آسیایی دانشمند (28 اکتبر 2024) – تان تر چی سنگاپوری هر روز قبل از ترک خانه‌اش، کفش‌هایش را یکی یکی می‌پوشد – درست مثل اکثر زنان 53 ساله دیگر. به جز سمت راست روی پای مصنوعی او می رود.
هنگامی که تان هفت ساله بود، به دلیل سارکوم سینوویال، یک سرطان نادر بافت نرم که معمولاً در بازوها، پاها و پاها ایجاد می‌شود، پای او مجبور شد در وسط ساق پا قطع شود. در طول چهار و نیم دهه گذشته، تان شاهد پیشرفت تکنولوژی روزمره پروتز بوده است. در کودکی، اولین پای مصنوعی او توسط یک تکنسین کر و لال که با محبت به عمو آه جو معروف بود ساخته شد. قسمت بالای پروتز از یک سوکت سخت تشکیل شده بود که تان استامپ پوشیده از جوراب خود را در آن فرو می کرد. تان همچنین یک یقه چرمی داشت که دور ران او پیچیده شده بود. یقه دو بند چرمی داشت که به دو طرف پای مصنوعی متصل می شد تا آن را محکم در جای خود نگه دارد.
من از آن متنفر بودم. تان به مجله Asian Scientist Magazine گفت: مثل یک قلاده سگ بود که دو چیز آویزان بود تا به پای مصنوعی من وصل شود.
اما امروزه پای مصنوعی تان بسیار راحت تر و کاربردی تر است. او بیخ خود را با یک جوراب سیلیکونی می پوشاند که در یک سوکت پلاستیکی نرم قرار می گیرد. سوکت نرم به داخل یک سوکت سخت می لغزد، که به یک میله فلزی متصل می شود که به یک پایه محکم ختم می شود – به شکل انگشت پا. برخلاف پروتز دوران کودکی‌اش، پروتز فعلی او دقیقاً شبیه ماهیچه و گوشت است. همچنین دارای یک دکمه مچ پا نامحسوس است که به او کمک می کند مفصل مچ پا را تنظیم کند تا بتواند کفش هایی با ارتفاع پاشنه های مختلف بپوشد.
اگرچه تان چندین دهه است که این پیشرفت را تجربه کرده است، پیشرفت های تکنولوژیکی در صنعت به ویژه در سال های اخیر به سرعت رخ داده است. چنین پیشرفت‌های تکنولوژیکی تنوع و دسترسی را برای حمایت از نیازهای منحصر به فرد افراد قطع عضو مانند تان ارائه می‌کند. در منطقه آسیا و اقیانوسیه، با افزایش هزینه های مراقبت های بهداشتی، پروتزهای رباتیک از اهمیت ویژه ای برخوردار هستند. به گفته Coherent MI، یک شرکت تحقیقات بازار مستقر در هند، انتظار می‌رود بازار آنها با نرخ رشد مرکب سالانه بیش از 9.9 درصد از سال 2023 تا 2030 سریع‌ترین رشد را داشته باشد.
چگونه کار می کند
در مرکز مراقبت از پا و طراحی اندام، واقع در بیمارستان Tan Tock Seng در سنگاپور، پروتزهایی مانند Trevor Binedel برای طراحی و تناسب اندام های مصنوعی از نزدیک با بیماران همکاری می کنند. بیماران این مرکز بیشتر سالمندانی هستند که در اثر دیابت دچار قطع پا یا پا شده اند. در واقع، در سال 2021، طبق آمار وزارت بهداشت سنگاپور، از هر 10 فرد قطع عضو اندام تحتانی در این کشور، نزدیک به 9 نفر دیابتی بودند.
بیندل پس از شناسایی نیاز بیمار به اتصال پروتز و درک اهداف آنها، به سمت ساخت آن می رود. او از گچ پاریس برای ساختن قالبی از کنده فرد استفاده کرد. سپس از ریخته گری برای ساختن یک سوکت در کارگاه مرکز با استفاده از الیاف پلاستیکی یا کامپوزیت استفاده می شود.
