Skip to main content

Symbiotic man-machine interactions in wearable exoskeletons to enhance mobility for paraplegics

Article Category

Article available in the folowing languages:

Egzoszkielet dla paraplegików

Coraz częściej do wspierania pacjentów z upośledzeniem funkcji ruchowych wykorzystywane są urządzenia zrobotyzowane. Projekt Symbitron ma na celu zrewolucjonizowanie rehabilitacji pacjentów dzięki nowemu, adaptowalnemu szkieletowi zewnętrznemu.

Gospodarka cyfrowa
Zdrowie

Uszkodzenie rdzenia kręgowego (SCI) może prowadzić do paraplegii, czyli sparaliżowania dolnych części ciała. Ostatnie badania nad leczeniem SCI i przywróceniem częściowej ruchomości doprowadziły do opracowania egzoszkieletów wspomagających. Biorąc pod uwagę, że aktywne pobudzenie układu nerwowo-mięśniowego u pacjentów z SCI może sprzyjać regeneracji motorycznej, egzoszkielety muszą reagować zarówno na użytkownika, jak i środowisko. Finansowany ze środków UE projekt Symbitron był czteroletnią inicjatywą, której celem było opracowanie bezpiecznego, inspirowanego biologicznie i spersonalizowanego egzoszkieletu nadającego się do noszenia. „Naszym głównym celem było umożliwienie pacjentom z SCI chodzenia bez dodatkowej pomocy, poprzez uzupełnienie resztek funkcji motorycznych”, wyjaśnia koordynator projektu prof. Herman van der Kooij. Konstrukcja skoncentrowana na pacjencie Egzoszkielet Symbitron został oparty na w pełni zindywidualizowanym rozwiązaniu, które uzupełnia indywidualne możliwości każdego pacjenta. Wyjątkowość konstrukcji polega na naśladowaniu fizjologicznej funkcjonalności nerwowo-mięśniowej, a jednocześnie płynnemu połączeniu pozostałych funkcji organizmu człowieka. Badacze wykorzystali dynamiczne modele mięśni kończyn dolnych do wspomagania chodu pacjentów z SCI poprzez odtwarzanie ludzkich zachowań za pomocą kinematyki stawów, pomiarów kinetycznych i aktywacji mięśni. Modele oparto na danych klinicznych uzyskanych od osób zdrowych i chorych na SCI. Opracowany przez uczonych kontroler egzoszkieletu potrzebuje bardzo niewielu danych wejściowych dotyczących kątów przegubów, pozycji i wykrywania wahań, aby symulować poruszanie się z różną prędkością i w różnym terenie. Wykazuje się również odpornością na zakłócenia i zmiany w otoczeniu. Obok szeroko zakrojonej optymalizacji konstrukcji i sterowania, duży nacisk położono na dwukierunkową, symbiotyczną interakcję człowiek-maszyna. Modułowy egzoszkielet może być modyfikowany w zależności od wielkości i możliwości poszczególnych pacjentów za pomocą różnych konfiguracji: podparcia samej kostki, podparcia kostki i kolana lub podparcia kostki, kolana i biodra. Możliwe jest również podparcie tylko jednej lub obu nóg. Ponadto, moduł elektroniczny i mechaniczny jest automatycznie rozpoznawany przez odpowiednie oprogramowanie w celu dostosowania wydajności do specyficznych potrzeb użytkownika. Znaczenie kliniczne Aby potwierdzić kliniczne bezpieczeństwo i funkcjonalność systemu, konsorcjum Symbitron opracowało środowisko szkoleniowe i protokoły szkoleniowe dla pacjentów z SCI i ich lekarzy. W testach wzięli udział pacjenci z częściowym SCI, którzy wymagali jedynie podparcia przy kostce lub przy kostce i kolanie, oraz z całkowitym SCI, którzy wymagali pełnego podparcia obu nóg. „Testy kliniczne wykazały, że sprzęt i oprogramowanie można dostosować do szczególnych cech tych osób, co stanowi dowód na wykonalność naszego wyjątkowego podejścia”, podkreśla prof. van der Kooij. Co ważne, biologicznie inspirowane sterowniki – w przeciwieństwie do podejść konwencjonalnych – pozwalały na zmianę natężenia chodu pod względem prędkości i długości kroku. Wyniki były bardzo obiecujące: u wszystkich pacjentów z częściowym SCI poprawiła się prędkość chodzenia i/lub równowaga podczas treningu, a dwoje pacjentów z całkowitym SCI mogło znowu zacząć chodzić. W niektórych przypadkach efekt rehabilitacji obserwowano po treningu z użyciem urządzeń Symbitron nawet wtedy, gdy osoby nie korzystały z urządzenia. Analiza psychometryczna potwierdziła również zadowolenie pacjenta i motywację do dalszej pracy. Prof. van der Kooij wyraża przekonanie, że „chociaż wyniki kliniczne nadal mają charakter wstępny, to trening z użyciem urządzeń Symbitron wydaje się poprawiać chodzenie osób, u których pozostały jeszcze pewne funkcje motoryczne”. Sugeruje to, że wsparcie oferowane w ramach podejścia Symbitron mogłoby obejmować nie tylko rehabilitację pacjentów z SCI, ale również na przykład osób po udarze mózgu.

Słowa kluczowe

Symbitron, uraz rdzenia kręgowego (SCI), egzoszkielet, rehabilitacja, kontroler

Znajdź inne artykuły w tej samej dziedzinie zastosowania