Tato stránka byla automaticky přeložena a přesnost překladu není zaručena. Podívejte se prosím na anglická verze pro zdrojový text.

Enhancing Voluntary Motion in Broad Patient Populations With Modular Powered Orthoses Renewal

22. června 2026 aktualizováno: Robert D Gregg, University of Michigan
The overall goal of this project is to establish a novel design and control paradigm for modular, partial-assist powered orthoses (exoskeletons) to enhance voluntary lower-limb motion and manage pain in broad patient populations. Building upon a previous study period that addressed weakness from advanced age or muscle fatigue, this current period extends the technology to novel powered unloader orthoses designed to manage knee osteoarthritis (OA) pain. The investigators hypothesize that by providing 15-30% of biological joint torque, these motorized devices can reduce muscular contributions to painful loads on the joint's surfaces during activities of daily living (ADLs). The project aims to develop a task-agnostic, neural network-based controller and establish the feasibility of reducing knee pain and muscle effort in individuals with multi-compartment knee osteoarthritis.

Přehled studie

Postavení

Nábor

Podmínky

Intervence / Léčba

Detailní popis

The overall goal of this project is to develop modular, lower-limb, powered orthoses that fit to user-specific joints and control torque in a manner that enhances voluntary motion and mitigates musculoskeletal pain. Commercial exoskeletons typically use actuation and control methods that force the human user to follow specific, rigid gait patterns. This has prevented emerging wearable robotics from effectively addressing the weakness and pain associated with mild to moderate impairments, such as knee osteoarthritis (OA). These populations require partial, task-agnostic assistance that works harmoniously with their voluntary motion rather than constraining it.

To bridge this gap, this project utilizes a quasi-direct drive actuation paradigm, a high-torque motor combined with a low-ratio transmission, integrated into conventional knee stabilizer and unloader braces. This hardware is uniquely capable of producing large output torques without causing perceptible resistance when backdriven by the human joint. To control the device across various activities of daily living (ADLs) without requiring pre-programmed trajectories, the investigators are developing a neural network-based formulation of "energy shaping" (effectively combining virtual springs, dampers, and gravity/inertia compensation) trained on multi-activity human data.

The specific objectives of this study period are to:

  1. Integrate the modular quasi-direct drive actuator and miniaturized electronics into both a modified knee stabilizer brace and a modified unloader knee brace.
  2. Implement and validate the neural network-based energy shaping controller to provide task-agnostic, biomimetic torque assistance with able-bodied subjects.
  3. Establish the clinical feasibility of this technology in individuals with multi-compartment knee OA.

The investigators hypothesize that the biomimetic torque assistance provided by these motorized braces will significantly reduce quadriceps effort, knee joint moment loads, and subjective pain across ADLs.

Typ studie

Intervenční

Zápis (Odhadovaný)

65

Fáze

  • Nelze použít

Kontakty a umístění

Tato část poskytuje kontaktní údaje pro ty, kteří studii provádějí, a informace o tom, kde se tato studie provádí.

Studijní kontakt

Studijní záloha kontaktů

Studijní místa

  • Spojené státy
    • Michigan
      • Ann Arbor, Michigan, Spojené státy, 48109
        • Nábor
        • Rehab Lab
        • Kontakt:
        • Vrchní vyšetřovatel:
          • Robert Gregg

Kritéria účasti

Výzkumníci hledají lidi, kteří odpovídají určitému popisu, kterému se říká kritéria způsobilosti. Některé příklady těchto kritérií jsou celkový zdravotní stav osoby nebo předchozí léčba.

Kritéria způsobilosti

Věk způsobilý ke studiu

  • Dospělý
  • Starší dospělý

Přijímá zdravé dobrovolníky

Ano

Popis

Inclusion Criteria:

Inclusion criteria for able-bodied, young participants will be:

  • Aged between 18 to 65 years
  • Weigh less than 300 lbs (due to challenges in bracing heavier participants)
  • BMI < 40 (due to challenges in bracing heavier participants)

Inclusion criteria for knee osteoarthritis participants will be:

  • Aged between 30 to 85 years
  • Medical diagnosis of patellofemoral and tibiofemoral osteoarthritis
  • Patient reported pain ≥ 4 out of 10 during activities of daily life (to avoid floor effects)
  • Weigh less than 300 lbs (due to challenges in bracing heavier participants)
  • BMI < 40 (due to challenges in bracing heavier participants)
  • Ability to walk 6 minutes without assistance from a person (may use walking aid)
  • Ability to ascend/descend ramps and stairs with or without the use of handrails

Exclusion Criteria:

Exclusion criteria for able-bodied, young adult participants will be:

  • Pregnant (self-report)
  • Any significant neuromuscular or musculoskeletal disorder that would interfere with the study
  • Unable to walk for 20 minutes
  • History of any cardiovascular, vestibular, or visual diseases and/or impairments that may interfere with the study
  • Cognitive deficits that would impair their ability to give informed consent or impair their ability to follow simple instructions during the experiments. Cognitive deficits will be determined by a Mini-Mental State Examination (MMSE) score of <22.
  • Adults with a known allergy to medical grade tape

