Weich, leichte Bionic Gehhilfe könnte die zweite Chance für Menschen, die einen Schlaganfall erlitten haben

Angetrieben von einem klobigen Roboter-Anzug, Iron Man kann von Gebäuden springen und schweben in den Weltraum. Die Superhelden Gold und Titan getup könnte gut aussehen, wenn Bösewichte, die hinunter, aber es wäre viel des Guten ein Morgen für die Ausgaben mit den Enkeln. Für Menschen, die von einem Schlaganfall und wollen erholen zu genießen ihre bevorzugten Aktivitäten zurück, es ist etwas besser: ein weiches, Leicht, bionische Gehhilfe, die auf die Beingurte und kann überall getragen werden.

Lou Awad und Terry Ellis, Professoren für Physiotherapie an der Boston University College of Health & Rehabilitationswissenschaften: Sargent Hochschule, Teil des Teams ist hinter dem medizinischen exosuit, ein tragbarer Roboter, die Menschen helfen kann, die einen Schlaganfall zu Fuß gehabt haben schneller, weiter, und sicherer. Statt Titan Iron Man, es hat atmungsaktiv aus proprietären Materialien Wraps, dünne Kabel, und eine Reihe von kleinen Motoren, die es menschliche Muskeln und Sehnen imitieren helfen.

Die Technologie wird bereits lizenziert und ein Anzug im Handel für den Einsatz in Kliniken in den nächsten Jahren zur Verfügung stehen könnte. Das wäre das Leben verändert für Tausende. Jedes Jahr, 795,000 Die Amerikaner haben einen Schlaganfall, das hält Blut zu Teile des Gehirns fließt und können Überlebenden mit chronischer Schwäche oder Lähmung verlassen, Drehen zu Fuß in eine frustrierende-even gefährlich lästige Pflicht. Zum 15 zu 35 Prozent der Überlebenden, laufen lernen kann unabhängig voneinander mehr als sechs Monate in Anspruch nehmen. Viele von denen, die wieder gehen lernen nicht ihre frühere Geschwindigkeit oder Stabilität wiederzuerlangen; gemäß Stroke-Verbindung Zeitschrift, Über 40 Prozent aller Überlebenden haben einen schweren Sturz innerhalb eines Jahres nach ihrem Schlaganfall.

Equaling Natur

Für einen Roboter, die exosuit ist dezent, mehr High-Tech-Sport Klammer als Science-Fiction Cyborg; es wiegt nur etwa 10 Pfund. Ein Matchbox-Größe-Sensor wird an der Außenseite des Schuhs Kragen nahe dem Fußgelenk, während zwei bedecken schwarze Wraps den größten Teil der Unterschenkel und der Taille. Kabel, ähnlich die Fahrradbremsen zu steuern,, laufen vom Innern des Schuh des Trägers in ihr Kalb und von der Zunge des Schuhes zu ihrem Scheinen. Motoren getragen um die Taille und durch eine Computereinheit mit geladen geregelt Algorithmen-apply Kräften durch die Kabel um den Träger zu Fuß helfen

„Menschen, die einen Schlaganfall erlitten haben, haben Probleme mit dorsiflexion, oder Fuß-Clearance,“, Sagt Ellis; sie haben eine verminderte Fähigkeit, ihre Knöchel zu biegen und den Fuß heben. Wenn sie versuchen, ihre Ferse auf dem Boden zu pflanzen zu gehen, sie stattdessen „ziehen ihre Zehen und ihren Fuß erwischt wird.“ Die exosuit dieser Frage entgegenwirkt, indem das Kabel an der Zunge des Schuhs befestigt Einziehen, eine geringe Menge an Kraft ausübende die Zehen zu bringen. Wenn muss der Träger einen Schritt nach vorne nehmen, die hinteren Kabelverträge ihren Fuß schiebt aus dem Boden, um sicherzustellen,, eine Bewegung Plantarflexion genannt.

Die exosuit führt ihre Wurzeln auf einen weichen Roboter für das Militär an dem von einem Team entwickelt, Harvard Biodesign Lab Beverly Hills Wyss Institut für Biologisch inspirierten Ingenieur an der Harvard-Universität. das Anzug, in Zusammenarbeit mit Sargents Kenneth Holt entwickelt, Associate Professor emeritus der Physiotherapie und sportliche Ausbildung, sollten Soldaten und Rettungskräfte tragen schwere Lasten mit minimalem Aufwand helfen. Mit einem ähnlichen Kabel, wickeln, und Motor-Kombination, es funktioniert in Harmonie mit dem Körper die Belastung mit Schleppen kräftige Pack zugeordnet reduzieren. Durch die Anwendung assisKräfte auf den Knöchel und Hüfte, der Anzug-die noch in ist entwicklungs reduziert die Menge an Energie, um eine Last äquivalent tragen mußte 30 Prozent des Körpergewichts des Trägers um ca. 7 Prozent, nach a Studie veröffentlicht im Mai 2016 Journal of NeuroEngineering und Rehabilitation.

