ميكانيزم الركبة الصناعية (Knee Mechanism) | ORTHO LIFE ORTHO LIFE | أورثو لايف للأطراف الصناعية
ميكانيزم الركبة الصناعية (Knee Mechanism)

ميكانيزم الركبة الصناعية (Knee Mechanism)

يعتبر ميكانيزم الركبة واحداً من العناصر المهمة والحساسة جداً في الرجل الصناعية المستخدمة للمبتورين مما فوق الركبة حيث أنه يؤثر على عمل الرجل الصناعية وعلى إمكانية المرض في استثمار هذه الرجل , لذا يجب أن يتم اختيار هذا الجزء من الساق بحذر شديد مع الأخذ بعين الاعتبار مستوى النشاط عند المريض وقوته الفيزيائية .


تصمم جميع ميكانيزمات الركبة لتؤمن :
1.    استقرار الساق خلال طور التلامس .
2.    حركة طبيعية دون تشوهات خلال طور التأرجح .
3.    راحة المريض خلال الجلوس .
تعود الفروق بين وحدات الركبة إلى الطرق المختلفة الموظفة من أجل تحقيق المتطلبات الثلاث المذكورة وهناك عدة أنواع من وحدات الركبة وسوف ندرس فيما يلي أهم هذه الوحدات مبينين المبادئ والأساسيات في تشغيلها حيث تصنف هذه الوحدات حسب طبيعة العمل الذي تقوم به إلى ثلاث مجموعات :
1.    وحدات تستخدم من أجل التحكم بالساق خلال طور التلامس .
2.    وحدات تستخدم من أجل التحكم بالساق خلالطور التأرجح .
3.    وحدات تستخدم من أجل التحكم بالساق خلال طوري التلامس والتأرجح .

أولاً _ الوحدات المستخدمة من أجل التحكم بالساق خلال طور التلامس :
تعمل جميع هذه الوحدات على تحقيق استقرار ميكانيزم الركبة خلال طور تلامس القدم مع الأرض وهناك عدة أنواع لهذه الوحدات ومنها :

A)    الركبة وحيدة المحور التي تؤمن الاستقرار بوساطة التسامت :
تسمى أيضاً بالركبة وحيدة المحور ذات الاحتكاك الثابت وهي تستخدم طريقة التسامت في تحقيق استقرار مفصل الركبة لهذا الميكانيزم ويتم ذلك بإعطاء محور ميكانيزم الركبة الوضع الذي يكون فيه خط الحمولة (حامل شعاع قوة رد الفعل بين القدم والأرض) ماراً وبشكل دائم من الجهة الأمامية لمحور ميكانيزم الركبة وبذلك فإن الركبة ستتعرض إلى عزم يحاول دائماً أن يجعلها في حالة انبساط وبالتالي فإن استقرارها يكون مؤمناً دون التعرض لحالات الانهيار .
يجب أن يترافق تطبيق هذه الطريقة مع حذر شديد كي لا تقع الركبة تحت عزم انبساط عالٍ مما يستدعي الحاجة إلى بذل عزم كبير كي يستطيع المريض الشروع في انقباض الركبة قبل مغادرة القدم للأرض وهذا العزم الكبير يجب على المريض توليده بوساطة عضلات الورك مما يزيد العبء عليه ويرفع في كمية الطاقة المبذولة في تشغيل الساق الاصطناعية , وقد يقود في بعض الحالات إلى رفض المريض للرجل الصناعية بشكل كامل .

B)    الركبة ذات القفل اليدوي (Manual Locking Knee) :
يمكن أن تكون هذه الركبة أي نوع من أنواع ميكانيزمات الركبة مزود بقفل يشغل يدوياً أو نصف آلياً , يتألف القفل من قطعة معدنية تشبه المسمار حيث يمكنها أن تتحرك باتجاه مركز الركبة وتقفل الميكانيزم عندما تكون الركبة بحالة انبساط كامل .
يحرر المريض القفل يدوياً عند الجلوس كي يتم انثناء الركبة ولكن عند الوقوف يعود المسمار أوتوماتيكياً إلى مكانه ليقفل الركبة وهي بحالة انبساط كامل .
كثيراً ما يستخدم هذا النوع من الركب والركبة حرة أي بدون القفل لذا فإن استقرار الركبة يجب أن يتأمن بوساطة الطريقة الأولى (طريقة التسامت) .
تستخدم الركبة ذات القفل اليدوي للمبتورين والضعفاء فيزيائياً ومع الساق الصناعية التي تستخدم لفترة مؤقتة بعد عملية البتر مباشرةً ولكن يؤخذ على هذا النوع من الركب أنه وبسبب أن الركبة لا تنثني خلال طور التأرجح فإن الطاقة اللازمة لتشغيلها تكون عاليةً بالمقارنة مع الركب القابلة للانثناء كما أن الانحرافات في المشية قد تكون مؤكدة .

