پزشکی بالینی

پروتز به اندام مصنوعي گفته مي شود كه جايگزين عضو از دست رفته فرد مي شود. پروتزها نيز شامل پروتز اندام فوقاني و تحتاني مي شوند. بسته به سطح قطع عضو، انواع مختلفي از پروتزها موجود هستند كه موارد تجويز آن ها بسته به شرايط بيمار، محل و نوع زندگي، شغل بيمار دارند.
پروتزها براي افرادي كه به دلايل مختلف از جمله مادرزادي، تصادفات و بيماري ها و .. .عضو خود را از دست داده اند مورد استفاده قرار مي گيرند.  

ساخت پروتز عصبي و گام برداشتن افراد دچار ضايعه مغزي و نخاعي
فناوري عصبي از حوزه ٍ هاي گسترش يافته مهندسي پزشكي در قرن 21 است و به عنوان يك روش بالقوه مؤثر براي رفع مشكلات حركتي در افــراد دچــار ضــايـعــه نـخــاعــي و مـغــزي و رفـع اخـتـلالات حـركتـي در بيمـاران دچـار  stroke، cerebral palsyو  multiple sclerosisمطرح است فناوري عصبي براي ايستادن و گام برداشتن در افـراد دچـار ضـايـعـه نـخاعي در انحصار آمريكا است و فقط يك نمونه تاييد شده توسط   FDAدر دنـيـا وجـود دارد كـه در بـيش از 40 كلينيك در آمـريـكـا استفاده ميٍ‌شود. قيمت هر يك از اين سيستمٍ‌ها بين 30000 الي 50000 دلار است و هر بيمار نياز به يك سيستم مجزا دارد و به عنوان يك روش بالقوه مؤثر براي رفع مشكلات حركتي در افــراد دچــار ضــايـعــه نـخــاعــي و مـغــزي و رفـع اخـتـلالات حـركتـي در بيمـاران دچـار  stroke،  cerebral palsyو  multiple sclerosisمطرح است.
در سال 1385 ، پس از حدود 15 سال تلاش ، در آزمايشگاه كنترل سيستمٍ‌هاي عصبي‌- عضلاني دانشگاه علم و صنعت ايران يك سيستم عصبي منحصر به فرد، قابل استفاده در كلينيك براي گام برداشتن افراد پاراپلژيك، طراحي و ساخته شد.   
سيستم عصبي حركتي ساخته شده، يك ميكروكامپيوتر قابل حمل است كه كار قشر حركتي مغز انسان را  در ايجاد و كنترل حركت ايفاء ميٍ‌كند و با ارسال دستورات حركتي مناسب به اعصاب موتوري مربوط به عضلات درگير يك حركت خاص، باعث ايجاد حركت در عضو فلج ميٍ‌شود.سيستم در هر لحظه از زمان، ميزان انقباض هريك از عضلات را به نحوي تنظيم ميٍ‌كند تا حركت مورد نظر ايجاد شود.
سيستم عصبي براي ايجاد حركتٍ‌هاي برخاستن از صندلي چرخٍدار، ايستادن، گام برداشتن  و نشستن در افراد دچار ضايعه نخاعي ناقص و كامل در سطح كمر (پاراپلژيك) به كار ميٍ‌رود. 
 ‌ايستادن و گام برداشتن با انقباض عضلات انجام ميٍ‌شود و شخص از واكر براي حفظ تعادل خود استفاده ميٍ‌كند.
يكي از شاخهٍ هاي جديد در مهندسي پزشكي، مهندسي عصبي است. اين شاخه از مهندسي پزشكي باعث تحولي شگرف در درمان بسياري از بيماري ها و توانبخشي شده و باعث ايجاد و گسترش تكنولوژي جديدي تحت عنوان تكنولوژي عصبي شده است. هدف اين تكنولوژي، كنترل خارجي هر ارگاني از بدن است كه در حالت طبيعي به وسيله سيستم عصبي مركزي كنترل مي ٍشود. از فرآوردهاي اين تكنولوژي مي توان به پروتزهاي عصبي قلبي اشاره كرد . پروتزهاي عصبي قلبي با استفاده از تحريك‌هاي الكتريكي كنترل شده، زندگي را براي بسياري از بيماران قلبي ممكن ساخته است. 