در حالی که این روش هنوز آزمایش و آزمایش شده است، بیندل نیز اخیراً شروع به استفاده از فرآیندهای دیجیتالی برای اسکن استامپ بیمار کرده است. اسکن دیجیتال به بیندل اجازه می دهد تا قبل از ساخت سوکت به راحتی تنظیمات لازم را انجام دهد. بیندل برای اطمینان از مناسب بودن پروتزها، توجه زیادی به راحتی بیمار دارد. بیومکانیک هر بیمار – از نحوه تغییر وزن تا توزیع فشار در استامپ – متفاوت است و باید در نظر گرفته شود.
به همین ترتیب، امروزه بسیاری از بیماران تناسب و ظاهر دندان مصنوعی خود را جدی می گیرند. به عنوان مثال، تان پروتز خود را برای تست رانندگی در اطراف محله می برد. تان به اشتراک گذاشت: «بعد از مدتی کمی شبیه به جا گذاشتن یک جفت کفش کاملا راحت شد. “من راه می روم. چند پله بالا و پایین می روم. سعی می‌کنم روی شیب راه بروم، سپس برمی‌گردم و به تروور می‌گویم که چه چیزی دردی دارد.
این روند چندین بار تکرار می شود و بیندل در هر ویزیت تغییرات جزئی ایجاد می کند تا زمانی که بیمارانی مانند تان از تناسب پروتز خود راضی و راحت باشند.
رافائل مسترز، مدیر عامل و یکی از بنیانگذاران توسعه دهنده پروتزهای مستقر در ویتنام Vulcan Augmetics، گفت که در مقایسه با طراحی پا، ایجاد دست های مصنوعی بسیار پیچیده تر است. مسترز به مجله آسیایی دانشمند گفت که باید دست ها برای تعامل با محیط به روش های پیچیده تر ساخته شود.
با گذشت سالها، فناوری دست مصنوعی نیز پیشرفت کرده است. امروزه بازوهای مصنوعی معمولاً مجهز به حسگرهایی هستند که با استفاده از سیگنال‌های عضلانی استامپ، بازو را کنترل می‌کنند. آنها را می توان طوری برنامه ریزی کرد که چندین الگوی مختلف را در مقایسه با عملکرد ساده باز و بسته شدن دست های مصنوعی قبلی انجام دهند.
بهبودهای اخیر
بیندل اکنون انواع پروتزهای تخصصی و پیشرفته را در مرکز مراقبت از پا و اندام ارائه می دهد. یک مثال یک پای رباتیک با یک ریزپردازنده است که مفصل زانو را کنترل می کند. برخلاف پاهای مصنوعی فنری که می‌تواند منجر به راه رفتن ناخوشایند برای کاربر شود، پروتزهای کنترل‌شده با ریزپردازنده داده‌های بی‌درنگ را برای اصلاح موقعیت و حرکات پا جمع‌آوری می‌کنند. داده های بیمار را می توان با برنامه ای که بیماران و پزشکان می توانند به آن دسترسی داشته باشند ذخیره و مدیریت کرد. همچنین در صورت نیاز به تعویض، داده ها را می توان به یک پای مصنوعی جدید منتقل کرد.
محققان پروتز در آسیا و خارج از آن نیز در حال بررسی پروتزهای عصبی برای استفاده بدون درز از پروتز هستند. Anh Tuan Jul Nguyen، محقق دپارتمان مهندسی بیومدیکال دانشگاه مینه سوتا توضیح داد: زمانی که به حرکت انگشتان خود فکر می کنیم، مغز سیگنال های کنترلی را از طریق اعصاب محیطی به ماهیچه های دست های ما ارسال می کند و به آنها می گوید که چه کاری انجام دهند. ، ایالات متحده آمریکا برای اینکه یک بازوی رباتیک به روشی مشابه کار کند، باید به این سیگنال‌ها ضربه بزنیم و اطلاعات عصبی را رمزگشایی کنیم.»