Exclusion criteria for knee osteoarthritis participants will be:

  • Pregnant (self-report)
  • Any recent lower-extremity fracture (within 6 months)
  • Significant limitation on knee joint range of motion
  • Significant neurological (e.g., stroke) or cardiovascular disorder that may affect the ability to walk
  • Advised by a physician not to walk or exercise
  • Uncontrolled hypertension or diabetes
  • Use of opioids
  • Cognitive deficits or visual impairment that would impair their ability to give informed consent or impair their ability to follow simple instructions during the experiments. Cognitive deficits will be determined by a Mini-Mental State Examination (MMSE) score of <22.
  • Adults with a known allergy to medical grade tape

Studijní plán

Tato část poskytuje podrobnosti o studijním plánu, včetně toho, jak je studie navržena a co studie měří.

Jak je studie koncipována?

Detaily designu

  • Primární účel: Jiný
  • Přidělení: N/A
  • Intervenční model: Přiřazení jedné skupiny
  • Maskování: Žádné (otevřený štítek)

Zbraně a zásahy

Skupina účastníků / Arm
Intervence / Léčba
Experimentální: Exoskeleton

Experimental: Exoskeleton

Participants in this arm of the study will perform various tasks while wearing the modular powered orthosis
Přístroj: Modulární ortéza s pohonem
Tato studie bude zkoumat modulární ortézy s pohonem pro dolní končetiny, které se hodí na uživatelsky specifické oslabené klouby a ovládají sílu/točivý moment způsobem, který zvyšuje dobrovolný pohyb u široké populace pacientů. Ústřední hypotézou je, že motorické systémy s vysokým točivým momentem a nízkou setrvačností řízené energetickými objektivy umožní modulárním ortézám částečně pomáhat kloubům. Elektromotory s vysokým točivým momentem v kombinaci s minimálními převody lze volně otáčet (tj. zpětně poháněné) lidskými klouby, což umožňuje použití nově vznikající metody řízení točivého momentu nazývané energetické tvarování ke snížení vnímané hmotnosti/setrvačnosti těla během jakéhokoli pohybu. Montáží těchto modulárních aktuátorů do komerčních ortéz bude tato technologie snadno předepisována/konfigurována klinickými lékaři.

Co je měření studie?

Primární výstupní opatření

Měření výsledku
Popis opatření
Časové okno
Muscle effort
Časové okno: Baseline and through study completion, an average of 2 months
Muscle activity will be measured by surface EMG electrodes, and EMG sites will be averaged by flexors and extensors. For each condition (no orthosis vs. powered orthosis), signals will be normalized by their peaks during the no-orthosis condition, and then averaged over cycle, repetitions, and tasks to obtain overall muscle effort (focusing on knee extension for the powered knee orthosis, hip extension and flexion for the powered hip orthosis, and ankle plantarflexion for the powered ankle orthosis).
Baseline and through study completion, an average of 2 months
Joint moment load
Časové okno: Baseline and through study completion, an average of 2 months
Biological torques will be estimated by subtracting the assistive torques from the total joint torques computed via inverse dynamics (using OpenSim). Biological torques will be divided into flexion and extension. For each condition (no orthosis vs. powered orthosis), signals will be normalized by their peaks during the no-orthosis condition, and then averaged over cycle, repetitions, and tasks to obtain overall joint moment load (focusing on knee extension for the powered knee orthosis, hip extension and flexion for the powered hip orthosis, and ankle plantarflexion for the powered ankle orthosis).
Baseline and through study completion, an average of 2 months
Pain score
Časové okno: Baseline and through study completion, an average of 2 months

The Knee Injury and Osteoarthritis Outcome Score (KOOS) will be used to assess perceived pain for a multi-activity circuit test and isolated activity tests.

The KOOS evaluates both short-term and long-term consequences of knee injury. It holds 42 items in 5 separately scored subscales; Pain, other Symptoms, Function in daily living (ADL), Function in Sport and Recreation (Sport/Rec), and knee-related Quality of Life (QOL). It is an extension of the WOMAC Osteoarthritis Index. A Likert scale is used and all items have five possible answer options scored from 0 (No Problems) to 4 (Extreme Problems) and each of the five scores is calculated as the sum of the items included. Scores are transformed to a 0-100 scale, with zero representing extreme knee problems and 100 representing no knee problems as common in orthopaedic assessment scales and generic measures.
Baseline and through study completion, an average of 2 months