 ‌از ديگر محصولات اين تكنولوژي مي‌توان پروتزهاي عصبي شنوايي را ذكر كرد. در سـال‌هاي اخير، بازگرداندن عملكرد سيستم شنوايي با استفاده از پروتزهاي عصبي حلزوني پيشرفت‌هايي چشمگيري داشته است. با استفاده از اين پروتزها، امكان شنيدن براي افراد ناشنوا فراهم شده است. از اين تكنولوژي نيز براي كنترل درد، كنترل مثانه، كنترل دفع، كنترل اسپاستيستي، كنترل بعضي از موارد اپليپسي و درمان  tremorناشي از بيماري پاركينسون استفاده ميٍ‌شود. 
از ديگر فرآورده هاي مهم تكنولوژي عصبي در قرن 21 ، پروتزهاي عصبي حركتي هستند. افرادي كه دچار ضايعه نخاعي هستند در اثر عدم تحرك، دچار عوارضي از قبيل پوكي استخوان، آتروفي عضلاني، سفتي مفاصل، ناراحتي هاي كليوي و قلب و عروق مي شوند. همچنين، اين افراد كنترل ادرار ندارند و عمل دفع آن ها با مشكل مواجه است. عضلات فلج در اثر عدم امكان انقباض، رفته رفته شل شده و توانائي خود را از دست مي‌دهند. از همه مهمتر اين افراد دچار افسردگي مي شوند و نگه داري اين افراد براي خانواده مشكل و داراي هزينه است. به همين جهت رفع مشكلات حركتي در بيماران ضايعه نخاعي، صدمه مغزي، بيماران دچار  stroke،  cerebral palsyو   اسكلزور چند گانه‌، هدف تحقيقات براي مدت چند دهه است. امروزه، پروتزهاي عصبي به عنوان يك روش بالقوه مؤثر براي ايجاد حركت در اندام فلج افراد دچار ضايعه نخاعي يا ضايعه مغزي و رفع اختلالات حركتي در بيماران دچار  stroke،  cerebral palsyو  multiple sclerosis ‌مطرح است و در محيط هاي كلينيكي براي ايجاد حركت در اندام فوقاني (بستن و باز كردن پنجه دست، كنترل حركت آرنج و شانه) و اندام تحتاني (ايستادن، گام برداشتن، رفع افتادگي مچ پا) به كار مي رود. هر يك از اين كاربردها، طيف وسيعي از محصولات را در صنعت مهندسي پزشكي به وجود آورده است. از جمله ميٍ‌توان به پروتزهاي عصبي گام برداشتن سطحي، پروتزهاي عصبي مچ كردن سطحي، پروتزهاي عصبي مچ كـردن كـاشتنـي، پـروتـزهـاي عصبـي كنتـرل مثـانـه، پـروتـزهـاي عصبـي كنتـرل  ترمور‌، پروتزهاي عصبي افتادگي مچ پا، پروتزهاي عصبي رفع اختلالات حركتي، پروتزهاي عصبي تنفسي، پروتزهاي عصبي شنوائي، پروتزهاي عصبي بينائي و غيره اشاره كرد. 
امروزه كاربرد تكنولوژي عصبي در توانبخشي و درمان، بسيار گسترش يافته است و تحول شگرفي را در زمينهِ توانبخشي به وجود آورده است. محصولات اين تكنولوژي بسيار گران قيمت است و از نيازهاي ضروري جهت حفظ و ارتقاي سطح سلامت جامعه محسوب مي ٍ شود. كمپاني ٍ هاي گستردهٍ اي در دنيا، محصولات اين تكنولوژي را توليد و تحقيقات در اين زمينه را حمايت مي ٍ كنند. 
بـه منظـور گستـرش يـك پـروتـز عصبي حركتي قابل استفاده در كلينيك براي گام برداشتن افراد پاراپلژيك، در سال 1383، طرح طراحي و ساخت پروتز عصبي حركتي  ParaWalk  ‌ارائه و مورد حمايت سازمان گسترش صنايع نوسازي ايران قرار گرفت. هدف اصلي از انجام اين پروژه طراحي و ساخت يك پروتز عصبي براي گام برداشتن در افراد پاراپلژيك كامل است. انجام اين پروژه، قدم ديگري در راستاي انتقال تكنولوژي عصبي به ايران، گسترش و اصلاح سيستم ٍ هاي موجود است. سيستم قابليت انجام تمرين فيزيوتراپي، ايجاد حركت ٍ هاي ايستادن، گام برداشتن و نشستن را براي افراد فلج كامل پاراپلژيك داراست. لازم به توجه است تنها پروتز عصبي تاييد شده براي گام برداشتن در دنيا، پروتز عصبي  Parastep  است در آمريكا توليد ميٍ‌شود. 
