Kontrolowanie ruchu podczas stale zmieniających się czynności dla zwinnych protez nóg z napędem elektrycznym

Ogólnym celem tego projektu jest modelowanie biomechaniki stawów człowieka w oparciu o stale zmieniającą się lokomocję, aby umożliwić adaptacyjną kontrolę zasilanych protez powyżej kolana. Osoby po amputacji powyżej kolana często mają trudności z wykonywaniem różnych czynności życia codziennego przy użyciu konwencjonalnych protez ze względu na brak pozytywnej pracy mechanicznej i aktywnej kontroli. Pojawiające się protezy zasilane mają silniki, które mogą wykonywać te brakujące funkcje, ale biomechanika doświadczana przez użytkownika zależy od kontroli tych silników. Sposób interakcji protezy z użytkownikiem i otoczeniem można kontrolować poprzez impedancję stawu – związek pomiędzy ruchem stawu a momentem obrotowym. Impedancję stawu protetycznego definiuje się zwykle na podstawie sztywności, lepkości i kąta równowagi dla odrębnych faz chodu w ramach ograniczonego zestawu odrębnych czynności, ale te ramy nie pozwalają na ciągłe zmiany czynności w stanie ustalonym (np. chodzenie z różnymi prędkościami/nachyleniem ) lub ciągłe przejścia między czynnościami (np. wchodzenie po schodach). Główną hipotezą tego projektu jest to, że zmienną impedancję złącza można sparametryzować za pomocą modelu ciągłego opartego na mierzalnych wielkościach zwanych zmiennymi fazowymi i zadaniowymi. W projekcie tym wykorzystane zostanie uczenie maszynowe do identyfikacji funkcji zmiennej impedancji na podstawie danych osób pełnosprawnych, w tym wspólnych reakcji na zakłócenia w przestrzeni fazowej/zadaniowej, aby skierować rozwiązanie w stronę wartości biologicznych. Powstały model impedancji zostanie wykorzystany w czasie rzeczywistym do oszacowania zmiennych fazowych i zadań w celu kontrolowania niestandardowej zasilanej protezy stawu kolanowego i stawu skokowego Ossur PowerKnee podczas różnych aktywności. Badanie kliniczne będzie obejmowało następujące eksperymenty na ludziach.

Cel 1.3: N=5 pełnosprawnych osób zostanie zatrudnionych do wstępnego przetestowania sterowników chodzenia i schodów. Gdy zasilana proteza stawu kolanowego osiągnie zadowalające działanie, zapiszemy N=5 pacjentów po amputacji w celu sprawdzenia działania tych kontrolerów.

Cel 2.3: N=5 pełnosprawnych osób zostanie zatrudnionych do wstępnego przetestowania sterowników przejścia z pozycji siedzącej do stojącej i umożliwiającej chodzenie po schodach. Gdy zasilana proteza stawu kolanowego osiągnie zadowalające działanie, zapiszemy N=5 pacjentów po amputacji w celu sprawdzenia działania tych kontrolerów.

Cel 3.1: N=5 pacjentów po amputacji zostanie włączonych do walidacji interfejsu klinicznego dla sterowników protez zasilanych.

Cel 3.2: N=5 pacjentów po amputacji zostanie zarejestrowanych w celu potwierdzenia przeniesienia kontrolerów do PowerKnee.

Cel 3.3: N=10 pacjentów po amputacji zostanie włączonych do badania oceniającego wytrzymałość i symetrię protezy PowerKnee w porównaniu z protezą zabieraną do domu.