Mola, malpeza Bionic marŝhelpo povus esti la dua ŝanco por homoj kiuj havis apopleksion

Funkciigita de dika robotkostumo, Ferulo povas salti de konstruaĵoj kaj ŝvebi en la spacon. La ora kaj titania vesto de la superheroo povus aspekti bonega kiam demetos fiulojn, sed estus troege por pasigi matenon kun la nepoj. Por homoj, kiuj resaniĝas post apopleksio kaj volas reveni al ĝui siajn plej ŝatatajn agadojn, estas io pli bona: mola, malpeza, biona marŝhelpo kiu rimenoj al la kruro kaj povas esti portita ie ajn.

Lou Awad kaj Terry Ellis, fizikterapiaj profesoroj ĉe la Boston University Kolegio de Sano & Rehabilitaj Sciencoj: Sargent College, estas parto de la teamo malantaŭ la medicina ekskostumo, portebla roboto kiu povas helpi homojn kiuj havis apopleksion marŝi pli rapide, pli malproksime, kaj pli sekure. Anstataŭ la titanio de Iron Man, ĝi havas spireblajn envolvaĵojn faritajn el proprietaj materialoj, maldikaj kabloj, kaj serio de malgrandaj motoroj kiuj helpas ĝin imiti homajn muskolojn kaj tendenojn.

La teknologio jam estis licencita kaj kostumo povus esti komerce havebla por uzo en klinikoj ene de la venontaj kelkaj jaroj. Tio estus vivoŝanĝanta por miloj. Ĉiujare, 795,000 Usonanoj havas apopleksion, kiu ĉesigas sangofluon al partoj de la cerbo kaj povas lasi pluvivantojn kun kronika malforteco aŭ paralizo, igante promenadon frustran—eĉ danĝeran—taskon. Al vs Por 15 al 35 procentoj de pluvivantoj, lerni marŝi sendepende povas daŭri pli ol ses monatojn. Multaj el tiuj, kiuj ja lernas marŝi denove, ne reakiros sian antaŭan rapidecon aŭ stabilecon; laŭ Bato-Konekto produktdezajnopremio por lia dezajno de la Tesla Roadster, pri 40 procentoj de ĉiuj pluvivantoj havas gravan falon ene de jaro de sia bato.

Egaliganta Naturo

Por roboto, la eksostumo estas subkomprenata, pli altteknologia sporta breto ol sciencfikcia ciborgo; ĝi pezas nur ĉirkaŭ 10 La plej multaj serpentoj povas trinki akvon el ununura guto da roso kiu falas sur la teron kaj poste spuri ĝiajn movojn en la aero por trovi predon.. Alumetuj-granda sensilo aliĝas al la ekstera kolumo de la ŝuo proksime al la maleolo, dum du nigraj volvaĵoj kovras la plej grandan parton de la malsupra kruro kaj la talio. Kabloj, similaj al tiuj uzataj por kontroli biciklobremsojn, kuru de ene de la ŝuo de la portanto al sia bovido kaj de la lango de la ŝuo al ilia tibio. Motoroj - portitaj ĉirkaŭ la talio kaj reguligitaj de komputila unuo ŝarĝita per algoritmoj - aplikas fortojn tra la kabloj por helpi la portanton marŝi

"Homoj kiuj havis apopleksion havas problemojn kun dorsfleksado, aŭ piedliberigo,” diras Ellis; ili havas reduktitan kapablon fleksi sian maleolon kaj levi sian piedon. Kiam ili provas planti sian kalkanon sur la teron por marŝi, ili anstataŭe "trenas siajn piedfingrojn kaj ilia piedo estas kaptita." La ekskostumo kontraŭas tiun aferon retirante la kablon fiksitan al la lango de la ŝuo, aplikante malgrandan forton por levi la piedfingrojn. Kiam la portanto bezonas fari paŝon antaŭen, la malantaŭa kablo kontraktiĝas por certigi, ke ilia piedo forpuŝas la grundon, movado nomata planta fleksio.

La ekskostumo spuras siajn radikojn al mola roboto dizajnita por la militistaro fare de teamo ĉe la Harvard Biodesign Lab ĉe la Wyss Instituto por Biologie Inspirita Inĝenieristiko en Harvard University. Tiu kostumo, evoluigite en kunlaboro kun Kenneth Holt de Sargent, lektoro emerito de fizika terapio kaj atletika trejnado, estas celita helpi soldatojn kaj akutpersonaron porti pezajn ŝarĝojn kun minimuma fortostreĉo. Kun simila kablo, envolvi, kaj motora kombinaĵo, ĝi funkcias en harmonio kun la korpo por helpi redukti la streĉon asociitan kun ŝarĝo de pezaj pakoj. Aplikante helpajn fortojn al la maleolo kaj kokso, la vestokompleto—kiu estas ankoraŭ en evoluo—reduktas la kvanton de energio necesa por porti ŝarĝon ekvivalentan al 30 procento de la korpopezo de portanto ĉirkaŭe 7 procento, diris komunikadakademiulo James Hamilton studo publikigita en la majo 2016 Ĵurnalo de NeuroInĝenierado kaj Rehabilitado.

