التطورات في مفاصل الركبة البينية لوظائف أفضل

التحكم العصبي في مفاصل الركبة البائنية من خلال واجهات متقدمة

كيف تتيح الواجهات العصبية الاتصال في الوقت الفعلي بين مفصل الركبة البائني وجهاز الأعصاب لدى المستخدم

تُغيّر واجهات العصبونات الطريقة التي نربط بها الأحياء بالآلات، حيث تحوّل بشكل أساسي الكهرباء العضلية إلى حركة فعلية للأطراف الصناعية. تستشعر هذه المستشعرات المتطورة الموجودة داخل الركبتين الاصطناعيتين انقباض العضلات من خلال تقنية تُعرف باسم تخطيط كهربية العضل (EMG). ما الذي يعنيه ذلك بالنسبة للأشخاص العاديين؟ يمكنهم تعديل خطواتهم، والتحكم في سرعة مشيتهم، والتفاعل مع مختلف أنواع الأسطح الأرضية كل ذلك خلال حوالي 150 جزءًا من الثانية. وهذا أسرع مما يدركه معظم الناس، لأن عيوننا عادةً تستغرق وقتًا أطول للرمش. كما أظهرت أبحاث حديثة صادرة عن معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) في عام 2025 نتائج مثيرة للإعجاب أيضًا. فقد تمكن الأشخاص الذين فقدوا أطرافهم من تفادي العوائق بنجاح بنسبة 92 بالمئة تقريبًا عند استخدام هذه الواجهات الجديدة، في حين لم تحقق الأطراف الاصطناعية القديمة من نوع الجورب سوى دقة تبلغ نحو 67 بالمئة. وهذا يُحدث فرقًا كبيرًا في الحياة اليومية حقًا.

عملية واجهة العضلات المتضادة-المنشطة (AMI) تحسّن التغذية المرتدة العضلية ودقة الحركة

تعمل جراحة AMI على إعادة توصيل مجموعات العضلات المزدوجة، مما يساعد في استعادة التوازن الطبيعي بين العضلات التي تعمل معًا وضد بعضها البعض. يُبلغ المرضى عن تحسن في استجابة الأعصاب بنسبة 40% تقريبًا بعد هذه العملية مقارنةً بتقنيات البتر التقليدية. ماذا يعني ذلك عمليًا؟ يمكن للأشخاص الشعور فعليًا بموقع مفاصلكم وكمية المقاومة التي يواجهونها دون الحاجة إلى التفكير فيها، وهو أمر مشابه لما يحدث في الركبتين الطبيعيتين. وفقًا لبحث نُشر في مجلة Nature Medicine العام الماضي، كان لدى الأشخاص الذين خضعوا لعلاج AMI حاجة لتغيير وضعهم أقل بحوالي 30 بالمئة عند المشي على أرض غير مستوية. وهذا يجعل المشي لمسافات طويلة أقل إرهاقًا عقليًا، حيث لا يتعين على الدماغ تصحيح كل تعثر صغير باستمرار.

الأداء السريري للركبتين الاصطناعيتين يُظهر تكاملًا عصبيًا محسنًا واستجابة أفضل من المستخدم

تُظهر الأبحاث بعد الزرع أن الأشخاص الذين يمتلكون هذه الركبتين الاصطناعيتين المتطورة يمكنهم المشي أسرع بنسبة تقارب 23 بالمئة، مع استهلاك أقل للطاقة بنحو 18 بالمئة مقارنةً بالنماذج التقليدية. والأكثر إثارة على الأرجح هو أن ما يقرب من تسعة من كل عشرة مرضى شعروا بارتباط أكبر بأطرافهم الاصطناعية خلال ستة أشهر، ويرجع الفضل في ذلك بشكل كبير إلى الاتصال ثنائي الاتجاه الذي يحدث بين مستشعرات الجهاز والنهايات العصبية. وفيما يتعلق بالسلامة، كانت هناك أيضًا انخفاضات كبيرة - فقد سقط الأشخاص على السلالم بنسبة أقل بقرابة 50 بالمئة خلال فترات الاختبار. إن هذا النوع من التزامن بين الدماغ والآلة يحدث فرقًا حقيقيًا عند التنقل عبر العقبات اليومية.

