211service.com
Personliga exoskelett för paraplegiker
Exoskelett – bärbara, motoriserade maskiner som kan hjälpa en persons rörelser – har till stor del varit begränsade till filmer eller militär användning, men de senaste framstegen kan snart föra enheterna hem till människor med förlamning.
Assisterade steg: En patient med förlamning står med hjälp av Berkeley exoskelettet. Exoskelettet flyttar patientens höfter och knän för att imitera en naturlig promenad.
Hittills har exoskelett använts för att öka styrkan hos soldater eller för att hjälpa inlagda strokepatienter att lära sig om hur man går. Nu har forskare vid University of California, Berkeley, visat ett exoskelett som är portabelt och låter paraplegics gå i en relativt naturlig gång med minimal träning. Det kan vara en förbättring för personer med ryggmärgsskador som tillbringar mycket tid i rullstol, vilket kan orsaka sår eller benförsämring.
Befintliga medicinska exoskelett för patienter som har förlorat funktion i sina nedre extremiteter har antingen inte utrustats med strömkällor eller har designats för tjudrad användning i rehabiliteringsanläggningar, för att korrigera och konditionera en patients gång.
Däremot kombinerar Berkeleys exoskelett friheten att inte vara bunden med en naturlig gång, säger Katherine Strausser, doktorand och en av de ledande forskarna i Berkeley-projektet. Förra veckan vid ASME Dynamic System and Control Conference 2010 i Cambridge, Massachusetts, presenterade Strausser experimentella resultat från fyra paraplegiker som använde exoskelettet.
Andra mobila exoskelett – som de som utvecklats av företag som Rex Bionics eller Cyberdene – försöker inte efterlikna en naturlig gång, säger Strausser. Eftersom att gå är en dynamisk rörelse som i huvudsak faller framåt, säger Strausser, väljer många mönster en shuffle istället för en naturlig gång, eftersom det är säkrare och mycket lättare. Men att emulera en naturlig gång efterliknar effektiviteten av naturlig gång och belastar inte höfterna, säger Strausser.
Berkeley-enheten, som innehåller en dator och ett batteri, fästs på en användares rygg som en ryggsäck och kan köras sex till åtta timmar på en laddning. Pumpar driver hydraulvätska för att flytta höften och knäna samtidigt, så att höften svänger genom ett steg när ena knäet böjs. Enheten planerar gångbanor baserat på data (om benvinklar, knäböjning och tåfrigång) som samlats in från människors naturliga gångarter. Trycksensorer i varje häl och fot ser till att båda fötterna inte lämnar marken samtidigt.
Berkeley-programmet var framgångsrikt. De fyra paraplegiker som beskrivs i Straussers föredrag, av vilka tre hade suttit i rullstol i flera år, kunde gå med enheten efter bara två timmars träning. Det är väldigt lätt att gå i, säger Strausser. Det rör ditt ben precis som du skulle göra i din vanliga gång. För att påbörja ett steg kräver exoskelettet att en användare trycker på en knapp på en fjärrkontroll; teamet arbetar på ett mer intuitivt gränssnitt.
När teamet designade det medicinska exoskelettet – som använder delar från två militära exoskelett – behövde teamet kontroller och en design som tar hänsyn till användarens bristande styrka. Medan militära exoskelett arbetar med en soldats rörelse för att lägga till styrka, gör medicinska exoskelett motsatsen, kämpar mot felaktiga gångarter eller utför gångarten, förklarar Strausser. Det största problemet är att hålla en person i 'exot' tryggt och säkert, säger hon. Efter fälttester vid University of Virginia's Klinisk rörelseanalys och motorisk prestandalaboratorium förra året utvecklade gruppen en egenutvecklad design som hindrar användare från att glida ut ur exoskelettet och fördelar vikten på 80-pundsmaskinen. Gruppen planerar att göra enheten lättare och att göra en lågkostnadsversion som patienterna kan använda i sina hem. (Forskargruppen är knuten till ett företag, Berkeley Bionics, som planerar att börja sälja en form av tekniken.)
Sammantaget tycker jag att det är en mycket bra enhet, säger Panagiotis Artemiadis, en MIT-forskare som hörde Straussers tal. Han utvecklar ett exoskelett som kallas MIT-SkyWalker som hjälper strokepatienter att träna på att gå på en maskin som liknar ett löpband. Han säger att han kan föreställa sig att Berkeley-enheten används av patienter i deras hem, särskilt om forskarna minskar vikten.
Andra mobila exoskelett för att hjälpa förlamade människor har precis börjat komma ut på marknaden. tyskt företag Argo Medical Technologies släpper sin första produkt, ett exoskelett på 100 000 euro avsett för användning på rehabcenter, i oktober. Företaget planerar att släppa en hemmaversion snart efter för ungefär halva priset. Till skillnad från Berkeleys exoskelett tar det här, kallat ReWalk, användaren några veckor att lära sig. Det är som att ta ett körkort, säger John Frijters, vice vd för affärsutveckling för Argo. ReWalk är anpassningsbar, kan skräddarsy sensorernas känslighet, steglängd och steg beroende på hur användaren känner. Den väger cirka 45 pund och går i åtta till 10 timmar på en laddning, enligt Frijters.
Även om ReWalk ännu inte har data att dela om fördelarna med att använda exoskelett, har dussintals patienter testat ReWalk, och de har alla fördelen av att vara aktiva, säger Frijters. De har möjlighet att resa sig ur rullstolen och gå igen. Det är väldigt känslosamt.