برای انجام این کار، نگوین و همکارش از همان بخش، دانشیار جی یانگ، از هوش مصنوعی (AI) استفاده کردند. این تیم میکروالکترودهایی را در رشته های عصبی کاشته کردند تا سیگنال های مربوطه را دریافت کنند. سپس این سیگنال ها باید با حرکات بدن مشخص شوند. یانگ و تیم، مدل هوش مصنوعی خود را آموزش دادند تا این سیگنال‌ها را با ارائه نمونه‌های متعددی از این که اگر کسی بخواهد به روشی خاص حرکت کند، چگونه خواهد بود، تشخیص دهد. سپس مدل یاد می گیرد که سیگنال ها را تشخیص دهد و اندام روباتیک را کنترل کند.
مزیت اصلی این سیستم این است که برای کاربر بصری است. نگوین می‌گوید که فرد قطع عضو می‌تواند به سادگی با فکر کردن در مورد انجام حرکت دست مربوطه، بازوی مصنوعی را کنترل کند.
با این حال، مدیرعامل Vulcan Augmetics Masters پیشنهاد داد که صنعت از فروش بیش از حد دست‌های پیچیده بیونیک دور شود. او گفت که شرکت‌ها باید قابلیت استفاده از پروتزها را بر پیچیدگی ترجیح دهند و از ایجاد انتظارات غیرواقعی کاربر که می‌تواند منجر به رها شدن محصول شود، اجتناب کنند. وی افزود که دست میوالکتریک چند گیره Vulcan شش گیره اصلی را در انگشتان ارائه می دهد که وقتی حسگرهای بالای بازو توسط عضلات استامپ بیمار فعال می شوند، منقبض می شوند.
دست میوالکتریک دارای چندین قابلیت چنگ زدن است، از نگه داشتن کارت گرفته تا دستگیره. مسترز گفت: «مصرف‌کنندگان فقط به چیزی نیاز دارند که بتوانند از آن برای گرفتن سریع چیزی استفاده کنند. “این قابلیت شماره یک است که می خواهید به آنها بدهید.”
در حالی که استادان مایلند صنعت پروتزهای کاربردی تری بسازد – مانند پروتز قلابی که از وسط تقسیم می شود تا باز و بسته شود تا چسبندگی بهتری داشته باشد – به جای تمرکز روی ساختن پروتزها مانند اندام واقعی، به نظر می رسد برخی از بیماران دومی را ترجیح می دهند. .
همانطور که موادی مانند سیلیکون به طور گسترده در دسترس قرار می گیرند، می توان پروتزهایی را طراحی کرد که ظاهر و احساس تقریباً شبیه پوست داشته باشند. مایکل لیو، متخصص پروتز اصلی در بخش میکروجراحی دست و ترمیمی در دانشگاه ملی سنگاپور، چنین پروتزهای فوق واقعی را می سازد. این پروتزها برای بیمارانی که انگشتان یا قسمتی از دست خود را از دست داده اند، آرامش می بخشد.
لیو به مجله آسیایی دانشمند گفت: «از دست دادن انگشت و دست با حفظ عملکرد قابل قبول دست، شایع ترین نوع قطع عضو اندام فوقانی است. اگرچه ممکن است اختلال عملکردی نسبتاً کم باشد، از دست دادن ظاهر زیبایی اغلب باعث ناراحتی زیادی برای بیماران می شود.
در آسیا، بیشتر این گونه قطع عضوها در نتیجه حوادث صنعتی اتفاق می افتد. اگرچه بسیاری از این بیماران ترجیح می‌دهند از پروتز استفاده نکنند، اما افرادی که پروتز را انتخاب می‌کنند، می‌توانند توسط لیو انگشت واقعی خود را انجام دهند. او تصویری از یک رقم صدمه‌نخورده می‌گیرد و با پیروی از ابعاد و رنگ‌های دقیق آن، یک کپی از آن می‌سازد.
