무릎 위 절단 환자의 운동능력 향상을 위한 능동 무릎 보형물 연구
활성 무릎 보철물이 보행 대칭을 얼마나 잘 개선하고 걷는 동안 절단 환자의 신진 대사 비용을 줄이는지 평가하기 위해 테스트됩니다. 의지는 절단 환자의 소켓에 부착됩니다.
본 연구의 목적은 경대퇴 절단 환자의 보행 시 보행 대칭성과 보행 경제성을 획기적으로 높일 수 있는 견고하고 저전력이며 안정적이고 가벼운 능동형 무릎 보철 장치를 개발하는 것이다.
최첨단 인공 무릎은 세 가지 주요 클래스로 분류할 수 있습니다. a) 기계적 수동, b) 가변 댐핑, c) 전동 이러한 각 등급의 장치는 무릎 위 절단 환자에게 몇 가지 이점을 제공하지만 전체 성능에는 여전히 몇 가지 결함이 있습니다. 처음 두 그룹의 인공 무릎은 주로 양의 출력을 제공할 수 없는 감쇠 장치입니다. 더욱이 현재 구동되는 보철물은 무겁고 에너지 소비가 비효율적이며 운동 범위가 제한되어 있습니다. 이러한 부족함을 극복하기 위해 우리는 생체모방적 접근을 통해 새로운 인공 슬관절 장치를 설계했습니다.
능동형 무릎 의지의 디자인은 인간 무릎 관절의 길항 근육 해부학에서 영감을 받았습니다. 이 장치는 무릎 관절을 구부리고 확장하는 데 도움이 되는 주요 단일 관절 근육 그룹과 유사한 이중 직렬 탄성 액추에이터(SEA) 시스템을 사용하여 무릎에서 시너지 근육 활동을 모방합니다. 주동근-길항근 SEA 무릎 구조는 무릎 관절의 정확한 힘 제어를 가능하게 하여 인간 무릎의 용수철과 같은 동작을 모방할 뿐만 아니라 신체의 전진을 위한 적절한 에너지를 제공합니다. SEA는 이전에 다리가 있는 로봇에서 개발 및 테스트되었습니다. 또한 SEA는 MIT AI Lab의 AAFO(actuated ankle-foot orthoses) 개발에 성공적으로 적용되었습니다.
능동 무릎 보철물의 기계적 구조는 순 관절 토크뿐만 아니라 관절 위치 및 임피던스 제어를 위한 일련의 스프링, 굴곡 및 확장 힘줄과 같은 독립적인 결합을 허용합니다. 또한 이 아키텍처는 마찰이 거의 없는 관절 회전을 허용하여 컨트롤러가 시스템의 수동 역학을 활용할 수 있도록 하여 시스템의 전체 에너지 효율성을 향상시킵니다.
연구 개요
상세 설명
무릎 위 절단이 있는 건강한 참가자를 모집합니다. 참가자는 다음 자격 기준을 충족합니다. 그들은 적어도 K3 수준(즉, 다양한 주기로 걸을 수 있는 능력 또는 가능성이 있음). 또한, 수족 절단 참가자는 일반적으로 건강하며 다른 근골격계 문제나 알려진 심혈관, 폐 또는 신경 장애가 없습니다.
연구 목적은 보행 대칭성, 속도를 높이고 보행 중 대사 에너지 요구를 낮추도록 설계된 능동 무릎 보철물의 효능을 평가하는 것입니다.
각 절단 참가자에 대해 전체 연구에는 세 개의 다른 위치에서 수행되는 세 개의 개별 실험 세션이 포함됩니다. 위치는 다음과 같습니다. The Biomechatronics Group, MIT Media Laboratory; MIT의 CSAIL에 있는 Holodeck 룸; MIT의 Johnson Athletic Center의 실내 트랙. 실험 세션 사이의 시간은 약 1~2주이며 각 세션의 시간은 2~3시간입니다. 각 세션에서 절단 환자 연구 참가자는 두 가지 다른 조건에 대해 느리고, 정상적이며, 빠른 속도로 걷도록 요청받습니다. 실험 조건은 다음과 같습니다.