پــروتــز عـصـبــي ســاخـتــه شــده يــك سـيـستـم مـيـكـروالـكـتـرونـيـكـي با تراشه ريز پردازنده اي است كه بر اساس مكانيزم مغز انسان در ايجاد و كنترل حركت عمل مي كند و در نوع خود در دنيا مـنـحـصـر بـه فرد است. مهمترين ويژگي پروتز عصبي اين است كه حركت را در عضو فلج به نحو طبيعي ايجاد مي كند به همان صورت كه سيستم عصبي مركزي انسان، حركت را در يك عضو ايجاد مي كند.
سيستم مذكور در كلينيك قابل استفاده بوده و با ايجاد مراكز كلينيكي خاص، كشور ايران بعد از آمريكا دومين كشوري است كه قادر به استفاده از اين تكنولوژي پيشرفته براي ايجاد حركت در بـيـمـاران ضـايـعـه نـخـاعـي خـواهد بود. در حال حاضر اين سيستم به صورت مطلوبي بر روي پنج بيمار ضايعه نخاعي آزمايش شده كه دو نفر از بـيـمـاران هـم اكنون به مرحله ايستادن و گام برداشتن هستند. 
براي اين كه بيماران بتوانند گام بردارند اين سـيـستم بايد همراه آن ها باشد، زيرا اين پروتز عـصـبـي كـار مـغـز را بـراي ايـجـاد حركت انجام مي‌دهد، بنابراين براي ايجاد اين حركت نياز به اين پروتز عصبي است. 
ايــن نـوع پـروتـزهـا در مـحـلـي از عـضـو قـرار مي‌گيرند كه نزديك نقطه موتوري عضله هستند ( همان نقطه اي كه عصب وارد شده و در عضله منشعـب مـي شـود) و واحـدهـاي حركتي را در نزديكي همان محل تحت كنترل قرار مي دهند.
افرادي كه دچار ضايعه نخاعي هستند در اثر عــدم تـحــرك، دچــار عــوارضـي از قبيـل پـوكـي اسـتـخـوان، آتـروفـي عـضـلانـي، سـفتي مفاصل، ناراحتي هاي كليوي و قلب و عروق مي شوند همچنين اين افراد كنترل ادرار ندارند و عمل دفع آ ن‌ها با مشكل مواجه است. عضلات فلج در اثر عدم امكان انقباض، رفته رفته شل شده و توانايي خود را از دست مي دهند. از همه مهمتر اين افراد دچار افسردگي مي شوند و نگهداري اين افراد بـراي خـانـواده مشكل و داراي هزينه است، به همين جهت رفع مشكلات حركتي در بيماران ضـايـعـه نـخـاعـي، صـدمـه مـغزي، بيماران دچار  SCLEROSIS MULTIPLEو  Cpو  STROKEهدف تحقيقات براي چند دهه است. 
امروزه پروتزهاي عصبي به عنوان يك روش بالقوه موثر براي ايجاد حركت در اندام فلج افراد دچـار ضـايـعـه نـخـاعـي يـا ضـايـعـه مـغزي و رفع اخـتـلالات حـركـتي ام . اس،  CPو   STROKE مـطــرح اســت و در مـحـيــط هــاي تـحـقـيـقـاتـي - كلينيكـي بـراي ايجـاد حـركـت در انـدام فوقاني ( بستن و باز كردن پنجه دست و كنترل دست آرنـج و شـانـه ) و انـدام تحتـانـي ( ايستـادن، گـام برداشتن ، رفع افتادگي مچ پا ) به كار مي رود. 
در حـال حـاضـر ايـن تـكنولوژي در انحصار آمـريـكـا و بـسـيـار گـران قـيمت است تنها پروتز عصبي گام برداشتن تاييد شده در دنيا وجود دارد و آن پروتز عصبي   TEP PARASدر آمريكا است كه در بيش از 40 مركز پزشكي در آمريكا استفاده مي شود. 