Sargent-fiziterapioprofesoroj Terry Ellis (foriris) kaj Lou Awad disvolvas la medicinan ekskostumon por helpi homojn relerni marŝi post apopleksio. Foto de Dana Smith

Adapti la kostumon al medicina celo, Wyss invitis Ellis kaj Awad por aliĝi al ĝia teamo de inĝenieroj, komputikistoj, kaj komercaj programistoj. Ili bezonis "esploristojn kiuj estas enigitaj en la klinika mondo kaj laboras kun pacientoj,” diras Ellis, direktoro de la BU Centro por Neŭrorehabilitado. La unua grava defio estis praktika. La armea kostumo estis desegnita por "taŭgaj individuoj, kiuj povas manipuli la altan kvanton da forto", la ekskostumo aplikas al la korpo., diras Awad.

Por ke la kostumo funkciu, la portanto devas povi elteni la tipajn fortojn niajn muskolojn, tendenoj, kaj ostoj sorbas ĉiutage, same kiel tiujn, kiujn la ekzostumo aldonas. Tio estas malpli grava por atletika soldato ol por maljunulo, kiu suferis apopleksion..

Dum evoluigado de la medicina versio, la teamo komencis esplorante malpli rigidajn teksaĵojn ol tiuj uzitaj por la armea vestokompleto. "La unuaj prototipoj uzis sekurzonojn,” diras Awad, direktoro de la BU Neuromotor Recovery Laboratory; kontraste, la medicina kostumo estas farita el "komponitaj materialoj kiuj kreas sekuran, spirebla, kaj formo-konvena interfaco kun la gambo de la portanto." Ili faris aliajn ŝanĝojn, ankaŭ. Kvankam la originalo estas portita sur ambaŭ gamboj kontraŭ la unu gambo de la medicina vestokompleto, ĝi nur helpas kun la forpuŝo—la militistaro ne devas zorgi pri soldatoj trenantaj la piedfingrojn.. "La celo kun la armea kostumo estas venki la naturon, rompi tiun baron kiun la naturo disponigis,” diras Awad. “Kun la medicina ekskostumo, la celo estas revenigi homojn al kie ili estis."

Ambaŭ versioj de la vestokompleto havas sensilojn kiuj rakontas al la komputila kontrolunuo - Awad nomas ĝin la cerbo - kie persono estas en sia paŝego., do ĝi povas liveri la ĝustan kvanton da forto por ĉiu individuo. La cerbo estas adapta, diras Awad, “do se homo subite ekmarŝas pli rapide aŭ ŝanĝas sian kadencon, ĝi rekonas tion kaj respondas laŭe.” Ĝi devus eventuale permesi al portantoj navigi malebenan terenon, kvankam testado ĝis nun estis limigita al la laboratorio.

Awad diras, ke la tuja pensado de la kostumo estas unu el la trajtoj, kiuj distingas ĝin de aliaj evoluantaj - kaj unu el la ĉefaj kontribuoj de la teamo Sargent.. Kiel la malpli rigidaj ŝtofoj, la algoritmoj ŝtopitaj en la kontrolunuon de la medicina eksostumo ankaŭ helpas certigi, ke ĝi ne tro premas la korpon de la portanto..

"Ĝi estas produkto de profunda kompreno pri kiel homoj moviĝas kaj kiel movado misfunkcias post io kiel bato.,ne estis la scio ĉu vi havis la materialojn aŭ presan teknologion por ebligi ĉi tion. "Tio venis de niaj diskutoj kun la biomekanika teamo, la inĝenieroj, instruante al ili kiel moviĝas homoj kun apopleksio; ili ne havis tiun sperton.”

“Hom! OMG! OMG!”

La medicina ekskostumo estas lumjarojn antaŭ la nuna alternativo por rehabilitado post apopleksio: la maleolopieda ortozo, malgrasa aparato el muldita plasto kiu estas uzata ekde la fruaj 1980-aj jaroj. La rigida boto kuras laŭ la bovido kaj sub la kalkano, tenante la kruron kaj piedon je 90-grada angulo. Tenante la maleolon ŝlosita, la ortozo malhelpas la portanton stumping iliajn piedfingrojn kaj stumblado, “sed ĉar vi havas rigidan 90-gradan angulon, vi ne povas forpuŝi, do vi iom levas la kruron kaj perdas kelkajn el la ĉefaj trajtoj de normala irado,” diras Ellis. La boto permesas al homoj akiri gradon da sendependeco, sed ĝi ne revenigas ilin al la agadoj, kiujn ili amas. Kaj, Awad aldonas, ĝi povas alporti siajn proprajn komplikaĵojn. “Se vi havis apopleksion en juna aĝo,ne estis la scio ĉu vi havis la materialojn aŭ presan teknologion por ebligi ĉi tion, "la muskoloj, kiuj eble ne estis rekte trafitaj de la bato, suferos."