Sargent physikalische Therapie Professoren Terry Ellis (links) und Lou Awad ist, um die medizinische exosuit Entwicklung zu helfen, die Menschen nach einem Schlaganfall gehen umlernen. Foto von Dana Smith

Um den Anzug zu einem medizinischen Zweck anpassen, Wyss eingeladen Ellis und Awad seinem Team von Ingenieuren zu verbinden, Informatiker, und Business-Entwickler. Sie brauchten „Forscher, die in der klinischen Welt eingebettet sind und die Arbeit mit Patienten,“, Sagt Ellis, Direktor des BU-Zentrum für Neurorehabilitation. Die erste große Herausforderung war, ein praktischer. Der Militär-Anzug wurde entwickelt für die „aktive Personen, die die hohe Menge an Kraft bewältigen können“ gilt die exosuit auf den Körper, sagt Awad.

Für den Anzug zur Arbeit, muss der Träger die typischen Kräfte unsere Muskeln in der Lage sein zu tragen, Sehnen, und Knochen absorbieren jeden Tag, sowie diejenigen, die exosuit fügt. Das ist weniger ein Problem für einen Athletik solider als es für einen Senior ist, die einen Schlaganfall erlitten hat,.

Bei der Entwicklung der medizinischen Version, das Team begann mit der Erforschung weniger starre Textilien als die für den militärischen Anzug verwendet. „Die ersten Prototypen verwendet Sicherheitsgurtes,“, Sagt Awad, Direktor des BU Neuromotorische Recovery-Labor; im Gegensatz, die medizinische Anzug ist aus „Verbundwerkstoffen, die eine sichere erstellen, atmungsaktiv, und formschlüssige Schnittstelle mit dem Bein des Trägers.“Sie machten andere Änderungen, auch. Obwohl die ursprüngliche Bein auf beiden Beinen im Vergleich zu dem medizinischen Anzug getragen wird, es hilft nur mit dem Abstoßen-Militär nicht um Soldaten zu kümmern hat ihre Zehen ziehen. „Das Ziel mit dem Militär-Anzug ist die Natur zu schlagen, brechen, die Barriere, die die Natur bereitgestellt,“, Sagt Awad. „Mit dem medizinischen exosuit, das Ziel ist es, Menschen, wo sie waren zu bringen.“

Beide Versionen des Anzugs Sensoren haben, die die Computersteuerung sagen einheits Awad es nennt das Gehirn, wo eine Person in ihrem Schritt ist, so kann es die richtige Menge an Kraft für jeden einzelnen liefern. Das Gehirn ist adaptiv, sagt Awad, „So, wenn eine Person schneller beginnt zu Fuß plötzlich oder ändert ihre Kadenz, sie erkennt, dass und reagiert entsprechend.“Es sollte schließlich erlauben Träger unebenes Gelände zu navigieren, obwohl Tests wurden an das Labor bisher begrenzt.

Awad sagt der Anzug ist on-the-fly Denken eines der Merkmale ist, dass es abgesehen von anderen in setzt entwicklungs und einer der wichtigsten Beiträge des Sargent Team. Wie die weniger steifen Stoffen, die Algorithmen in die medizinische exosuit die Steuereinheit angeschlossen es auch helfen, sicherzustellen, nicht zu viel Druck nicht auf den Körper des Trägers angelegt.

„Es ist ein Produkt von einem tiefen Verständnis davon, wie die Menschen bewegen und wie Bewegung geht nach so etwas wie ein Schlaganfall schief," er sagt. „Das kam aus unseren Gesprächen mit dem Biomechanik-Team, die Ingenieure, und lehrt sie, wie Menschen mit einem Schlaganfall bewegen; sie haben nicht diese Erfahrung.“

"OH MEIN GOTT! Oh mein Gott! Oh mein Gott!“

Die medizinische exosuit ist Lichtjahre vor der aktuellen Alternative für die Rehabilitation nach einem Schlaganfall: Das Knöchel-Fuß-Orthese, eine plump contraption aus gegossenem Kunststoff, die seit Anfang der 1980er Jahre im Einsatz gewesen. Der steife Boot rinnt die Wade und unter der Ferse, Halten des Bein und Fuß in einem Winkel von 90 Grad. Durch den Knöchel zu halten verriegelte, Die Orthese verhindert, dass der Träger vor ihren Zehen Anstoßen und Auslöse, „Sondern weil Sie haben einen starren 90-Grad-Winkel, Sie können nicht abstoßen, so dass Sie irgendwie das Bein heben und einige der wichtigsten Merkmale eines normalen Gangs verlieren,“, Sagt Ellis. Das Boot ermöglicht es die Menschen ein gewisses Maß an Unabhängigkeit zu gewinnen, aber es gibt sie nicht an den Aktivitäten zurück, sie lieben. Und, Awad fügt, sie kann ihre eigenen Komplikationen bringen. „Wenn Sie hatte einen Schlaganfall in jungen Jahren," er sagt, „Die Muskeln, die direkt durch den Hub ausgewirkt haben kann nicht gehen, leiden.“

