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

22 de junio de 2026 actualizado por: 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.

Descripción general del estudio

Estado

Estado

Indica el estado de contratación actual o el estado de acceso ampliado.
Reclutamiento

Condiciones

Condiciones

La enfermedad, trastorno, síndrome, dolencia o lesión que se está estudiando. En ClinicalTrials.gov, las condiciones también pueden incluir otros problemas relacionados con la salud, como la esperanza de vida, la calidad de vida y los riesgos para la salud.

Intervención / Tratamiento

Intervención / Tratamiento

Un proceso o acción que es el foco de un estudio clínico. Las intervenciones incluyen medicamentos, dispositivos médicos, procedimientos, vacunas y otros productos que están en fase de investigación o que ya están disponibles. Las intervenciones también pueden incluir enfoques no invasivos, como la educación o la modificación de la dieta y el ejercicio.

Descripción detallada

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.

Tipo de estudio

Tipo de estudio

Describe la naturaleza de un estudio clínico. Los tipos de estudio incluyen estudios de intervención (también llamados ensayos clínicos), estudios observacionales (incluidos registros de pacientes) y acceso ampliado.
Intervencionista

Inscripción (Estimado)

Inscripción

El número de participantes en un estudio clínico. La inscripción "anticipada" es el número objetivo de participantes que los investigadores necesitan para el estudio.
65

Fase

Fase

La etapa de un ensayo clínico que estudia un fármaco o producto biológico, según las definiciones desarrolladas por la Administración de Drogas y Alimentos de los Estados Unidos (FDA). La fase se basa en el objetivo del estudio, el número de participantes y otras características. Hay cinco fases: Fase 1 temprana (anteriormente enumerada como Fase 0), Fase 1, Fase 2, Fase 3 y Fase 4. No aplicable se usa para describir ensayos sin fases definidas por la FDA, incluidos ensayos de dispositivos o intervenciones conductuales.
  • No aplica

Contactos y Ubicaciones

Esta sección proporciona los datos de contacto de quienes realizan el estudio e información sobre dónde se lleva a cabo este estudio.

Estudio Contacto

Estudio Contacto

El nombre y la información de contacto de la persona que puede responder las preguntas de inscripción para un estudio clínico. Cada ubicación donde se lleva a cabo el estudio también puede tener un contacto específico, que puede responder mejor a esas preguntas.
  • Nombre: Emily Klinkman
  • Número de teléfono: 734-763-1156
  • Correo electrónico: emilykk@umich.edu

Copia de seguridad de contactos de estudio

  • Nombre: Robert Gregg
  • Número de teléfono: 734-763-1156
  • Correo electrónico: rdgregg@umich.edu

Ubicaciones de estudio

  • Estados Unidos
    • Michigan
      • Ann Arbor, Michigan, Estados Unidos, 48109
        • Reclutamiento
        • Rehab Lab
        • Contacto:
          • Emily Klinkman
          • Número de teléfono: 734-763-1156
          • Correo electrónico: emilykk@umich.edu
        • Investigador principal:
          • Robert Gregg

Criterios de participación

Los investigadores buscan personas que se ajusten a una determinada descripción, denominada criterio de elegibilidad. Algunos ejemplos de estos criterios son el estado de salud general de una persona o tratamientos previos.

Criterio de elegibilidad

Criterio de elegibilidad

Los principales requisitos que deben cumplir las personas que quieran participar en un estudio clínico o las características que deben tener. Los criterios de elegibilidad consisten en criterios de inclusión (que se requieren para que una persona participe en el estudio) y criterios de exclusión (que impiden que una persona participe). Los tipos de criterios de elegibilidad incluyen si un estudio acepta voluntarios sanos, tiene requisitos de edad o grupo de edad, o está limitado por sexo.

Edades elegibles para estudiar

  • Adulto
  • Adulto Mayor

Acepta Voluntarios Saludables

Sí

Descripción

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

Plan de estudios

Esta sección proporciona detalles del plan de estudio, incluido cómo está diseñado el estudio y qué mide el estudio.

¿Cómo está diseñado el estudio?