Leow علاوه بر استفاده از دستگاه قالب‌گیری که قالب‌های مورد استفاده برای ساخت پروتز را ایجاد می‌کند، چاپ سه بعدی را نیز برای همین اهداف مورد بررسی قرار داده است. اگرچه ممکن است ساخت آنها ارزان‌تر باشد، اما پروتزهای پرینت سه بعدی ممکن است در مقایسه با پروتزهایی که توسط یک پروتز آموزش دیده ساخته می‌شوند، برای بیماران واقع‌بینانه یا از نظر زیبایی شناسی جذاب نباشند.
مشکل چاپ
یک پای مصنوعی می تواند بین 1500 تا 100000 دلار هزینه داشته باشد که معمولاً پاهای بیونیک بیشترین هزینه را دارند. اگرچه فناوری پرینت سه بعدی به عنوان یک مزیت احتمالی برای پروتزهای مقرون به صرفه تر معرفی شده است، اما همه موافق نیستند. در سال 2020، بیندل و همکارانش در دانشگاه فناوری و طراحی سنگاپور (SUTD) یک دست مصنوعی غیرفلزی خود قفل شونده با چاپ سه بعدی ساختند که 20 درصد ارزان تر از یک پروتز معمولی است. این تیم قبل از طراحی و چاپ دست برای تناسب، راحتی و عملکرد، از یک اسکنر دیجیتال برای ثبت هندسه دست بیمار استفاده کردند.
پرینت سه بعدی ما را از محدودیت های تولید رها کرد و به ما این امکان را داد که طراحی را برای رفع نیازهای بیمار بهینه کنیم. مهم‌تر از آن، این کار پایه‌ای را برای قطعات پرینت سه‌بعدی خاص بیمار برای نیازهای پروتز در آینده ایجاد می‌کند.
با وجود هزینه‌های چاپ ارزان‌تر و نتایج مثبت در این پروژه خاص، بیندل دریافت که چاپ سه‌بعدی تا تبدیل شدن به گزینه‌ای مقیاس‌پذیر در تمرین روزانه‌اش در بیمارستان تان تاک سنگ راه درازی در پیش دارد. تیم او در بیمارستان سوکت های پرینت سه بعدی و مچ بند را آزمایش کرده اند. اما تفاوت قابل توجهی در قیمت مشاهده نکرده اند. بیندل گفت: «مردم نشان داده‌اند که چاپ سه‌بعدی می‌تواند فرآیند تولیدی قابل مقایسه با فرآیندهای فعلی باشد، اما تا آنجا که من می‌بینم، نشان نداده‌اند که بهتر است».
به گفته بیندل، یک چالش خاص با چاپ سه بعدی با قرار دادن و اصلاح سوکت پا است. در بیشتر موارد، تنظیم و چاپ مجدد سوکت برای تناسب مناسب آسان‌تر است، اما آخرین مرحله مهم تکمیل سوکت برای تناسب کامل با مواد چاپی کمتر انعطاف‌پذیر دشوارتر می‌شود.
بیندل افزود: 5 تا 10 درصد آخر برای پذیرش بیمار و اطمینان از قابل استفاده بودن و مفید بودن پا در زندگی آنها بسیار مهم است. در حال حاضر، بهترین رویکرد ممکن است ترکیبی از روش‌های سنتی صنایع دستی و تکنیک‌های پیشرفته باشد.
بیندل به اشتراک گذاشت: «بیماران وارد می‌شوند و بهترین‌ها را می‌خواهند، اما از نظر فناوری‌های پیشرفته همیشه به بهترین‌ها نیاز ندارند. آنچه آنها نیاز دارند بهترین راه برای آنهاست و وظیفه ما این است که بفهمیم این چیست و چگونه این کار را انجام دهیم.”
–
این مقاله برای اولین بار در نسخه چاپی مجله آسیایی دانشمند، ژانویه 2024 منتشر شد.
برای عضویت در مجله چاپی دانشمند آسیایی اینجا را کلیک کنید.
طراحی: Ajun Chuah / مجله آسیایی Scientist
حق چاپ: مجله دانشمند آسیایی.
سلب مسئولیت: این مقاله لزوماً منعکس کننده نظرات AsianScientist یا کارکنان آن نیست.