Assistive Hüft-Exoskelett-Studie für Schlaganfall

Eine wesentliche Herausforderung bei der Erzielung einer gemeinschaftlichen Fortbewegung mit Exoskeletten ist die Bereitstellung eines adaptiven Steuersystems, um eine Vielzahl von Bewegungsaufgaben zu erfüllen. Viele Exoskelette werden heute ohne ein detailliertes Verständnis der Wirkung des Geräts auf den menschlichen Bewegungsapparat entwickelt. Die Studie interessiert sich für die Erforschung der Frage, wie das Kontrollsystem die menschliche Biomechanik beeinflusst, einschließlich Kinematik, Kinetik und Muskelaktivierungsmuster. Durch die Optimierung von Exoskelettsteuerungen basierend auf der menschlichen Biomechanik und die Anpassung der Steuerung basierend auf der Aufgabe wird diese Arbeit den Patienten den größten Nutzen bringen und den Stand der Technik mit unterstützenden Hüft-Exoskeletten vorantreiben. Eine große Patientenpopulation, die von unterstützender Technologie für die unteren Extremitäten profitieren könnte, sind Schlaganfallüberlebende, die die spezifische Zielgruppe dieses Vorschlags sind. Ein gemeinsames Merkmal von Schlaganfallpatienten, die ihre Gehfähigkeit wiedererlangen, ist, dass die Hüftmuskulatur aufgrund einer distalen Schwäche überfordert ist. Die Forscher schlagen vor, ein angetriebenes Hüft-Exoskelett zu verwenden, um ihre proximale Muskulatur zu stärken, die bei den meisten Fortbewegungsaktivitäten wie Aufstehen, Gehen und Treppensteigen oder Abhängen eine erhebliche Leistungsabgabe erbringen muss. Ein weiterer biomechanischer Aspekt von Schlaganfall-Überlebenden ist ein asymmetrischer Gang in Bezug auf Kinematik, Kinetik und Muskelaktivierung. Die Forschung wird untersuchen, welche Art von Exoskelett-Unterstützung für Schlaganfall-Überlebende am vorteilhaftesten ist, um die Mobilität in der Gemeinschaft zu verbessern. Die Hypothese ist, dass, da der Gang asymmetrisch ist, der Controller asymmetrisch sein muss, um eine optimale Unterstützung bei der Mobilität zu bieten. Das langfristige Forschungsziel ist die Entwicklung motorisierter unterstützender Exoskelette, die für Personen mit schweren Behinderungen der unteren Extremitäten von großem Wert sind, indem sie klinische Ergebnisse wie Gehgeschwindigkeit und Gehfähigkeit in der Gemeinschaft verbessern. Das übergeordnete Ziel des vorgeschlagenen Projekts ist die Untersuchung der biomechanischen Auswirkungen der Verwendung eines Hüft-Exoskeletts mit adaptiven Controllern zur Unterstützung von Schlaganfall-Überlebenden mit Defiziten in den unteren Extremitäten, um ihre Fähigkeiten zum Gehen in der Gemeinschaft zu verbessern. Die zentrale Hypothese, die beide Ziele überspannt, ist, dass die Exoskelettsteuerung, die sich an das Umgebungsgelände anpasst, die Mobilitätsmetriken für menschliche Exoskelettbenutzer bei Gehaufgaben in der Gemeinschaft verbessern wird. Da sich die menschliche Biomechanik je nach Aufgabe ändert, müssen Exoskelett-Controller ihre Unterstützungsstufen ebenfalls optimieren, um sie an das anzupassen, was der Mensch tut. Das Team hat zuvor ein autonomes Hüft-Exoskelett an nichtbehinderten Probanden auf einem Laufband entworfen und ausgiebig getestet und plant, dies mit einer separaten Studie an nichtbehinderten Probanden während der oberirdischen Fortbewegung durch Gehen, Treppen und Rampen weiterzuverfolgen. Das Ziel dieser Studie ist es, ein autonomes Roboter-Hüft-Exoskelett zu übersetzen, um Schlaganfall-Überlebenden mit eingeschränkter Mobilität adaptive Unterstützung beim Gehen in der Gemeinschaft zu bieten. Das Team wird die biomechanischen Wirkungen und klinischen Vorteile bei der Verwendung eines autonomen Hüft-Exoskeletts für einen gehbehinderten Benutzer (aufgrund eines Schlaganfalls) analysieren. Die primäre Hypothese für dieses Ziel ist, dass Schlaganfall-Überlebende ihre Mobilität bei Gehaufgaben in der Gemeinschaft unter Verwendung des adaptiven Kontrollrahmens erhöhen werden. Eine Unterhypothese besagt, dass Schlaganfallüberlebende mit einseitiger Beeinträchtigung bessere biomechanische und klinische Ergebnisse erzielen, wenn sie einen Controller mit asymmetrischer Unterstützung verwenden. Die Ermittler erwarten einen Controller, der der beeinträchtigten Seite eine größere Unterstützung bietet, um die Gesamtsymmetrie zu verbessern und dem Schlaganfall-Überlebenden zu helfen, ein effizienteres Gangmuster beizubehalten, um die Gehgeschwindigkeit zu verbessern (primäres Ergebnismaß). Das erwartete Ergebnis dieser Ziele wird ein besseres Verständnis der biomechanischen und klinischen Auswirkungen bei der Anwendung von Hüftunterstützung mit einem Roboter-Exoskelett bei Gehaufgaben in der Gemeinschaft wie oberirdischem Gehen, Rampen und Treppen sein. Diese Arbeit dient als grundlegender Start für eine breiter angelegte Studie zur Optimierung von Controllern zur Verbesserung der Biomechanik bei Gehbehinderten unter Verwendung von angetriebenen, autonomen Hüft-Exoskeletten. Dieses Ziel wird sich positiv auswirken, indem es dazu beiträgt, das Design und die Steuerung zukünftiger Exoskelette zur Unterstützung von Personen mit Behinderungen der unteren Extremitäten zu informieren, mit spezifischem Einblick in Schlaganfall-Überlebende mit eingeschränkter Mobilität.