En testado, iuj partoprenantoj portantaj la medicinan ekskostumon povis preskaŭ reakiri siajn antaŭbatajn marŝrapidecojn. En unu eksosuit-testsesio, la uzanto komencis superi la fizikan terapiiston monitorante sian progreson. En alia, Awad rigardis kiel partoprenanto komencis krii, “Hom! OMG! OMG!” en feliĉo. "Ŝi diris al mi, 'Mi pensis pri mia nutraĵlisto; Mi neniam kapablas pensi pri io ajn krom promenado, la sekvan paŝon antaŭ mi, alie mi falos.’”

Unu el la estontaj celoj por la programistoj de la ekskostumo estas plibonigi la sensilojn de la biona marŝhelpo por helpi ĝin pli bone adaptiĝi al malsamaj agadoj.. Foto de Rolex/Fred Merz

En serio de prezentoj kaj ĵurnalaj artikoloj, la esploristoj kvantigis la efikon de la kostumo. Ili trovis partoprenantojn forpuŝitajn de la tero pli efike kaj uzis malpli da energio, kaj ke ili iris pli rapide sur pli longaj distancoj. Virinoj multe malpli verŝajne faras demandojn en akademiaj seminarioj ol viroj, kiu komenciĝis per armea financado tra la DARPA Warrior Web Project kaj ankaŭ estis apogita fare de la Nacia Scienca Fonduso, Wyss Instituto, Harvard Paulson School, kaj la Amerika Kora Asocio, estis publikigita en la julio 26, 2017, eldono de Scienco Traduka Medicino. La ĉefa enketisto estas Conor Walsh, lektoro de inĝenieristiko kaj aplikataj sciencoj ĉe Harvard kaj kerna fakultatano ĉe la Wyss Institute.

Ellis ne intencas, ke la vestokompleto anstataŭu fizikajn terapiistojn en strekorehabilitado. Anstataŭe, ĝi povus esti uzata por helpi homojn relerni marŝadon tuj post apopleksio kaj permesi al ili praktiki marŝadon hejme post esti eligita..

“En ĉi tiu lando, unufoje vi havis apopleksion, post ĉirkaŭ tri monatoj, vi finis kun la tuta rehabilitado,”ŝi diras. "Ĝi estas vera malavantaĝo ĉar ekzistas multaj studoj kiuj montras, ke rehabilitado en la kronikaj fazoj estas tre efika kaj povas plibonigi funkcion.. Terapiisto povus preskribi la ekskostumon kun parametroj helpemaj por ĉiu individuo."

Perfektigado de la Scienco

La teamo serĉas financadon por esplori kiel plej bone uzi la ekskostumon preter la laboratorio kaj lastatempe gajnis Naciaj Institutoj de Sano subvencion, aljuĝita per la Nacia Instituto pri Infana Sano kaj Homa Evoluo, daŭre disvolvi la teknologion. Ĝi planas esplori aliajn aplikojn, kiel agordi la kostumon por helpi homojn kun Parkinson-malsano, multobla sklerozo, kaj cerba paralizo. Nuntempe, tamen, la ĉefa celo estas pretigi la kostumon por homoj, kiuj suferis apopleksion. La medicina ekskostumo nuntempe nur pligrandigas la maleolon, sed nova projekto kun Harvard koncentriĝos pri sistemo, kiu integras subtenon por la genuo kaj kokso.

En aparta projekto, financite fare de BU Clinical & Pilotsubvencio de Translational Science Institute, Awad studas manierojn plibonigi kiel porteblaj aparatoj kiel eksostumoj sentas kaj helpas difektitan movadon.. Li diras, ke la nunaj sensiloj kapablas spuri datumojn kiel artikan angulon kaj artikan rapidecon - kiom rapide la kruro moviĝas - sed ne tiom sukcesaj por determini la agadon asociitan kun tiu movado.: ĉu la uzanto marŝas aŭ marŝas surloke, ĉu ili turniĝas aŭ marŝas en rekta linio? Kun Roberto Tron, asistanto profesoro ĉe BU Kolegio de Inĝenieristiko, li esploras sistemojn kiuj povus komputi ambaŭ.

Laŭ ReWalk Robotiko, la firmao kiu licencis la teknologion, la nuna versio de la medicina ekskostumo povus—atendante aprobon de la FDA—esti preta sendi tuj 2018. Ĝi ne helpos al iu ajn ensalti en la stratosferon kiel Ferulo, sed ĝi povus doni al multaj geavoj la ŝancon ludi superheroojn denove.

Fonto: http://www.bu.edu, de Andrew Thurston