C)    وحدة الركبة الاحتكاكية ذات القفل اليدوي الذي يعمل بفعل الوزن (Weight Activated Friction Knee Unit) :
يسمى هذا النوع من الركب بالركبة الأمينة (Safety Knee) لأنه يكون مؤمناً ولا ينهار خلال طور التلامس أما خلال طور التأرجح فإن هذه الركبة تعمل مثل الركب ذات الاحتكاك الثابت , خلال طور التلامس فإن القوة الناتجة عن الحمل المطبق على الركبة تضغط على محمل خاص ذي معامل احتكاك عالٍ ليولد ضغطاً كبيراً على ميكانيزم الركبة ويمنعه من الدوران وبالتالي تقفل الركبة بشكل مؤقت وتمنع من الانثناء والانهيار .
يمكن أن يتحقق هذا القفل لأي وضعية من وضعيات الركبة أي أن الركبة يمكن أن تقفل وهي بحالة انثناء جزئي ويمكن تحديد القوة اللازمة لعمل القفل تبعاً لحالة ومتطلبات المريض .
يبين الشكل رسماً توضيحياً لهذا النوع من وحدات الركب وتكون آلية العمل على الشكل التالي :
توصل أنبوبة إلى القسم العلوي وأنبوبة أخرى إلى القسم السفلي (A) من الميكانيزم وعندما تطبق الحمولة على القسم العلوي للميكانيزم خلال طور التلامس فإن القطعة العليا تدور باتجاه الأسفل (مع عقارب الساعة في هذه الحالة) لتدفع القطعة (B) التي تؤثر على ذراع المكبح (C) في القسم السفلي للميكانيزم مما يضيق الفراغ الكائن حول محور الركبة (D) ويؤدي أخيراً إلى فرملة الميكانيزم .
تكون قوة مقاومة المكبح والقوة اللازمة للفرملة متناسبةً مع الوزن المطبق على القسم العلوي من الميكانيزم ويحدد مسبقاً الوزن اللازم للبدء بعملية الفرملة بوساطة اللولب (E) وهذا تابع لوزن الإنسان وحالته الفيزيائية .
عندما يزال الحمل عن الميكانيزم فإن هناك نابضاً خاصاً يدفع الذراع (C) إلى الأعلى ويحرر المحور (D) لتعود الركبة وتعمل كالركبة ذات الاحتكاك الثابت خلال طور التأرجح , يمكن أن تعير قيمة الاحتكاك الذي تعمل عنده الركبة باحتكاك ثابت وتحدد بوساطة لولب خاص (F) يؤثر على المحور الآخر للميكانيزم .
Figure 3.16
D)    وحدة الركبة ذات المراكز المتعددة (Polycentric Knee Unit) :
يمكن أن يكون هذا الميكانيزم أي جهاز أو ميكانيزم يكون فيه موضع المركز اللحظي للركبة متغيراً مع تغير زاوية انثنائها , في هذا النوع من ميكانيزمات الركبة يتحدد استقرار الركبة من موضع مركزها اللحظي الذي يمكن أن يصمم ليؤمن استقرار الركبة في المرحلة الأولى من طور التلامس ويسهل عملية انثنائها في المرحلة الأخيرة من طور التلامس قبيل البدء بطور التأرجح .
هناك عدة أنواع من ميكانيزمات الركبة ذات المراكز المتعددة ولكن النوع الأكثر شيوعاً هو الميكانيزم ذو الوصلات الأربع والمبين في الشكل حيث نلاحظ أن المركز اللحظي يكون مرتفعاً وخلف خط الحمولة عند لحطة تلامس القدم مع الأرض ويكون مرتفعاً وأمام خط الحمولة في الفترة قبيل البدء بطور التأرجح .
ينصح باستخدام هذا النوع من الميكانيزمات للمرضى المبتورين من خلال الركبة أو المبتورين مما فوق الركبة وكان الجذمور قصيراً كما ينصح به للمرضى ضعيفي عضلات الورك لأن جميع هذه الحالات يمكن أن تستفيد من وضع المركز اللحظي العالي الذي يساعد في تحقيق استقرار الساق بسهولة , يؤخذ على هذا النوع من الميكانيزمات أن حجمه كبير ووزنه ثقيل .
Figure 3.17

ثانياً _ الوحدات المستخدمة من أجل التحكم بالساق خلال طور التأرجح :
تتحكم جميع هذه الميكانيزمات بالساق خلال طور التأرجح فقط وليس لها أي تأثير على طور التلامس ولها عدة أنواع :