bei der Prüfung, einige Teilnehmer die medizinische exosuit tragen konnten ihre Vorhub Gehgeschwindigkeiten fast wieder. In einer exosuit Testsitzung, der Benutzer begann die Physiotherapeutin überwacht seine Fortschritte outpacing. In einem anderen, Awad beobachtete, wie ein Teilnehmer begann schrei, "OH MEIN GOTT! Oh mein Gott! Oh mein Gott!“Im Glück. "Sie sagte mir, ‚Ich dachte an meine Einkaufsliste; Ich bin nie in der Lage alles zu denken, außer zu Fuß, der nächste Schritt vor mir, sonst ich werde fallen werde.“

Eines der Ziele für die Zukunft für die Entwickler des exosuit ist der bionische Gehhilfe die Sensoren zur Verbesserung der es sich besser an verschiedenen Aktivitäten zu helfen. Foto von Rolex / Fred Merz

In einer Reihe von Vorträgen und Zeitschriftenartikeln, die Forscher haben die Klage die Auswirkungen quantifiziert. Sie fanden die Teilnehmer aus dem Boden effektiver abgeschoben und verwendet weniger Energie, und dass sie ging schneller über größere Entfernungen. Die Forschung, die begann mit militärischen Mitteln durch die DARPA Krieger Webprojekt und wurde auch von der National Science Foundation unterstützt, Wyss Institute, Harvard Paulson Schule, und das American Heart Association, in der veröffentlicht wurde Juli 26, 2017, Ausgabe Science Translational Medicine. Der Principal Investigator ist Conor Walsh, Associate Professor für Maschinenbau- und angewandten Wissenschaften an der Harvard und ein Kernelement an der Fakultät Wyss Institute.

Ellis nicht für den Anzug beabsichtigt Physiotherapeuten in der Schlaganfall-Rehabilitation zu ersetzen. Stattdessen, es könnte verwendet werden, um Menschen zu helfen, wieder lernen, in der Zeit unmittelbar nach einem Schlaganfall gehen und es ihnen ermöglichen, zu Hause zu üben zu Fuß nach entladen werden.

"In diesem Land, wenn Sie einen Schlaganfall gehabt haben, nach etwa drei Monaten, Sie mit allen Reha getan," Sie sagt. „Es ist ein großer Nachteil, weil es eine Menge von Studien, die zeigen, dass Reha in den chronischen Phasen sehr wirksam ist und die Funktion verbessern kann. Ein Therapeut könnte die exosuit mit Parametern hilfreich für jeden einzelnen verschreiben.“

Perfektionierung der Wissenschaft

Das Team verfolgt Finanzierung zu untersuchen, wie am besten die exosuit über das Labor hinaus zu nutzen und gewann vor kurzem ein Nationales Gesundheitsinstitut gewähren, durch die ausgezeichnet National Institute of Child Health and Human Development, weiterhin der Entwicklung der Technologie. Sie plant, andere Anwendungen zu erforschen, wie der Anzug Anpassung Menschen mit Parkinson-Krankheit zu helfen, Multiple Sklerose, und Zerebralparese. Zur Zeit, obwohl, das primäre Ziel ist immer der Anzug bereit für Menschen, die einen Schlaganfall erlitten haben. Die medizinische exosuit derzeit verstärkt nur den Knöchel, aber ein neues Projekt mit der Harvard wird auf einem System konzentrieren, die Unterstützung für das Knie integriert und Hüfte.

In einem separaten Projekt, durch eine BU Clinical finanziert & Translational Science Institute Pilot Zuschuss, Awad studiert Möglichkeiten, wie tragbare Geräte wie exosuits Sinn zu verbessern und die Beeinträchtigung der Bewegung helfen. Er sagt, die Stromsensoren an Tracking-Daten gut sind wie Gelenkwinkel und Gelenkgeschwindigkeits wie das Bein schnell bewegt, aber nicht so erfolgreich bei der Aktivität mit dieser Bewegung zugeordneten Entscheidungs: ist der Benutzer zu Fuß oder an Ort und Stelle marschieren, sie drehen oder in einer geraden Linie zu Fuß? Mit Roberto Tron, Assistant Professor an BU College of Engineering, er erforschen Systeme, die beide berechnen könnte.

Gemäß ReWalk Robotics, das Unternehmen, das die Technologie lizenziert, die aktuelle Version des medizinischen exosuit könnte angemeldeten FDA bereit zuzulassungs so schnell versenden 2018. Es wird niemanden swoop in die Stratosphäre wie Iron Man helfen, aber es könnte vielen Großeltern die Chance geben, Superhelden spielen wieder.

Quelle: http://www.bu.edu, durch Andrew Thurston