Sekundární výstupní opatření

Měření výsledku
Popis opatření
Časové okno
10-meter walk test
Časové okno: Baseline and through study completion, an average of 2 months
A 10-meter walk test on an overground walkway will assess self-selected walking speed across three conditions: no orthosis, conventional orthosis, and powered orthosis at their preferred assistance level.
Baseline and through study completion, an average of 2 months
Joint range of motion
Časové okno: Baseline and through study completion, an average of 2 months
Joint range of motion for each task will be recorded using optical motion capture and averaged over cycle and repetitions. Motion capture data will be recorded during study visits and used to calculate joint angle, which will then be averaged over gait cycles and activity repetitions to get a range of motion value.
Baseline and through study completion, an average of 2 months
Joint compressive forces
Časové okno: Baseline and through study completion, an average of 2 months
In Aim 3, joint compressive forces for each task will be modeled using OpenSim / inverse dynamics and
Baseline and through study completion, an average of 2 months
Difficulty score
Časové okno: Baseline and through study completion, an average of 2 months

The Knee Injury and Osteoarthritis Outcome Score (KOOS) will be used to assess perceived difficulty for a multi-activity circuit test and isolated activity tests.

The KOOS evaluates both short-term and long-term consequences of knee injury. It holds 42 items in 5 separately scored subscales; Pain, other Symptoms, Function in daily living (ADL), Function in Sport and Recreation (Sport/Rec), and knee-related Quality of Life (QOL). It is an extension of the WOMAC Osteoarthritis Index. A Likert scale is used and all items have five possible answer options scored from 0 (No Problems) to 4 (Extreme Problems) and each of the five scores is calculated as the sum of the items included. Scores are transformed to a 0-100 scale, with zero representing extreme knee problems and 100 representing no knee problems as common in orthopaedic assessment scales and generic measures.
Baseline and through study completion, an average of 2 months
QUEST
Časové okno: Baseline and through study completion, an average of 2 months

We will administer the Quebec User Evaluation of Satisfaction with Assistive Technology (QUEST 2.0) survey after each orthosis condition to assess comfort and satisfaction with the device.

The QUEST 2.0 is a highly-validated, 12-item self-report questionnaire designed to measure how satisfied a person is with a wide range of assistive technology. It contains 12 items divided into 2 primary categories: device subscale and services subscale. Participants rate each item using a 5-point Likert scale: 1 = Not satisfied at all, 2 = Not very satisfied, 3 = More or less satisfied, 4 = Quite satisfied, 5 = Very satisfied. To calculate the final metrics, the scores of the items are summed and divided by the total number of valid responses. This yields three separate scores ranging from 1.0 to 5.0: a Device Score, a Services Score, and a Total QUEST Score. Higher scores indicate a better outcome (greater satisfaction with the technology).
Baseline and through study completion, an average of 2 months

Spolupracovníci a vyšetřovatelé

Zde najdete lidi a organizace zapojené do této studie.

Sponzor

University of Michigan

Spolupracovníci

National Institute for Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB)

Termíny studijních záznamů

Tato data sledují průběh záznamů studie a předkládání souhrnných výsledků na ClinicalTrials.gov. Záznamy ze studií a hlášené výsledky jsou před zveřejněním na veřejné webové stránce přezkoumány Národní lékařskou knihovnou (NLM), aby se ujistily, že splňují specifické standardy kontroly kvality.

Hlavní termíny studia

Začátek studia (Aktuální)

18. července 2025

Primární dokončení (Odhadovaný)

30. března 2030

Dokončení studie (Odhadovaný)

31. března 2030

Termíny zápisu do studia

První předloženo

16. června 2026

První předloženo, které splnilo kritéria kontroly kvality

22. června 2026

První zveřejněno (Aktuální)

29. června 2026

Aktualizace studijních záznamů

Poslední zveřejněná aktualizace (Aktuální)

29. června 2026

Odeslaná poslední aktualizace, která splnila kritéria kontroly kvality

22. června 2026

Naposledy ověřeno

1. června 2026

Více informací

Termíny související s touto studií

Další relevantní podmínky MeSH

Další identifikační čísla studie

  • HUM00201957_Period2
  • R01EB031166 (Grant/smlouva NIH USA)

Plán pro data jednotlivých účastníků (IPD)

Plánujete sdílet data jednotlivých účastníků (IPD)?

NEROZHODNÝ

Informace o lécích a zařízeních, studijní dokumenty

Studuje lékový produkt regulovaný americkým FDA

Ne

Studuje produkt zařízení regulovaný americkým úřadem FDA

Ano

produkt vyrobený a vyvážený z USA

Ne

Tyto informace byly beze změn načteny přímo z webu clinicaltrials.gov. Máte-li jakékoli požadavky na změnu, odstranění nebo aktualizaci podrobností studie, kontaktujte prosím register@clinicaltrials.gov. Jakmile bude změna implementována na clinicaltrials.gov, bude automaticky aktualizována i na našem webu .

Klinické studie na Osteoartróza (OA) kolena

Klinické studie na Modulární ortéza s pohonem

Prohledejte podobné pokusy

Sponzoři a spolupracovníci

Zdravotní podmínky

Drogové intervence

CROs by country

CROs in Armenia

Podmínky

Vzácné nemoci

Drogové intervence

Doplňky stravy

Sponzor / Spolupracovníci

Místa

3
Předplatit