Detalles de diseño

  • Propósito principal: Otro
  • Asignación: N / A
  • Modelo Intervencionista: Asignación de un solo grupo
  • Enmascaramiento: Ninguno (etiqueta abierta)

Armas e Intervenciones

Grupo de participantes/brazo

Grupo de participantes/brazo

Un grupo o subgrupo de participantes en un ensayo clínico que recibe una intervención/tratamiento específico, o ninguna intervención, según el protocolo del ensayo.
Intervención / Tratamiento

Intervención / Tratamiento

Un proceso o acción que es el foco de un estudio clínico. Las intervenciones incluyen medicamentos, dispositivos médicos, procedimientos, vacunas y otros productos que están en fase de investigación o que ya están disponibles. Las intervenciones también pueden incluir enfoques no invasivos, como la educación o la modificación de la dieta y el ejercicio.
Experimental: Exoskeleton

Experimental: Exoskeleton

Participants in this arm of the study will perform various tasks while wearing the modular powered orthosis
Dispositivo: Ortesis motorizada modular
Este estudio investigará ortesis motorizadas modulares para extremidades inferiores que se ajusten a las articulaciones debilitadas específicas del usuario y controlen la fuerza/torsión de una manera que mejore el movimiento voluntario en una amplia población de pacientes. La hipótesis central es que los sistemas motores de alta torsión y baja inercia controlados con objetivos energéticos permitirán que las órtesis motorizadas modulares ayuden parcialmente a las articulaciones. Los motores eléctricos de alto torque combinados con transmisiones mínimas pueden girar libremente (es decir, retroceder) mediante articulaciones humanas, lo que permite el uso de un método de control de torque emergente llamado modelado de energía para reducir el peso percibido/inercia del cuerpo durante cualquier movimiento. Al montar estos actuadores modulares en ortesis comerciales, los médicos prescribirán/configurarán fácilmente esta tecnología.

¿Qué mide el estudio?

Medidas de resultado primarias

Medidas de resultado primarias

En el protocolo de un estudio clínico, la medida de resultado planificada que es la más importante para evaluar el efecto de una intervención/tratamiento. La mayoría de los estudios clínicos tienen una medida de resultado primaria, pero algunos tienen más de una.
Medida de resultado
Medida Descripción
Periodo de tiempo
Muscle effort
Periodo de tiempo: 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
Periodo de tiempo: 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
Periodo de tiempo: 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

Medidas de resultado secundarias

Medidas de resultado secundarias

En el protocolo de un estudio clínico, una medida de resultado planificada que no es tan importante como la medida de resultado primaria para evaluar el efecto de una intervención pero que sigue siendo de interés. La mayoría de los estudios clínicos tienen más de una medida de resultado secundaria.
Medida de resultado
Medida Descripción
Periodo de tiempo
10-meter walk test
Periodo de tiempo: 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
Periodo de tiempo: 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
Periodo de tiempo: 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
Periodo de tiempo: 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
Periodo de tiempo: 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

Colaboradores e Investigadores

Aquí es donde encontrará personas y organizaciones involucradas en este estudio.

Patrocinador

Patrocinador

La organización o persona que inicia el estudio y que tiene autoridad y control sobre el estudio.
University of Michigan

Colaboradores

Colaboradores

Una organización distinta del patrocinador que proporciona apoyo para un estudio clínico. Este apoyo puede incluir actividades relacionadas con la financiación, el diseño, la implementación, el análisis de datos o la elaboración de informes.
National Institute for Biomedical Imaging and Bioengineering (NIBIB)

Fechas de registro del estudio

Estas fechas rastrean el progreso del registro del estudio y los envíos de resultados resumidos a ClinicalTrials.gov. Los registros del estudio y los resultados informados son revisados ​​por la Biblioteca Nacional de Medicina (NLM) para asegurarse de que cumplan con los estándares de control de calidad específicos antes de publicarlos en el sitio web público.

Fechas importantes del estudio

Inicio del estudio (Actual)

Inicio del estudio

La fecha real en la que el primer participante se inscribió en un estudio clínico. La fecha de inicio "anticipada" del estudio es la fecha que los investigadores creen que será la fecha de inicio del estudio.
18 de julio de 2025

Finalización primaria (Estimado)

Finalización primaria

La fecha en la que el último participante en un estudio clínico fue examinado o recibió una intervención para recopilar datos finales para la medida de resultado primaria. Si el estudio clínico terminó de acuerdo con el protocolo o se terminó, no afecta esta fecha. Para estudios clínicos con más de una medida de resultado primaria con diferentes fechas de finalización, este término se refiere a la fecha en que se completa la recopilación de datos para todas las medidas de resultado primarias. La fecha de finalización principal "anticipada" es la fecha que los investigadores creen que será la fecha de finalización principal del estudio.
30 de marzo de 2030

Finalización del estudio (Estimado)