پروتز عصبي ساخته شده در كشور تاكنون بر روي افراد فلج كامل به كار گرفته شده و به خوبي اين افراد قادر به بلند شدن از صندلي چرخدار، نشستن ، ايستادن و گام برداشتن شدند.

مقايسه ميكروپروسسورهاي  پروتزهاي اندام فوقاني 
مهمترين دستاورد هاي پروتزهاي الكتريكي اندام فوقاني در طول 40-30 سال اخير حاصل شده است. توسعه و گسترش پروتز هاي الكتريكي اندام هاي فوقاني را مي توان در سه نسل به طور مجزا خلاصه كرد. اولين نسل اغلب  به عنوان سيستم هاي ديجيتال خوانده مي شود كه در مدت خاموش ، روشن براي كنترل وسايل الكتريكي انتهاي (TD)، چـرخـاننـده هـاي مـچ و آرنـج استفـاده مـي شـده اسـت . ايـن سيستـم هـا از طريق نرخ سيگنال‌،TDها را كنترل مي كردند . در اين نسل وسايل  nputشامل مايوالكترودها و انواع سوئيچ ها بود كه يا درون پروتز يا به هارنس اتصال مي يافت .
نسل دوم توسط  Utah Armساخته و معرفي شد و بعد از آن نيز پروتز  Rocontrol I توسط همان شركت ساخته شد. در هر دو سيستم قابليت استفاده از آستانه هاي قابل تنظيم ، سيگنـال هـاي  EMGبـه خـوبي نرخ انقباض عضلات وجود داشت تا نياز استفاده از سوئيچ‌هاي نوع Co-Contractionرا در نسل اول به حداقل برساند. اين سيستم ها با كاهش آستانه عضلات ميزان ميكرو ولت را كاهش دادند در نتيجه افراد با نواقص بالا نيز قادر به استفاده  از پروتزهاي مايو الكتريك بودند. مهم ترين دستاورد اين سيستم ها كنترل نسبي است. 
اما سومين و آخرين نسل پروتزهاي الكتريكي با ميكرو پروسسور هاي قابل تنظيم تـركيـب شـد در سـوميـن نسـل كنتـرل نسبي  به عنوان استاندارد شناخته شد. ميكرو پروسسور ها تنظيم دامنه وسيعي از مايو الكتريك را براي بهبود و ساده كردن كنترل پروتز ايجاد مي كند.

 ‌فوايد استفاده از ميكروپروسسور
استفاده از ميكرو پروسسور داراي فوايدي هم براي بيمار و هم از لحاظ مادي  دارد  همان گونه كه تكونولوژي ميكرو پروسسور ها پيشرفت مي كند احتمالا فوايد آن ها نيز افزايش مي يابد.
ميكرو پروسسور ها قادر هستند كه شرايط را كنترل و خصوصيت ورودي ها را در همه مراحل استفاده از پروتز به سرعت اصلاح و تنظيم كنند بدون اينكه لازم باشد اجزاي آن تغيير يابد، اين جنبه مهم باعث شد 3/1قيمت پروتز با ايجاد يك بسته الكتريكي  Mwticontrolكاهش يابد به علاوه باعث كنترل راحت تر و سريع تر پروتز مي شود. 
بدون استفاده از سيستم ميكرو پروسسور در دوره درمان  ابتدا فرد مجبور است از يك پروتز كامل براي خستگي اوليه) Early Fatting(با كنترل سوئيچ دست ، انگشتان ، يكي بــــراي ابــتــــداي دوره  ســيــســتـــم  (Saingle Site(ديـگـــري بـــراي بـقـيـــه دوره  سـيـسـتـــم ( Dual-site ) ‌استفاده كند.
با استفاده از ميكروپروسر ها مي توان سيگنال ENGرا فيلتر كرده در نتيجه عملكرد  TDرا بهبود داد. ثانيا با ميكرو پروسسور ها مي توان آستانه هاي كنترل و حساسيت هاي پروتز را به راحتي تغيير داد. به طور مثال، با افزايش طويل شدن عضلات بيمار احتمال دارد يك عضله قوي تر از بقيه باشد. اين عدم تعادل عضلاني استفاده از الگو هاي سيگنال عضلات و انقباض عضلات براي خروجي هاي قابل اعتماد و مناسب را مشكل مي كند.  اگر عدم تعادل عضلات گسترش يابد فرد ناتوان تر شده و امكان استفاده از پروتز كاهش مي يابد. همچنين عدم تعادل عضلاني باعث  كاهش تماس الكترود ها  مي شود. 
