ساخت اندام مصنوعی : نحوه ساخت ،عملکرد و کنترل پروتزهای مصنوعی

اگر این شانس را دارید که همه دست‌ها و پاهای خود را داشته باشید، شاید اعتنایی به این شانس‌ها نداشته باشید و قدر دادن این نعمت‌ها نباشد. بدن انسان بخش قابل‌توجهی از دستگاه بیولوژیکی است و اندام شما نیز از این قاعده مستثنا نیست. به‌عنوان‌مثال ، وظایف ظریف و پیچیده‌ای را که دست‌ها می‌توانند انجام دهند ، در نظر بگیرید ، مانند خطاطی کردن یا نواختن ویولن. در عین حال ، دست‌ها از مقاومت و دوام لازم برای گرفتن اشیاء سنگین و مقاومت در برابر ضربه‌ها برخوردار هستند. پاها نیز به همان اندازه قابلیت چشمگیری دارند، به فرد این امکان را می‌دهد که مسافت‌های طولانی را بدون خسته شدن و طی کردن در زمین‌های ناهموار طی کند.

هنگامی که فردی به دلیل آسیب دیدگی یا بیماری اندام خود را از دست می‌دهد ، عملکرد کاملی که توسط آن اندام ارائه می‌شد، از دست می‌رود. قطع عضو اندام فوقانی، از بین رفتن تمام یا بخشی از دست ، ممکن است به معنای از دست دادن توانایی انجام مهارت‌های شغلی یا فعالیت‌های عادی زندگی روزمره باشد. برای قطع عضو یک اندام تحتانی، فرد بخشی از یک یا دو پا را از دست می‌دهد و این می‌تواند به معنای از دست دادن توانایی راه رفتن یا دویدن باشد. برای اینکه بدانید که اندام مصنوعی چگونه ساخته می‌شود، ادامه مطلب زیر را مطالعه کنید.

ساخت اندام مصنوعی مدرن 

تفاوت اندام‌های مصنوعی مدرن با اندام‌های مصنوعی گذشته و قدیمی چیست؟ یک تفاوت عمده در وجود مواد جدیدتر مانند پلاستیک‌های پیشرفته و کامپوزیت‌های فیبر کربن است. این مواد می‌توانند اندام پروتز را سبک‌تر ، قوی‌تر و واقعی‌تر و طبیعی‌تر کنند. فن‌آوری‌های الکترونیکی پروتزهای پیشرفته امروزی را کنترل می‌کنند ، به طوری که این اندام‌ها حتی قادر به تنظیم خودکار عملکرد خود در حین انجام وظایف خاصی مانند گرفتن یا راه رفتن هستند.

در حالی که مواد و فن آوری های جدید طی قرن گذشته قطعاً صنعت ساخت اندام‌های مصنوعی را مدرن کرده‌اند، اما مؤلفه‌های اصلی اندام‌های پروتزی همچنان یکسان هستند. در اینجا به برخی از این موارد می‌پردازیم.

پایلون (pylon) 

پایلون یا ستون، قاب داخلی یا اسکلت اندام مصنوعی است. پایلون باید پشتیبانی ساختاری ارائه دهد و به طور سنتی از میله‌های فلزی تشکیل می‌شود. جدیداً از کامپوزیت‌های فیبر کربن سبک‌تر برای ساخت پایلون استفاده شده است. این ستون‌ها گاه توسط یک پوشش محصور می‌شوند، که معمولاً از مواد فوم مانندی ساخته می‌شوند. این پوشش را می‌توان شکل داد و آن را مطابق با رنگ پوست فرد دریافت کننده‌ی اندام رنگ کرد تا اندام مصنوعی جلوه‌ای طبیعی‌تر داشته باشد.

سوکت 

سوکت قسمتی از دستگاه پروتز است که با اندام بیمار یا اندام باقیمانده ارتباط برقرار می‌کند. از آنجا که سوکت نیروهایی را از اندام پروتز به بدن بیمار منتقل می‌کند ، باید با دقت در اندام باقیمانده قرار گیرد تا از عدم تحریک یا آسیب به پوست یا بافت‌های زیرین جلوگیری كند. یک آستر نرم به طور معمول در قسمت داخلی سوکت قرار دارد و شاید نیاز باشد که بیمار لایه‌ای از یک یا چند جوراب پروتز را نیز بپوشد تا به پروتز کاملاً در جای خود بسته شود.