Finalización del estudio

La fecha en la que el último participante en un estudio clínico fue examinado o recibió una intervención/tratamiento para recopilar los datos finales de las medidas de resultado primarias, las medidas de resultado secundarias y los eventos adversos (es decir, la última visita del último participante). La fecha de finalización "anticipada" del estudio es la fecha que los investigadores creen que será la fecha de finalización del estudio.
31 de marzo de 2030

Fechas de registro del estudio

Enviado por primera vez

Enviado por primera vez

La fecha en la que el patrocinador o investigador del estudio envió por primera vez un registro del estudio a ClinicalTrials.gov. Por lo general, hay un retraso de unos días entre la primera fecha de envío y la disponibilidad del registro en ClinicalTrials.gov (la primera fecha publicada).
16 de junio de 2026

Primero enviado que cumplió con los criterios de control de calidad

Primero enviado que cumplió con los criterios de control de calidad

La fecha en la que el patrocinador del estudio o el investigador envía por primera vez un registro del estudio que es consistente con los criterios de revisión de control de calidad (QC) de la Biblioteca Nacional de Medicina (NLM). Es posible que el patrocinador o el investigador deba revisar y enviar un registro de estudio una o más veces antes de que se cumplan los criterios de revisión de control de calidad de la NLM. Es responsabilidad del patrocinador o investigador asegurarse de que el registro del estudio sea coherente con los criterios de revisión de control de calidad de la NLM.
22 de junio de 2026

Publicado por primera vez (Actual)

Publicado por primera vez

La fecha en la que el registro del estudio estuvo disponible por primera vez en ClinicalTrials.gov después de que concluyó la revisión de control de calidad (QC) de la Biblioteca Nacional de Medicina (NLM). Por lo general, hay una demora de unos días entre la fecha en que el patrocinador del estudio o el investigador envió el registro del estudio y la primera fecha publicada.
29 de junio de 2026

Actualizaciones de registros de estudio

Última actualización publicada (Actual)

Última actualización publicada

La fecha más reciente en la que se pusieron a disposición los cambios en un registro del estudio en ClinicalTrials.gov. Puede haber una demora entre el momento en que el patrocinador o el investigador del estudio envió los cambios a ClinicalTrials.gov (la fecha de envío de la última actualización) y la fecha de publicación de la última actualización.
29 de junio de 2026

Última actualización enviada que cumplió con los criterios de control de calidad

Última actualización enviada que cumplió con los criterios de control de calidad

La fecha más reciente en la que el patrocinador del estudio o el investigador presentó cambios en un registro del estudio que son consistentes con los criterios de revisión de control de calidad (QC) de la Biblioteca Nacional de Medicina (NLM). Es responsabilidad del patrocinador o investigador asegurarse de que el registro del estudio sea coherente con los criterios de revisión de control de calidad de la NLM.
22 de junio de 2026

Última verificación

Última verificación

La fecha más reciente en la que el patrocinador o investigador del estudio confirmó que la información sobre un estudio clínico en ClinicalTrials.gov es precisa y actual. Si un estudio con un estado de reclutamiento de reclutamiento; aún no está reclutando; o activo, no se ha confirmado el reclutamiento en los últimos 2 años, el estado de reclutamiento del estudio se muestra como desconocido.
1 de junio de 2026

Más información

Términos relacionados con este estudio

Términos MeSH relevantes adicionales

Otros números de identificación del estudio

Otros números de identificación del estudio

Identificadores o números de identificación distintos del número NCT que el patrocinador del estudio, los financiadores u otros asignan a un estudio clínico. Estos números pueden incluir identificadores únicos de otros registros de ensayos y números de subvención de los Institutos Nacionales de Salud.
  • HUM00201957_Period2
  • R01EB031166 (Subvención/contrato del NIH de EE. UU.)

Plan de datos de participantes individuales (IPD)

¿Planea compartir datos de participantes individuales (IPD)?

INDECISO

Información sobre medicamentos y dispositivos, documentos del estudio

Estudia un producto farmacéutico regulado por la FDA de EE. UU.

No

Estudia un producto de dispositivo regulado por la FDA de EE. UU.

Sí

producto fabricado y exportado desde los EE. UU.

No

Esta información se obtuvo directamente del sitio web clinicaltrials.gov sin cambios. Si tiene alguna solicitud para cambiar, eliminar o actualizar los detalles de su estudio, comuníquese con register@clinicaltrials.gov. Tan pronto como se implemente un cambio en clinicaltrials.gov, también se actualizará automáticamente en nuestro sitio web. .

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