التكيف الخاضع للتحكم بواسطة المعالج الدقيق من أجل الحركة الديناميكية وكفاءة المشية

تتيح خوارزميات التكيّف الفوري للمفاصل الاصطناعية للركبة الاستجابة لتغيرات التضاريس بسلاسة

تستخدم مفاصل الركبة الاصطناعية المتطورة اليوم معالجات ذكية تعمل بالذكاء الاصطناعي للتحقق من الظروف الموجودة أسفل القدم بمعدل نحو خمسين مرة في الثانية. وعندما تكتشف هذه الأجهزة تغيرات في التضاريس مثل التلال أو الدرج أو الأسطح الوعرة، فإنها تقوم بتعديل درجة صلابة المفصل، وتغيير مدى انحنائه، وضبط القوة اللازمة للحركة إلى الأمام. وأظهرت دراسة نُشرت في عام 2024 نتيجة مثيرة للإعجاب أيضًا: فقد أفادت بأن الأشخاص الذين يستخدمون هذه الركبتين الذكيتين يتعثرون بشكل أقل بكثير على الأسطح الصعبة مقارنةً بمن يستخدمون الأطراف الاصطناعية الميكانيكية التقليدية، وبواقع انخفاض بنسبة اثنين وسبعين بالمئة في حالات التعثر! وما يجعل كل هذا ممكنًا هو مزيج ذكي من تقنيات مختلفة تعمل معًا بسلاسة في الخلفية.

• وحدات قياس قصور ذاتي (IMUs) تتبع موقع الطرف في الفضاء ثلاثي الأبعاد
• مستشعرات ضغط تُحدد قوى تماس السطح
• نماذج تعلّم آلي للتنبؤ بأنماط المشي المثلى

خفض استهلاك الطاقة وتحسين كفاءة المشي من خلال التحكم الذكي في الحركة

تُظهر التجارب السريرية أن الركبتين الخاضعتين للتحكم الدقيق بالمعالجات المصغرة تقلل من تكاليف الطاقة الأيضية بنسبة تتراوح بين 18 و22٪ أثناء المشي، وذلك بفضل تحسين ميكانيكا مرحلة البسط ومرحلة استعادة الطاقة في الوضع الثابت.

كما هو موضح في أحدث أبحاث التحكم في الحركة الفعلية، فإن هذه الأنظمة تقوم بتوزيع ديناميكي للطاقة الحركية خلال انتقالات المنحدرات، مما يتيح الحفاظ على الإيقاع الطبيعي على المنحدرات التي تصل إلى 15°.

الاندماج العظمي والتكامل البيوميكانيكي مع العضلات والعظام

الربط الهيكلي المباشر من خلال الغرسات التيتانيوم يلغي انزعاج الق/socket ويعزز نقل القوة

تعمل الغرسات التيتانيوم بشكل جيد جدًا للربط العظمي المباشر لأنها تمتلك نطاقات حركة دقيقة خاصة تتراوح بين حوالي 30 إلى 750 ميكرون، والتي تساعد في الواقع على نمو العظام داخلها مع الحفاظ على الثبات التام. تُظهر الاختبارات السريرية معدل نجاح يبلغ حوالي 92 بالمئة مع هذا النوع من الالتحام. ما يميز هذه الغرسات هو قدرتها على التخلص تمامًا من تلك التقرحات المؤلمة الناتجة عن المقابس التقليدية، فضلًا عن تحسينها لنقل القوى بنسبة تصل إلى 37 بالمئة مقارنةً بالبدائل الاصطناعية التقليدية. تم هندسة أسطح هذه الغرسات باستخدام مفاهيم متقدمة جدًا في علم الأحياء الموادية، ما يعني أن الخلايا تلتصق بها بشكل أسرع. تشير الاختبارات إلى أن ذلك يحدث أسرع بنسبة 68 بالمئة مقارنةً بالأساليب القياسية، مما يؤدي في النهاية إلى أنماط مشي تبدو أكثر طبيعية بالنسبة للأشخاص الذين يحتاجون إلى هذه التعويضات.

القدرة على التحمل الطويلة للأطراف الصناعية المدمجة للركبة الداعمة للحركة النشطة دون قيود

تُظهر الأبحاث التي استمرت لعدة سنوات أن حوالي 85 بالمئة من هذه الأنظمة العظمية المدمجة تستمر في العمل بشكل صحيح حتى بعد خمس سنوات كاملة من الاستخدام اليومي المنتظم. والسبب؟ إن التيتانيوم لا يتآكل بسرعة، وعند دمجه مع قدرة عظامنا الطبيعية على التكيف، فإنه يوقف تأثير التظليل الإجهادي المزعج. ما الذي يعنيه ذلك عمليًا؟ يمكن للأشخاص تحمل وزن إضافي بنسبة تصل إلى 40% تقريبًا عند الركض أو القفز مقارنةً بالزرعات التقليدية من نوع المحوار. ولاحظ هذا: ما يقرب من 9 من كل 10 مستخدمين يبلغون عن عدم وجود أي مشاكل في مفاصلهم عند القيام بأنشطة مثل المشي على أسطح غير مستوية أو ممارسة رياضات خفيفة، وهي نتيجة مثيرة للإعجاب حقًا.