- 상업적으로 할당된 무릎 보철물(예: Otto Bock C-Leg 또는 Ossur Rheo)
- 능동 무릎 의지 사용
첫 번째 세션에서 각 절단 참가자는 MIT Media Laboratory의 Biomechatronics Group을 방문할 예정입니다. 이 세션의 주요 목적은 활성 의지가 절단 환자의 보행을 개선할 수 있는 정도를 질적으로 평가하는 것입니다. 참가자의 형태학적 데이터(예: 신장, 체중, 사지 길이 및 둘레)는 생체 역학적 데이터 수집 양식을 사용하여 기록됩니다. 이 데이터는 보행 연구 세션 중에 수집된 데이터를 분석하는 동안 사용됩니다.
각 참가자는 Biomechatronics Group의 30피트 높이 보도를 따라 걸어야 합니다. 세션 중에 각 참가자는 두 가지 걷기 조건 각각에 대해 느린 속도, 보통 속도 및 빠른 속도로 걷도록 요청받습니다. 각 조건 및 속도에 대해 약 10-15회 시도가 수행됩니다. 대상이 균형을 잃고 넘어질 경우 부상을 방지하기 위해 평행 막대가 활용됩니다. 피험자가 요청하는 경우 천장에 부착된 안전 벨트도 활용됩니다. 또한 연구실 직원도 연구 참가자와 동행하여 필요한 경우 추락 시 그를 붙잡을 것입니다. 참가자는 언제든지 휴식을 취하거나 연구 참여를 종료하도록 요청할 수 있습니다.
각 참가자는 약 2시간이 소요되는 전체 첫 번째 세션 동안 플랫폼에서 60-90번 걸을 것입니다. 보행 프로그램과 함께 활성 보철물을 사용할 때 우리 연구원들은 보행 프로그램의 매개변수를 참가자의 보행 패턴에 맞게 조정합니다. 걷기 프로그램을 조정하는 데 사용되는 매개변수는 세션 2와 3에서 사용하기 위해 기록됩니다.
두 번째 세션에서는 절단 수술 참가자들이 인체 움직임을 측정하기 위한 모션 캡처 시스템을 설치한 MIT CSAIL의 Holodeck 룸(Rm 33-339)을 방문할 예정입니다. 이 세션의 주요 목적은 저속, 중속 및 고속으로 걷는 절단 환자의 무릎 상태, 토크 및 힘을 수집하는 것입니다. 그런 다음 이러한 활성 무릎 보철물 데이터를 동일한 세 가지 속도에서 측정된 기존 보철물 무릎 동작과 비교합니다.
각 참가자는 MIT의 CSAIL에 있는 Holodeck 방에서 30피트 높이의 보도를 따라 걸어야 합니다. 실험을 수행하기 전에 조사자 중 한 명이 신체 관절의 특정 지점에 테이프로 참가자의 피부에 반사 마커를 배치합니다. 이 특수 마커는 방에 있는 카메라에서 볼 수 있습니다(데이터 수집 기기 참조). 세션 중에 각 참가자는 두 가지 걷기 조건 각각에 대해 느린 속도, 보통 속도 및 빠른 속도로 걷도록 요청받습니다. 각 조건 및 속도에 대해 약 10-15회 시도가 수행됩니다. 모션 데이터는 방에 있는 카메라와 통로에 설치된 포스 플레이트에서 수집됩니다. 장치가 첫 번째 세션에서 설정되었으므로 두 명의 실험실 직원이 실험 내내 참가자의 양쪽을 걸을 것입니다. 두 번째 세션은 2~3시간 정도 소요됩니다.
세 번째 세션에서는 각 경퇴 절단 참가자가 Athletic Center 2층에 위치한 MIT Johnson Athletic Center의 실내 트랙을 방문할 예정입니다. 이 세션의 주요 목적은 능동 무릎 의지가 실제로 절단 환자 보행의 대사 비용을 줄이는지 테스트하는 것입니다.