تكنولوژي استفاده از ميكرو پروسسور قادر به ذخيره سازي اطلاعات بيمار است كه به طور مثال مي توان از ميكرو پروسسور Vori Grip IIIدر اين مورد نام برد. اطلاعات فرد ، تنظيمات الكترونيكي ، خصوصيات ورودي و الگوي  استفاده از پروتز توسط بيمار ضـبـط شـده در صـورت نـيـاز قـادر بـه بـاز خواني است كه مي توان بهبود و پيشرفت عملكردي فرد را با مطالعه تغييرات طويل شدن عضلات و دادهاي استفاده شده توسط بيمار پيگيري كرد .
پروتز هاي الكتريكي اندام فوقاني داراي سه نوع كنترل پايه هستند:
مايوالكتريك: كه به دو نوع يك طرفه و دو طرفه تقسيم مي شود.

  ‌يك طرفه (Single Site)
 Single Siteشامل يك الكترود است كه براي انقباض عضلاني استفاده مي شود و باز و بسته شدن   TDيا پرونيشن ، سوپينيشن مچ را كنترل مي كند . مثلا استفاده از انقباض آهسته براي  EMG با سطح بالا براي كنترل عملكرد هاي جداگانه  TDاست . در مجموع الكترود  Single Siteبـا بـاز شـدن ارادي و بستـن خودكار موجود است ( مانند .)Sensor Hand

دو طرفه (Dual Site)
در اين نوع دو تا الكترود مجزا براي  كنترل  TD،چــرخــانـنــده هــاي الـكـتــريكـي مـچ يـا آرنـج استفاده مي شود. براي مثال يك الكترود براي باز كردن   TDاستفاده مي شود در حالي كه الكترود دوم مسئول بستن  TDاست. وقتي فرد يك عضله را منقبض مي كند گروه عضلاني مخالف ممكن اسـت يـك Myo-Signal در هـمـان مـيـكـرو ولت ايجاد كند كه اين قضيه مي توان مشكل ساز باشد كه البته اين مشكل در  Procontrol II ديده مي شود. سيستم  DMC اتوبوك بر مبناي  First-Comeعمل مي كند.

Switch
انـواع مـخـتـلـفـي از سـوئـيچ ها وجود دارند ، بعضي از آن ها با كشيدن كامل كار مي كنند در حالي كه بقيه با پايين كشيدن يك اهرم يا دكمه كار مي كنند. سوئيچ ها كنترل نسبي ندارند.
مـايـو الـكـتـرود هـا سايز هاي مختلفي دارند. همچنين مي توان اختلاف آن ها را از نظر طراحي  Remote يا Remote Nonبيان كرد كه در واقع به محل قرارگيري Preamp Electronic بستگي دارد‌. الـكـترودهاي Remote در منطقه با تعرق بالا و تـاثـيـرات مـحـيطي محافظت الكترونيكي ايجاد مي‌‌كنند. الكترود Remote Non در يك جا قرار مــي‌گـيــرنــد اگــر چــه  بـا ايـن كـار مـمـكـن اسـت الكترود‌ها  تحت تاثير تعريق پوست آن منطقه قـرار گيـرنـد ولـي ايـن نوع باعث كاهش منطقه مورد نياز براي Housi Electronic درون پروتز يا فـريـم و همچنيـن كاهش اندازه سيم هارنس و تعداد اتصالات الكتريكي مي شود.
هر الكترود براي فرد خاصي مناسب است در ملاحظات كلينيكي، الكترودها بايد با توجه به بافت نرم ، زخم و ... انتخاب شوند. با استفاده از ميكـروپـروسسـورهـا سوئيچ ها قادر هستند در چندين موارد مختلف حتي بدون كنترل نسبي مـورد استفـاده قـرار گيـرنـد . سـوئيچ هارنس بر مبناي  Excursion يا انواع كشيدن كار مي كند.

منبع: نشریه مهندسی پزشکی شماره ۱۱۸