根据需要为痉挛患者使用外骨骼进行腿部伸展

患有神经系统疾病的人，包括患有上运动神经元损伤的人，会出现运动和感觉缺陷、肌肉无力、运动范围受限、负重能力低和平衡受损，从而限制行走并干扰进行日常生活活动的能力。 下肢康复机器人可以辅助物理治疗，减轻护理人员和护士的负担。 因此，该项目的目标是开发可穿戴和便携式技术来辅助腿部运动和伸展，并相应地激活患有痉挛的神经系统疾病患者的肌肉。

痉挛是由肌张力增加引起的，会干扰功能性地使用随意肌肉收缩来实现肢体协调和运动范围的能力，从而限制身体转移、行走和锻炼。 严重或顽固性痉挛会导致身体失去控制和平衡，导致跌倒和受伤、皮肤压力损伤、挛缩、疼痛、轮椅乘坐困难以及其他问题。 控制痉挛和克服与痉挛相关的功能缺陷的现有治疗方法包括药物、神经外科、全身或肢体振动、物理治疗、被动自行车、功能性电刺激 (FES) 以及其他方法。 然而，药物可能会引起明显的副作用，包括嗜睡、不适、肌肉无力和疼痛（例如注射部位疼痛）；此外，它们的有效性对剂量波动很敏感。 神经外科手术和直接脊髓刺激可以治疗顽固性或局灶性痉挛，但它们存在手术风险，而且其长期益处因人而异。

拉伸可以降低运动神经元的兴奋性，维持肌肉和关节的粘弹性，缓解肌肉痉挛，改善运动范围和步态功能；此外，伸展运动可以与口服药物相结合来控制痉挛。 拉伸是由治疗师、护士和护理人员常规进行的，以提供肌肉拉伸或保持关节的运动范围，且副作用相对较低。 然而，全天候提供按需、可靠的手动肢体拉伸给家庭和医疗机构的护理人员和护士带来了沉重的负担。 因此，迫切需要开发一种可穿戴方法来应用按需、安全和定制的动态拉伸来控制 SCI 后的痉挛，从而最大限度地减轻护理人员和护士的负担。

该项目利用了可穿戴传感器和完全可穿戴外骨骼的最新技术进步，减少了外形尺寸和重量，这是我们在雪城大学之前的研究协议中没有利用（也没有开发）的。 这些新颖的可穿戴外骨骼是符合人体的智能服装，可为肌肉无力或偏瘫的人提供腿部帮助。 轻型外骨骼有潜力扩大外骨骼的任务和环境范围。 因此，该项目引入了一种轻质、可穿戴的外骨骼，以帮助不同姿势（例如，躺在垫子或床上、坐在椅子上或轮椅上）下的腿部运动和伸展（例如，针对痉挛的人）。

目标 1 描述了可穿戴设备的性能及其闭环控制算法，以应用精确的调整来实现安全、自动的肢体拉伸和单个关节的运动（例如，坐在或躺在垫子上时孤立的关节）。 该目标的方法包括以下内容：1) 设计一种控制算法，利用可穿戴传感器利用关节运动学和惯性反馈数据来应用安全腿部力，2) 检查施加到髋关节、膝关节和踝关节的力的大小和时间。和脚趾。 这一目标的研究任务将使参与者能够定制所施加的力量。

目标 2 将闭环控制器的实现从目标 1 扩展到涉及多关节控制的不同身体姿势和活动。 参与者躺在床上/垫子上或坐下时，佩戴该设备来体验可穿戴外骨骼所施加的力。 由于该设备是完全可穿戴的，因此它可以作为检查患有神经系统疾病和痉挛的个体的运动和肢体伸展的强大工具。 因此，该装置不限于固定/静止的实验条件。

最后一个目标是从参与者、护理人员、护士和临床医生（如果涉及）收集有关可穿戴设备的易用性和满意度的定性数据。 问卷和调查用于收集定性数据。 通过检查协议是否可以在预期持续时间内（包括穿戴和脱下外骨骼的时间）内实施来评估可穿戴设备的易用性；此外，还将确定是否所有参与者都遵守该议定书。

研究设计-方法论

该研究的候选人将被要求通过电话或亲自填写筛选问卷，以检查其资格。 如果潜在参与者有资格报名参加研究，则参与者将收到有关报名流程的更多信息。 然后，参与者将完成人口统计调查问卷并回答有关个人健康和身体机能的问题。

每次实验室访问可能需要长达 2 小时（包括安装设备、预热、测试程序、休息时间、拆卸设备以及移除电极和可穿戴传感器）。

原始数据将从可穿戴传感器收集，包括以下内容：关节角度、3D 腿部运动、肌肉肌电图 (EMG) 和可穿戴设备的电机电流。 实验记录的数字数据将存储在 .mat 中 文件（或 .csv）， 密码保护。 没有收集任何生物样本。

元数据将在采集后应用于数据集的每个组成部分，以确保为正确归档数据做好准备。 元数据将包括数据的类型、格式、日期、时间、存储位置和上下文。 该项目期间生成的数据使用传统的数字格式，包括：

• MS Word、Power Point、Excel、便携式数据格式 (PDF) 和 LaTeX (tex) 文件
• 测试中的图形、数字、表格、动画、视频（jpeg、png、eps、mp4 文件）
• 代码包括 MATLAB/Simulink 文件、C++ 代码和 ASCII 文本文件

纸质参与记录将保存在实验室和/或办公室的上锁文件柜中，数字数据将存储在PI研究团队办公室和实验室的受密码保护的计算机/服务器或加密电子存储设备上。