Zacht, lichtgewicht Bionic loophulp kon de tweede kans voor mensen die een beroerte hebben gehad

Aangedreven door een dikke robotpak, Iron Man kan springen van gebouwen en zweven in de ruimte. De superheld goud en titanium getup zou ziet er geweldig bij het nemen van beneden schurken, maar het zou overkill voor een ochtend doorbrengen met de kleinkinderen. Voor mensen die herstellen van een beroerte en willen terug naar genieten van hun favoriete activiteiten, er is iets beter: een zachte, lichtgewicht, bionische loophulp die riemen aan het been en kan overal worden gedragen.

Lou Awad en Terry Ellis, professoren fysiotherapie aan de Universiteit van Boston College of Health & Revalidatiewetenschappen: Sargent College, maken deel uit van het team achter de medische exosuit, een draagbare robot die mensen kunnen helpen die een beroerte lopen sneller hebben gehad, verder, en veiliger. In plaats van Iron Man's titanium, het heeft ademend wraps gemaakt van eigen materialen, dunne kabels, en een reeks van kleine motoren die helpen na te bootsen de menselijke spieren en pezen.

De technologie is al een licentie en een pak kon de handel verkrijgbaar zijn voor gebruik in klinieken in de komende jaren. Dat zou zijn leven veranderen voor duizenden. Elk jaar, 795,000 Amerikanen hebben een beroerte, die stopt bloed stroomt naar delen van de hersenen en kan overlevenden chronische zwakte of verlamming verlaten, het draaien van het lopen in een frustrerende zelfs gevaarlijk karwei. Voor 15 naar 35 procent van de overlevenden, leren om zelfstandig te lopen kan meer dan zes maanden in beslag nemen. Veel van degenen die leren lopen zullen hun vroegere snelheid en stabiliteit niet herwinnen; volgens Stroke Connection tijdschrift, wat betreft 40 procent van alle overlevenden hebben een ernstige val binnen een jaar na hun beroerte.

gelijk Nature

Een robot, de exosuit wordt ondergewaardeerd, meer high-tech sporten brace dan sci-fi cyborg; hij weegt slechts over 10 pond. Een matchbox-sized sensor bevestigd aan de buitenzijde van de kraag schoenclose aan de enkel, terwijl twee zwarte wraps het grootste deel van het onderbeen en de taille. kabels, vergelijkbaar met die toegepast om fietsremmen besturen, lopen vanaf binnenschoen de drager om hun kalf van de tong van de schoen aan hun scheenbeen. Motors-gedragen rond de taille en geregeld door een computer-eenheid geladen met algoritmen toe te passen krachten door middel van de kabels om te helpen de drager lopen

“Mensen die een beroerte hebben gehad hebben moeite met dorsiflexion, of voetvrijheid,”Zegt Ellis; ze hebben een verminderd vermogen om hun enkels buigen en tillen hun voeten. Wanneer zij proberen hun hiel planten op de grond te lopen, ze in plaats daarvan “slepen hun tenen en de voet wordt betrapt.” De exosuit tegengaat die kwestie door het terugtrekken van de kabel die op de tong van de schoen, toepassing van een kleine hoeveelheid kracht om de tenen te brengen. Wanneer de drager nodig heeft om een ​​stap vooruit te zetten, de achterste kabel contracten om ervoor te zorgen hun voet duwt de grond, een beweging genaamd plantairflexie.

De exosuit vindt zijn oorsprong een zachte robot ontwikkeld voor het leger door een team van de Harvard Biodesign Lab bij de Wyss Instituut voor biologisch geïnspireerde Techniek aan de Harvard-universiteit. dat pak, ontwikkeld in samenwerking met Sargent Kenneth Holt, een associate professor emeritus van fysiotherapie en atletische training, is bedoeld om soldaten te helpen en hulpdiensten dragen van zware lasten met een minimale inspanning. Met een soortgelijke kabel, wikkelen, motorcombinatie, het werkt in harmonie met het lichaam te helpen verminderen de druk in verband met sjouwen flinke packs. Door toepassing hulpkrachten aan de enkel en de heup, het pak-die nog in ontwikkeling-reduceert de hoeveelheid energie die nodig is om een ​​lading gelijk te dragen naar 30 procent van het lichaamsgewicht van een drager met ongeveer 7 procent, volgens een studie gepubliceerd in mei 2016 Journal of NeuroEngineering en Revalidatie.

