Kontrollere bevegelse over kontinuerlig varierende aktiviteter for smidige benproteser

Det overordnede målet med dette prosjektet er å modellere menneskelig leddbiomekanikk over kontinuerlig varierende bevegelse for å muliggjøre adaptiv kontroll av drevne proteser over kneet. Amputerte over kneet sliter ofte med å utføre de varierende aktivitetene i dagliglivet med konvensjonelle proteser på grunn av mangel på positivt mekanisk arbeid og aktiv kontroll. Fremvoksende drevne proteser har motorer som kan utføre disse manglende funksjonene, men biomekanikken som brukeren opplever avhenger av kontrollen av disse motorene. Måten protesen samhandler med både brukeren og miljøet kan kontrolleres gjennom leddimpedans - forholdet mellom leddbevegelse og dreiemoment. Leddproteseimpedans er typisk definert via en stivhet, viskositet og likevektsvinkel for diskrete gangfaser innenfor et begrenset sett med diskrete aktiviteter, men dette rammeverket tillater ikke kontinuerlige variasjoner av steady-state aktiviteter (f.eks. gå med forskjellige hastigheter/hellinger) ) eller kontinuerlige overganger mellom aktiviteter (f.eks. gå til trappeoppstigning). Den sentrale hypotesen i dette prosjektet er at variabel leddimpedans kan parameteriseres av en kontinuerlig modell basert på målbare størrelser kalt fase- og oppgavevariabler. Dette prosjektet vil bruke maskinlæring for å identifisere variable impedansfunksjoner fra funksjonsfriske data, inkludert felles forstyrrelsesresponser på tvers av fasen/oppgaverommet for å fordreie løsningen mot biologiske verdier. Den resulterende impedansmodellen vil bli brukt med sanntidsestimater av fase- og oppgavevariabler for å kontrollere en tilpasset drevet kne-ankelprotese og Össur PowerKnee på tvers av aktiviteter. Den kliniske studien vil omfatte følgende eksperimenter med mennesker.

Mål 1.3: N=5 funksjonsfriske personer vil bli rekruttert til innledende testing av gang- og trappekontrollere. Når den motoriserte kne-ankelprotesen oppnår tilfredsstillende ytelse, vil vi registrere N=5 amputerte forsøkspersoner for å validere disse kontrollerene.

Mål 2.3: N=5 funksjonsfriske forsøkspersoner vil bli rekruttert til innledende testing av kontrollene for overgang til sitte-til-stå og gå-trapp. Når den motoriserte kne-ankelprotesen oppnår tilfredsstillende ytelse, vil vi registrere N=5 amputerte forsøkspersoner for å validere disse kontrollerene.

Mål 3.1: N=5 amputerte forsøkspersoner vil bli registrert for å validere det kliniske grensesnittet for de drevne protesekontrollerne.

Mål 3.2: N=5 amputerte forsøkspersoner vil bli registrert for å validere overføringen av kontrollerene til PowerKnee.

Mål 3.3: N=10 amputerte forsøkspersoner vil bli registrert i en studie av utholdenhet og symmetriresultater med PowerKnee sammenlignet med deres protese som tas med hjem.