A)    وحدة الركبة ذات الاحتكاك الثابت (Constant Friction Knee Unit) :
تتألف هذه الركبة من مفصلة وحيدة المحور تسمح بالحركة الدورانية حول هذا المحور في مستوٍ واحد لذا فهي تسمح بحركة الجزء من الساق الواقع تحت الركبة مباشرةً وتسمح للقدم بالانقباض والانبساط فقط .
يتحكم بهذه الآلية لولب ومقمط احتكاكي محيط بمحور الركبة حيث يتحكم اللولب بفتحة المقمط وبالتالي يحدد العزم الاحتكاكي الناتج بين المقمط وبين محور الركبة كما هو موضح بالشكل .
يمكن أن تعير قيمة العزم الاحتكاكي وتحدد لإعطاء سرعة زاوية معينة وثابتة للجزء الواقع تحت الركبة من الساق وغالباً ما تأخذ بعين الاعتبار تواتر الخطوات في الثانية أو عدد الخطوات في الثانية , يزود هذا النوع من الوحدات بنابض كما هو في الشكل وذلك للحصول على ما يسمى بعزم الانبساط اللحظي المرن على محور الركبة حيث أن لثابت صلابة هذا النابض دوراً كبيراً في عملية انبساط الركبة بعد انقباضها .
يمكن أن يعير لولب التحكم المذكور أعلاه لإعطاء سرعة خطا واحدة فقط , لذا فإن على المريض أن يتقيد بهذه السرعة ومن الصعب جداً أن يغيرها وعلى الرغم من ذلك فإن هذه الوحدة مستخدمة بشكل واسع حيث أنها بسيطة وتخدم مدةً طويلةً وكلفة صيانتها ضئيلة جداً .
Figure 3.19

B)    ميكانيزم الركبة الهيدروليكي (Hydraulic Knee Mechanism) :
يتألف ميكانيزم الركبة الهيدروليكي من مكبس ينزلق داخل أسطوانة ليدفع سائلاً معيناً من أحد جوانب الأسطوانة إلى الجانب الآخر من خلال سلسلة من الفوهات التي تغلق الواحدة بعد الأخرى لإعطاء مقاومة متغيرة لانثناء (انقباض) الركبة , يختلف هذا النوع من الميكانيزمات عن الركبة ذات الاحتكاك الثابت في أنه قادر على الاستجابة لتغير عدد الخطوات في الثانية (تغير سرعة المبتور) حيث أن مقاومة انثناء الركبة تزداد مع ازدياد سرعة المبتور لذا فإنه يكون قادراً أن يأخذ عدة سرعات دون التعرض لأية متاعب أو تشوهات في المشية كما يختلف هذا النوع عن الركبة ذات الاحتكاك الثابت عند لحظة تلامس القدم مع الأرض وعند لحظة مغادرتها للأرض لأن هذا الميكانيزم له تخميد مختلف عن ذلك الموجود في الميكانيزم ذي الاحتكاك الثابت .
بما أن هذا الميكانيزم ثقيل نسبياً لذا يستخدم للمبتورين القادرين على تحمل هذا الوزن ولهم رغبة في الحصول على عدة سرعات سير كالرجال والشباب ولا يرغب به عند السيدات لأن له بعض المشاكل الجمالية وعلى كل حال يوجد الآن تصاميم خفيفة الوزن لهذا الميكانيزم إلى أنها غالية الثمن نسبياً .
Figure 3.20

C)    وحدة الركبة الهوائية (Pneumatic Knee Unit) :
تتشابه الركبة الهوائية مع الركبة الهيدروليكية في البناء وفي الاستجابة لسرعات مختلفة للمريض إلا أن الركبة الهوائية تستخدم الهواء كوسط للضغط بدلاً من السائل .
تتشكل المقاومة المتغيرة التي تقاوم انثناء الركبة بسبب ارتفاع الضغط أمام المكبس المتحرك وفي الحجرة التي ينتقل إليها الهواء , يتميز الميكانيزم الهوائي عن الميكانيزم الهيدروليكي في خفة وزنه وبساطته وقلة كلفته إلا أن الميكانيزم الهيدروليكي يعطي حركةً ناعمةً أشبه بالحركة الطبيعية لذا فإن الميكانيزم الهوائي يستخدم في الحالات التي تتطلب وزناً خفيفاً فقط .
Figure 3.21

ثالثاً _ الوحدات النستخدمة من أجل التحكم بالساق خلال طوري التلامس والتأرجح :
يتحكم هذا الميكانيزم بطور التأرجح بوساطة ميكانيزم هيدروليكي يعتمد على مبدأ الفوهات المتعددة التي تغلق الواحدة بعد الأخرى لتعطي مقاومةً متغيرةً ضد انثناء الركبة وعليه فإن هذا النوع ذو استجابة ديناميكية لعدة سرعات سير , كما يتحكم بطور التلامس من خلال دارة هيدروليكية تؤمن مقاومةً ضد انهيار الركبة منذ لحظة تلامس القدم مع الأرض وحتى مغادرتها للأرض ويتم تحديد الضغط المنتج لهذه المقاومة حسب متطلبات المبتور .