تحسين الوعي الحسي الموضعي واندماج المستخدم الوظيفي لتعزيز الثقة في الأداء

استعادة التغذية الراجعة الحسية الطبيعية تعزز القبول النفسي والتحكم الحركي

تُعدّ أحدث مفاصل الركبة الحيوية مزوّدة الآن بواجهات عصبية متقدمة تحاكي القدرات الاستشعارية الطبيعية للجسم. تتيح هذه الأجهزة للمستخدمين الشعور الفعلي بموقع ساقهم وطريقة حركتها بفضل أجهزة استشعار الضغط المدمجة. كما أظهرت دراسة من عام 2022 نتيجة مذهلة إلى حدٍ ما، حيث حقق الأشخاص الذين فقدوا أطرافهم واستخدموا هذه الأطراف الصناعية الجديدة التي توفر تغذية راجعة لمسية حقيقية تحسناً بنسبة 40٪ تقريباً في اختبارات التوازن مقارنةً بمن يستخدمون أطرافاً صناعية تقليدية. كما تأقلموا بشكل أسرع بكثير مع الأسطح الوعرة، وبسرعة تزيد بحوالي 2.3 مرة وفقاً لنتائج الدراسة. ما الذي يجعل هذا الأمر مميزاً؟ إن طريقة عمل هذه الواجهات مع الجسم تقلل من الجهد الذهني أثناء المشي. وتؤيد الاستبيانات السريرية هذا أيضاً، حيث ذكر ما يقارب 8 من كل 10 مستخدمين أنهم شعروا بارتباط أكبر بالطرف الاصطناعي الخاص بهم، وهو ما يسميه الباحثون "إحساس بالملكية تجاه الطرف".

تحسين التنقّل اليومي والثقة لدى البترية باستخدام أنظمة ركبة حيوية استجابة

تُظهر التجارب السريرية التي تستخدم أنظمة بيوتكية متقدمة أن المستخدمين يحققون 92٪ من تناسق المشي الطبيعي أثناء الأنشطة الروتينية مثل صعود الدرج. تسلط الاختبارات الواقعية الضوء على ما يلي:

• انخفاض بنسبة 65٪ في الحركات التعويضية (مثل رفع الورك)
• يُبلغ 83٪ من المستخدمين عن تقليل الخوف من السقوط على الأسطح الزلقة
  ينتج عن هذه الموثوقية المحسّنة زيادة بنسبة 27٪ في عدد الخطوات اليومية بين المستخدمين على المدى الطويل، وفقًا لمقاييس نتائج إعادة التأهيل (2023).

الاستقرار والأداء في المفاصل الركبة البيوتية في البيئات الصعبة

يقلل مقاومة المفصل التكيفية من خطر السقوط أثناء الحركات المعقدة

تُدمج ركبتا اليوم الاصطناعيتان المتطورة وسائد هيدروليكية مع أنظمة ذكية للتعلم تتغير فيها المقاومة أثناء الحركة. تحلل هذه الأجهزة المعلومات الواردة من شرائح استشعار الضغط الخاصة وأجهزة استشعار تتبع الحركة المدمجة في الساق. وعندما يتعثر الشخص أو يصطدم بعائق غير متوقع، تزداد صلابة الركبة بعد نصف ثانية تقريبًا لمساعدته على الحفاظ على التوازن. كما أظهرت دراسة نُشرت العام الماضي نتائج مثيرة للإعجاب أيضًا. فقد سجّل الأشخاص الذين فقدوا أرجلهم فوق الركبة انخفاضًا بنسبة 38 بالمئة في عدد السقوط عند التنقّل في المسارات الصعبة باستخدام هذه الركبتين الذكيتين مقارنةً بالأطراف الاصطناعية التقليدية التي لا تتكيف ذاتيًا.

تسلق السلالم بشكل أفضل، والتنقل على المنحدرات، وتجنب العوائق في الاختبارات السريرية

تُظهر النماذج المجهزة بمعالجات دقيقة متطورة تحسناً حقيقياً عند اختبارها في ظروف حقلية فعلية. وجدت دراسة حديثة أجرتها معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) لعام 2025 أن الأشخاص الذين يستخدمون هذه الأنظمة الجديدة صعدوا الدرج أسرع بنسبة 70 بالمئة تقريباً مقارنةً بأولئك الذين يستخدمون الإصدارات الهيدروليكية القديمة. كما ارتكبوا نحو 62% من الأخطاء أقل أثناء المشي على أرض صخرية مغطاة بالحطام. ويُشير فريق البحث إلى أجهزة استشعار خاصة مدمجة في هذه الأجهزة باعتبارها السبب الرئيسي وراء هذا التحسن. ويمكن لهذه المستشعرات قراءة ما هو قادم في التضاريس فعلياً، حيث تكتشف تغيرات الميل قبل وصول القدم إلى الأرض بـ 200 جزء من ألف جزء من الثانية. ويتيح هذا التنبيه المبكر للنظام تعديل إخراج الطاقة بشكل دقيق، مما يجعل الانتقال من سطح إلى آخر يحدث بسلاسة دون توقفات مفاجئة أو انزلاقات.