Sargent fysiotherapie professoren Terry Ellis (links) en Lou Awad zijn de ontwikkeling van de medische exosuit om mensen te helpen opnieuw leren lopen na een beroerte. Foto door Dana Smith

Om het pak aan te passen aan een medisch doel, Wyss uitgenodigd Ellis en Awad om zijn team van ingenieurs te sluiten, computer wetenschappers, en business developers. Ze hadden “onderzoekers die zijn ingebed in de klinische wereld en werken met patiënten,”Zegt Ellis, directeur van de BU Centrum voor Neurorehabilitation. De eerste grote uitdaging was een praktische. De militaire pak is ontworpen voor “fitte personen die de grote hoeveelheid kracht die kan omgaan met” de exosuit geldt voor het lichaam, zegt Awad.

Voor het pak aan het werk, de drager moet in staat zijn om de typische krachten onze spieren dragen, pezen, en botten absorberen iedere dag, evenals die de exosuit voegt. Dat is minder een probleem voor een atletische solider dan het is voor een senior die een beroerte heeft geleden.

Bij de ontwikkeling van de medische versie, het team begonnen met het verkennen van minder strakke weefsels dan die welke worden gebruikt voor de militaire pak. “De eerste prototypes gebruikt seatbelt webbing,”, Zegt Awad, directeur van de BU Neuromotor Recovery Laboratory; in tegenstelling tot, de medische pak is gemaakt van “composieten materialen die een veilig maken, ademend, en nauwsluitend raakvlak met het been van de drager.”Ze hebben andere veranderingen, te. Hoewel het origineel wordt gedragen op beide benen ten opzichte van de medische pak een been, het helpt alleen met de duwen off-the leger zich geen zorgen te maken over soldaten hun tenen te slepen. “Het doel van de militaire pak is om de natuur te verslaan, breken die barrière die verschaft natuur,”, Zegt Awad. “Met de medische exosuit, het doel is om mensen terug naar waar ze waren te brengen.”

Beide versies van het pak hebben sensoren die de computer besturingseenheid-Awad noemt het de hersenen waar een persoon is in hun pas te vertellen, zodat het de juiste hoeveelheid kracht leveren voor elk individu. De hersenen is adaptief, zegt Awad, “Dus als een persoon plotseling begint te lopen sneller of verandert hun cadans, Het erkent dat en dienovereenkomstig reageert.”Het moet uiteindelijk toelaten dragers om oneffen terrein te navigeren, hoewel het testen tot nu toe beperkt tot het lab is geweest.

Awad zegt dat het pak is on-the-fly denken is een van de functies die het onderscheidt van anderen in de ontwikkeling-en een van de belangrijkste bijdragen van de Sargent team. Zoals de minder stijve weefsels, de algoritmes aangesloten op de medische exosuit bedieningseenheid zorgen ook voor het niet te veel druk op het lichaam van de drager.

“Het is een product van een diep inzicht in de manier waarop mensen bewegen en hoe beweging misgaat na zoiets als een beroerte," hij zegt. “Dat kwam uit onze gesprekken met de biomechanica team, de ingenieurs, hen te leren hoe mensen met een beroerte move; ze hebben niet die ervaring.”

"OMG! OMG! OMG!”

De medische exosuit is lichtjaren voor op de huidige alternatief voor revalidatie na een beroerte: de enkel-voet orthese, een lompe contraption van kunststof dat is al in gebruik sinds de vroege jaren 1980. De stijve boot rent de kuit en onder de hiel, die het been en de voet in een hoek van 90 graden. Door het houden van de enkel vergrendeld, de orthese voorkomt dat de drager tegen stoten scherp en struikelen, “Maar omdat je een stijve hoek van 90 graden, kun je niet afzetten, dus je soort til het been en verliest een deel van de belangrijkste kenmerken van een normale gang,”Zegt Ellis. De boot staat mensen toe om een ​​zekere mate van onafhankelijkheid te verwerven, maar het maakt ze niet terug te keren naar de activiteiten die zij houden. En, Awad voegt, kan zij eigen complicaties te brengen. “Als je had een beroerte op jonge leeftijd," hij zegt, “De spieren die mogelijk niet rechtstreeks door de beroerte getroffen zullen lijden.”

bij het testen, sommige deelnemers het dragen van de medische exosuit hebben kunnen bijna weer hun pre-takt loopsnelheden geweest. In één exosuit testsessie, de gebruiker begon sneller dan de fysiotherapeut het bewaken van zijn vooruitgang. In een andere, Awad keek als deelnemer begon te schreeuwen, "OMG! OMG! OMG!”In geluk. "Ze vertelde me, ‘Ik zat te denken over mijn boodschappenlijstje; Ik ben nooit in staat om na te denken over iets anders dan het lopen, de volgende stap voor mij, anders ga ik om te vallen.”