سیستم تعلیق 

سیستم تعلیق همان چیزی است که اندام پروتز را به بدن متصل می‌کند. مکانیسم تعلیق می‌تواند به چندین شکل مختلف باشد. به‌طور مثال ، در مورد سیستم مهار ، از بند ، کمربند یا آستین برای اتصال دستگاه پروتز استفاده می‌شود. در بعضی از انواع قطع عضو ، پروتز قادر است با قرار گرفتن در اطراف فرم اندام باقیمانده ، متصل بماند. یکی از رایج‌ترین انواع مکانیسم‌های تعلیق ، نوع متکی به مکش است. در این روش ، اندام مصنوعی به‌صورت خمیده بر روی اندام باقیمانده قرار می‌گیرد و یک پوشش هوابندی شده آن را در جای خود نگه می‌دارد.

اگرچه بیشتر اندام‌های مصنوعی به‌نوعی دارای این اجزای اساسی هستند ، اما هر دستگاه برای هر نوع و سطح قطع عضو، خاص و منحصر به فرد است. اینکه قطع عضو در بالا یا زیر مفاصل اصلی باشد ، مانند آرنج یا زانو ، تفاوت زیادی در نوع اندام مصنوعی ایجاد می‌کند. به عنوان مثال ، قطع عضو ترانسفورمورال - قطع عضو بالای زانو - به پروتز با زانوی مصنوعی احتیاج دارد، در حالی که قطع عضو ترانستیبیال - قطع عضو زیر زانو - به بیمار اجازه می‌دهد تا از زانو خود استفاده کند.

ساخت و نحوه عملکرد اندام مصنوعی 

از آنجا که هر بیمار و قطع عضو او  منحصر به فرد و متفاوت از دیگری است، هر اندام مصنوعی باید متناسب با شرایط هر فرد تنظیم و سپس ساخته شود. این وظیفه یک متخصص پروتز ، متخصص در ساخت و تناسب اندام‌های مصنوعی است. از آنجا که متخصصان پروتز برای کار با دستگاه‌های مصنوعی با بدن انسان کار می‌کنند ، باید در زمینه‌های گسترده‌ای مانند مهندسی، آناتومی و فیزیولوژی مهارت داشته باشند.

فرایند طراحی و ساخت اندام مصنوعی از چند مرحله مختلف تشکیل شده است و با یک فرآیند اندازه‌گیری دقیق که بعداً برای طراحی اندام پروتز مورد استفاده قرار می گیرد ، آغاز می‌شود. در صورت امکان ، متخصص پروتز قبل از قطع عضو اندام ، شروع به اندازه‌گیری می‌کند، تا روند ساخت آن را شروع کند. برای این کار، اندازه‌گیری‌های دقیق از بدن بیمار انجام می‌شود تا به اندازه گیری صحیح اندام پروتز کمک کند. پزشک متخصص پروتز و پزشک جراح نیز قبل از عمل برای گفتگو در مورد جزئیات عمل در این جلسه یکدیگر را ملاقات می کنند.

چند هفته پس از عمل جراحی قطع عضو ، هنگامی که زخم بهبود یافته و تورم کاهش یافته است ، یک قالب گچی از اندام باقیمانده گرفته می‌شود. سپس این قالب به عنوان الگویی برای تهیه یک کپی از اندام باقیمانده عمل می‌کند. از کپی برداشته شده از اندام باقیمانده برای آزمایش تناسب اندام مصنوعی در هنگام ساخت استفاده می‌شود. فن‌آوری‌های جدید این امکان را می‌دهد تا اندازه‌گیری دیجیتالی کامپیوتری نیز انجام شود. همچنین به ساختار اندام باقیمانده بیمار ازجمله محل قرارگیری هر عضله، تاندون‌ها و استخوان‌ها نیز باید دقت شود. سلامتی بیمار و وضعیت پوست وی از دیگر عواملی است که هنگام طراحی اندام مصنوعی مورد توجه قرار می‌گیرد.

