Robo-Rehab derhjemme

Når en person lider af et slagtilfælde, kan afbrydelsen af ​​blodgennemstrømningen til hjernen forårsage varigt funktionstab i lemmerne. Vedvarende fysioterapi kan forbedre motorisk kontrol ved at styrke forbindelserne mellem lem og hjerne. Nu har en gruppe ved Northeastern University udviklet adskillige bærbare robot-enheder, der kan hjælpe i rehabiliteringsprocessen; i modsætning til andre rehabiliteringsapparater kan disse også lade patienter fortsætte behandlingen derhjemme.

Knæbøjning: Denne version af AKROD knæenheden fra Northeastern University blev designet til at hjælpe en patient med at genvinde motorisk funktion efter et slagtilfælde.

Slagtilfælde er den førende årsag til handicap i USA; over to tredjedele af de overlevende slagtilfælde er tilbage med et handicap, ifølge National Stroke Association . Gentagen fysioterapi, der anvender kraft til et berørt lem, kan tilskynde motoriske signaler til at nå hjernen og opbygge nye kontrolveje. Disse øvelser kan hjælpe ikke kun mennesker, der kommer sig efter et slagtilfælde, men også dem, der lider af andre lidelser, såsom cerebral parese eller degenerative muskelsygdomme.

Det er godt forstået, at jo mere du gør det, jo bedre bliver du, siger Tariq Rahman , direktør for Center for Ortopædisk Forskning og Udvikling ved Nemours Foundation og lektor ved Drexel University.

Traditionelt anvender fysioterapeuter kraft til et lem manuelt: En gruppe terapeuter vil for eksempel hjælpe en patient med at gå på et løbebånd ved at bevæge benene og stabilisere patienten. I de sidste par årtier har mange forskere kigget på robotteknologi for enheder, der giver kræfter til en patients ben, arme, hænder eller bækken. Forskere håber, at sådanne enheder vil skabe jævnere bevægelser, reagere mere præcist på patientforbedringer, måle fremskridt mere præcist og give en mere komfortabel, effektiv restitution. Adskillige rehabiliteringsapparater, der er i brug i øjeblikket, såsom Rocomo's Lokomat maskine eller University of Twente lopes , blev designet til at hjælpe folk med at gå bedre - men disse systemer har tendens til at være omfangsrige og dyre.

Multimedier

• Se andre robotrehabiliteringsenheder, som laboratoriet arbejder på.

• Se robothåndrehabiliteringsenheden i aktion.

De nordøstlige forskere har udviklet enheder til knæ, håndled, bækken og ankel, som de siger er bærbare og billige nok til at blive lejet af små rehabiliterings- eller medicinske centre og potentielt endda individuelle patienter. Holdet holdt enhederne små ved at bruge et stof kaldet elektro-rheologisk væske, som bliver mere klæbrig, når en elektrisk strøm påføres, hvilket skaber en stærkere modstandskraft i enheden. Væsken indeholder partikler, der danner kæder, når der påføres elektricitet, hvilket gør væsken til mere af en gel på få millisekunder.

Med denne væske er vi i stand til at reducere størrelsen af ​​de mekaniske komponenter, som bremsen, siger Constantinos Mavroidis , professor og direktør for Biomedicinsk Mekatronik Laboratorium ved Northeastern. Gruppen siger også, at den har reduceret motorstørrelsen med mindst det halve sammenlignet med typiske motorer. Udover den mindre størrelse og reducerede vægt giver de væskebaserede motorer også en mere jævn bevægelse, siger Mavroidis. Du har fornemmelsen af, at det egentlig ikke er en mekanisk enhed, men en blød fjeder.

Rahman siger, at det nordøstlige arbejde ser lovende ud. Vi søger altid at gøre [enheder] billigere, lettere, mindre og usynlige. Det hele går i den rigtige retning, siger Rahman, der udvikler robotrehabiliteringsapparater til børn med muskellidelser på Alfred DuPont Children's Hospital. De fleste af de genoptræningsapparater, Rahman ser, er store og uhåndterlige og dermed upraktiske for patienter at bruge i hjemmet.

Glat griber: Denne robothåndrehabiliteringsenhed bruger en væske, der ændrer enhedens modstand, når en elektrisk strøm påføres.

Northeasterns anden version af en aktiv knæ-rehabiliterings-ortoseanordning, døbt AKROD , bruger elektro-reologisk væske til at skabe en bremse på enheden. AKROD består af to lette cirkulære seler over og to under knæet, med den strømgenererende væskebremse – der indeholder gear og sensorer – hvilende langs knæet.

Et kommende nummer af IEEE-transaktioner på mekatronik rapporter om Northeastern-holdets test af enheden på ni raske patienter. Forsøgspersonerne gennemgik standard slagtilfældeøvelser og brugte også AKROD. Forskerne fandt ud af, at AKROD hjalp forsøgspersonerne med at opnå sammenlignelige resultater med et større, kommercielt rehabiliteringssystem kaldet Biodex System 3, som består af en specialfremstillet stol, fodstøtte og computersystem.

En nyere version af Northeasterns AKROD bruger et NASA-inspireret gear-baseret system i stedet for den specielle væske. Det gearbærende drev lader systemet løfte en patients ben for at korrigere gang, i stedet for blot at anvende modstandskraft. Enheden er stadig relativt lille og let på grund af et kompakt gearkassedesign. Enheden fungerer, som om den har en virtuel fjeder, siger forskerne, og bruger forsigtig kraft til at skubbe patienten ind i den rigtige position.

Northeastern-teamet har også testet en rehabiliteringsenhed til hånden, der er lavet af et gribehåndtag forbundet til sensorer og gear. Enheden drives af to aktuatorer med den elektro-reologiske væske, som øger eller mindsker dens modstand, når patienten bruger håndtaget til at navigere gennem en videospilslabyrint. Enheden træner ikke kun håndmuskler, men også underarmsmuskler og registrerer kraften og positionen af ​​patientens hånd. Forskerne skabte også en version, der kan bruges i en MR til at afbilde hjernen, mens en patient gennemgår håndøvelserne. Dette kunne tillade en læge at se effekten af ​​øvelsen på en patients hjerne, ifølge Mavroidis.

Vi er så interesserede i denne teknologi, fordi den giver patienterne mulighed for at udføre gentagelser af visse typer bevægelser, siger Paolo Bonato , Harvard Medical School assisterende professor og direktør for Motion Analysis Laboratory ved Spaulding Rehabiliteringshospital . Bonato samarbejder med Mavroidis for at teste enhederne med patienter på hospitalet. De tester i øjeblikket et lille antal patienter med AKROD, bækken- og håndanordninger, siger Mavroidis.

Vi kan forestille os en type hjemmepleje, hvor disse enheder bruges af patienten i hjemmet eller samfundet, siger Bonato.

Enhederne skal stadig gennemgå kliniske forsøg, før de kan gøres tilgængelige for offentligheden.

skjule