Een van de toekomstige doelstellingen voor ontwikkelaars is de exosuit is om de sensoren van de bionische loophulpmiddel te verbeteren om te helpen het beter aan te passen aan verschillende activiteiten. Foto door Rolex / Fred Merz

In een reeks presentaties en tijdschriftartikelen, de onderzoekers hebben het effect van de pak's gekwantificeerd. Ze vonden de deelnemers afgeduwd van de grond efficiënter en gebruikt minder energie, en dat ze liepen sneller over langere afstanden. Het onderzoek, die begon met de militaire financiering via het DARPA Warrior webproject en werd ook ondersteund door de National Science Foundation, Wyss Institute, Harvard Paulson School, en de American Heart Association, werd gepubliceerd in het juli- 26, 2017, editie van Science Translational Medicine. De hoofdonderzoeker is Conor Walsh, een universitair hoofddocent van engineering en technische natuurkunde aan de Harvard en een kern lid van de faculteit aan de Wyss Institute.

Ellis is niet van plan om het pak aan fysiotherapeuten in de revalidatie na een beroerte te vervangen. In plaats daarvan, het zou kunnen worden gebruikt om mensen opnieuw leren lopen in de onmiddellijke nasleep van een beroerte te helpen en hen in staat stellen om te oefenen lopen thuis na te zijn ontslagen.

"In dit land, als je eenmaal een beroerte hebben gehad, na ongeveer drie maanden, je klaar bent met alle revalidatie," ze zegt. “Het is een echte nadeel, want er zijn veel studies die aantonen dat revalidatie in de chronische fase is zeer effectief en kan de functie te verbeteren. Een therapeut kan de exosuit met parameters nuttig voor elke individuele voorschrijven.”

Het perfectioneren van de Wetenschap

Het team houdt zich bezig met de financiering om te onderzoeken hoe de exosuit gebruik buiten het lab en won onlangs een National Institutes of Health studiebeurs, toegekend door de National Institute of Child Health and Human Development, te blijven ontwikkelen van de technologie. Zij is van plan om andere toepassingen te verkennen, zoals het aanpassen van het pak om mensen te helpen met de ziekte van Parkinson, multiple sclerose, en cerebrale parese. Voor nu, hoewel, Het primaire doel is het verkrijgen van het pak klaar voor mensen die een beroerte hebben gehad. De medische exosuit momenteel alleen vergroot de enkel, maar een nieuw project met Harvard zal zich richten op een systeem dat ondersteuning integreert voor de knie en heup.

In een apart project, gefinancierd door een BU Clinical & Translationeel Science Institute pilot-subsidie, Awad is het bestuderen van manieren om te verbeteren hoe draagbare apparaten zoals exosuits gevoel en te helpen bewegingsbeperking. Hij zegt dat de huidige sensoren zijn goed in het bijhouden van gegevens, zoals de gezamenlijke hoek en gezamenlijke snelheid hoe snel het been beweegt, maar niet zo succesvol bij het bepalen van de activiteit in verband met deze beweging: is de gebruiker wandelen of marcheren in plaats, ze draaien of wandelen in een rechte lijn? Met Roberto Tron, een assistent-professor aan BU College of Engineering, hij is het verkennen van systemen die zowel kunnen berekenen.

Volgens ReWalk Robotics, het bedrijf dat heeft de technologie in licentie, de huidige versie van de medische exosuit konden-in afwachting van goedkeuring van de FDA-klaar om te verzenden zodra 2018. Het zal niet helpen iedereen klap in de stratosfeer als Iron Man, maar het kan veel grootouders de kans geven om superhelden opnieuw te spelen.

Bron: http://www.bu.edu, door Andrew Thurston