فیزیوتراپی بعد از قطع عضو و بعد از قرارگیری دستگاه پروتز بسیار حائز اهمیت است. یادگیری راه رفتن با پروتز می‌تواند یک کار دشوار باشد و نیاز به چندین ماه توان‌بخشی و آموزش دارد. همچنین ممکن است فیزیوتراپی روی استفاده از دستگاه پروتز برای انجام فعالیت‌های مهم روزمره متمرکز شود. برای پروتز پا ، پزشک متخصص پروتز ، راه رفتن بیمار را با دقت کنترل می‌کند و در صورت لزوم تنظیماتی را انجام می‌دهد.

متخصص پروتز توجه خاصی به رابط بین اندام باقیمانده‌ی بیمار و سوکت پروتز می‌کند. بعد از قطع عضو ، اندام باقیمانده بیمار به‌طور معمول در طی چند ماه جمع شده و تورم کاهش می‌یابد و عضلات شروع به آتروفی می‌کنند ، یا به خاطر عدم فعالیت و استفاده از آن‌ها، جمع و منقبض می‌شوند. امکان دارد که به سوکت های جدیدی نیاز باشد تا با کاهش اندازه‌ی ایجاد شده در اندام باقی مانده مطابقت داشته باشند. لایه‌های پانسمان جوراب مانند نیز می‌تواند متنوع باشد تا با تغییر اندازه‌ی اندام باقیمانده تغییر کند. در مورد بیماران کودک، متخصص پروتز باید خیلی نزدیک و دقیق با آن‌ها کار کند تا مطمئن شود که اندام‌های مصنوعی آن‌ها در هنگام لزوم، مجدداً تغییر اندازه یا جایگزین شوند تا با رشد طبیعی بیمار مطابق باشند.

یک بیمار قطع عضوی در تمام طول زندگی خود به پزشک متخصص پروتز مراجعه خواهد کرد ، زیرا اندام‌های باقیمانده همیشه می‌توانند تغییر شکل دهند و گاهی ممکن است اندام‌های مصنوعی شکسته شوند. در حقیقت ، به طور متوسط یک اندام مصنوعی ​​تنها سه سال طول عمر دارد.

نحوه ی کنترل کردن انواع پروتز (اندام)های مصنوعی ساخته شده 

انواع مختلفی از اندام‌های مصنوعی با اهداف متفاوتی از بیماران طراحی می‌شوند. غالباً این اهداف به محل قطع عضو و نیازهای بیمار بستگی دارد.