세션 중에 각 참가자는 대사율을 측정할 Cosmed Oxygen Consumption(VO2) 마스크를 착용해야 합니다. 두 명의 실험실 직원이 실험 내내 참가자의 양쪽을 걸을 것입니다. 실험 절차는 다음과 같습니다.
참가자는 VO2 시스템을 착용하고 시중에서 구할 수 있는 무릎 위 보철물(Otto Bock C-Leg 또는 Ossur Rheo)을 착용하고 트랙에서 8분 동안 먼저 걸어야 대사율을 조절할 수 있습니다. 8분간 휴식을 취한 후 액티브 보철물을 착용하고 5분간 걷기를 통해 기기에 적응하게 됩니다. 그런 다음 기기로 신진대사율을 측정하면서 8분 동안 트랙을 걸을 것입니다. 그런 다음 참가자는 다시 8분 동안 휴식을 취합니다. 이 프로토콜은 두 번 더 반복되며 전체 실험은 약 3시간이 소요됩니다. 연구가 진행되는 동안 각 참가자는 보철물이 보행에 미치는 영향을 기록하기 위해 비디오 녹화 및 사진 촬영을 하게 됩니다.
연구 유형
등록 (예상)
단계
- 해당 없음
연락처 및 위치
연구 장소
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Massachusetts
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Cambridge, Massachusetts, 미국, 02142
- 모병
- Biomechatronics Research Group, MIT
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연락하다:
- Hugh Herr, Ph.D.
- 전화번호: 617-258-6574
- 이메일: hherr@media.mit.edu
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연락하다:
- Ernesto Martinez, S.M.
- 전화번호: 617 324 1316
- 이메일: ernesto@media.mit.edu
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수석 연구원:
- Hugh Herr, Ph.D.
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부수사관:
- Ernesto Martinez, S.M.
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부수사관:
- Grant Elliott, M.Eng.
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North Andover, Massachusetts, 미국, 01845
- 모병
- LIfestyle Prosthetics & Orthotics
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연락하다:
- Robert Emeson, CP
- 전화번호: 978-688-7900
- 이메일: emerson@lifestyle-po.com
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참여기준
자격 기준
공부할 수 있는 나이
건강한 자원 봉사자를 받아들입니다
연구 대상 성별
설명
포함 기준:
- 그들은 보철 보행 시 경험하게 될 것입니다.
- 적어도 K3 수준의 보행 능력(즉, 다양한 주기로 걸을 수 있는 능력 또는 가능성이 있음).
제외 기준:
- 수족 절단 참가자는 일반적으로 건강하며 다른 근골격계 문제나 알려진 심혈관, 폐 또는 신경 장애가 없습니다.
공부 계획
연구는 어떻게 설계됩니까?
디자인 세부사항
- 주 목적: 특수 증상
- 할당: NA
- 중재 모델: 단일_그룹
- 마스킹: 없음
무기와 개입
참가자 그룹 / 팔 |
개입 / 치료 |
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실험적: 어두음 첨가
무릎 위 절단 환자를 위한 전동식 외측 무릎 보철물.
운동 중 무릎 관절의 거동을 모방하기 위한 작용제 및 길항제 액추에이터로 구성됩니다.
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무릎 위 절단 환자를 위한 전동식 외부 무릎 보철물.
다른 이름들:
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공동 작업자 및 조사자
수사관
- 수석 연구원: Hugh Herr, Ph.D., Massachusetts Institute of Technology
간행물 및 유용한 링크
연구 기록 날짜
연구 주요 날짜
연구 시작
기본 완료 (예상)
연구 완료 (예상)
연구 등록 날짜
최초 제출
QC 기준을 충족하는 최초 제출
처음 게시됨 (추정)
연구 기록 업데이트
마지막 업데이트 게시됨 (추정)
QC 기준을 충족하는 마지막 업데이트 제출
마지막으로 확인됨
추가 정보
이 연구와 관련된 용어
기타 연구 ID 번호
- 0804002682
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