم مکانیک ارتز و تامین جهات حرکات مورد انتظار، از دست بیمار قالب گیری وسپس ارتز مربوط ی ساخت شد.

بعد از این مرحل با شبی سازی سیستم مذکور در نرم افزار ویژوال نسترن و تحلیل نیرو ها، قدرت مورد نیاز عملگر الکتریکی خطی بدست آمد و بعد از بهین سازی موتور مناسب انتخاب و بر روی ارتز نوب گردید. در مرحل ی بعدی، سیستم کنترل الکترونیک در نرم افزار آلتیوم دیزاینز طراحی و شبی سازی گشت و برد مدار چاپی ساخت و قطعات الکترونیک موردنیاز بر روی آن مونتاژ شد. در بخش بعدی برنام نویسی حرکت و کنترل ارتز به کمک نرم افزار بسکام با زبان برنام نویسی بیسیک نوشت و بر روی میکروکنترلر، بارگذاری شد. نهایتا پس از پایان کلی مراحل مذکور و رفع یک سری عیوب مکانیکی و الکترونیکی ارتز بر روی دست پژوهشگر پایان نام نوب و تمامی حرکات مورد انتظار محقق شد. از این پس می توان برای بیماران با ضعف عضلات اکستانسور مچ دست، ارتزی 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