• به طور مثال ، یک اندام مصنوعی زیبایی ، بیشتر با ظاهر مد نظر بیمار طراحی می‌شود تا از نظر قابلیت کنترل. پلاستیک‌های پیشرفته و رنگدانه های منحصر به فرد، با تُن پوست خودِ بیمار مطابقت دارند و به یک ظاهر زیبا و مدرنی شبیه به عضوی طبیعی را فراهم می‌آورند. یک اندام مصنوعی زیبایی مدرن حتی جزییاتی از جمله لکه‌ها و خال‌ها، موها و اثر انگشت‌ها را نیز می‌توانند در برداشته باشد، و این باعث می‌شود تا اندام مصنوعی به ظاهری برسد که تقریباً از دست یا پای از دست رفته، تقریباً قابل تشخیص نباشد.
• سایر اندام‌های مصنوعی دیگر با قابلیت کاربرد و عملکرد به عنوان یک هدف اصلی طراحی می‌شوند. به عنوان مثال، یک دست مصنوعی قابل کنترل ممکن است از یک قلاب توخالی پنس مانند تشکیل شده باشد که برای گرفتن اشیاء یا انجام کارهایی دیگر می‌تواند باز یا بسته شود. این نوع دستگاه پروتز را می‌توان با یک پوشش دستکش مانند پوشانید تا ظاهر آن بیشتر شبیه به یک دست طبیعی باشد. در واقع اندام‌های مصنوعی عملکردی، به روش‌های مختلفی قابل کنترل هستند.
• اندام‌های مصنوعی که با قدرت بدنی کار می‌کنند، توسط کابل‌هایی که آن‌ها را به جای دیگری از بدن وصل می‌کنند، کنترل می‌شوند. به عنوان مثال ، دست مصنوعی را می‌توان از طریق کابل وصل شده با یک بند یا مهار به شانه‌ی مقابل سالم کنترل کرد. سپس شانه‌ای که کار می‌کند، به گونه‌ای حرکت می‌کند تا اندام پروتزی را کنترل کند - شبیه به نحوه استفاده از اهرم دستی در دوچرخه برای کنترل ترمزها.
• اندام‌های مصنوعی ک از خارج از بدن کنترل می‌شوند، دارای موتور هستند و به روش‌های مختلفی می‌توانند توسط بیمار کنترل شوند. روش کنترل سوئیچ به بیمار این اجازه را می‌دهد تا دستگاه مصنوعی خود را با خاموش و روشن کردن کلیدها یا دکمه‌ها حرکت دهد. بیمار با استفاده از شانه مخالف ، سوئیچ‌ها را تغییر می‌دهد یا ممکن است بتواند از عضلات باقیمانده در اندام باقیمانده برای فشار دادن سوئیچ‌ها استفاده کند. از آنجا که یک دست یا بازوی مصنوعی می‌تواند حرکات متنوعی را انجام دهد ، برای انجام کارهای مورد نظر ممکن است توالی‌های مختلف جابجایی سوئیچ انجام شود.
• روش پیشرفته‌تر برای کنترل اندام مصنوعی ، گوش دادن به عضلات باقی‌مانده در اندام باقیمانده است که بیمار هنوز می‌تواند آن‌ها منقبض کند. از آنجا که ماهیچه‌ها هنگام انقباض سیگنال‌های الکتریکی کوچکی تولید می‌کنند، الکترودهای قرار داده شده بر روی سطح پوست می‌توانند حرکات ماهیچه‌ها را اندازه‌گیری کنند. اگرچه در این حالت هیچ دکمه‌ای توسط عضلات، تحت فشار قرار نمی‌گیرد، انقباضات آن‌ها توسط الکترودها تشخیص داده می‌شود و سپس برای کنترل اندام مصنوعی استفاده می‌شود - به روشی شبیه به روش کنترل سوئیچ که در بالا توضیح داده شد. اندام‌های مصنوعی که از این طریق عمل می‌کنند ، میوالکتریک -myoelectric - خوانده می‌شوند.
• هنگامی‌که یک دست مصنوعی دارای چندین مفاصل باشد، مانند یک پروتز transhumeral یا پروتز بالای آرنج، ممکن است هر مفصل توسط یک سوییچ یا عضله کنترل شود. برای دستیابی به این هدف، روش‌های کنترل متوالی اجازه می‌دهند که یک مفصل در یک زمان در وضعیت مورد نظر قرار بگیرد. به عنوان مثال بیمار ممکن است ابتدا از سوییچ یا انقباض عضلانی استفاده کند تا سیگنالی را به اندام مصنوعی بفرستد قسمت مفصل آرنج را خم کند و سپس سیگنالی را برای دست مصنوعی بفرستد تا برای گرفتن شی ای  بسته شود.
• پروتزهای پیشرفته اندام تحتانی مجهز به مکانیسم‌های متنوعی هستند که به آن‌ها کمک می‌کند تا هنگام راه رفتن یا دویدن بیمار به‌طور طبیعی حرکت کنند. مهندسی زانوی پروتزی بسیار دشوار است ، زیرا باید به‌طور مداوم تنظیم شود تا امکان پیاده‌روی ، ایستادن و نشستن طبیعی فراهم شود. پاهای مصنوعی پیشرفته دارای زانوی تحت کنترل کامپیوتری هستند که به‌طور خودکار برای تنظیم با سبک راه رفتن بیمار تطبیق می‌یابد.
• متأسفانه قیمت اندام‌های مصنوعی بسیار بالا است. این امر به‌ویژه در مورد اندام‌های پروتز حاوی اجزای الکترونیکی صدق می‌کند. در حقیقت پروتزهای میوالکتریکی و پروتزهای مجهز به زانوهای تحت کنترل رایانه می‌توانند هزینه‌های بالغ بر ده‌ها هزار دلار داشته باشند.