Robo-Rehab hemma

När en person drabbas av en stroke kan avbrottet i blodflödet till hjärnan orsaka bestående funktionsförlust i armar och ben. Ihållande sjukgymnastik kan förbättra motorkontrollen genom att stärka förbindelserna mellan extremiteten och hjärnan. Nu har en grupp vid Northeastern University utvecklat flera bärbara robotenheter som kan hjälpa till i rehabiliteringsprocessen; till skillnad från andra rehabiliteringsapparater kan dessa också låta patienter fortsätta behandlingen hemma.

Knäböjning: Den här versionen av AKROD-knäanordningen från Northeastern University designades för att hjälpa en patient att återfå motorisk funktion efter en stroke.

Stroke är den främsta orsaken till funktionshinder i USA; över två tredjedelar av strokeöverlevande lämnas med ett funktionshinder, enligt National Stroke Association . Upprepad sjukgymnastik som applicerar kraft på en påverkad lem kan uppmuntra motoriska signaler att nå hjärnan och bygga nya kontrollvägar. Dessa övningar kan hjälpa inte bara personer som återhämtar sig från en stroke, utan också de som lider av andra tillstånd, såsom cerebral pares eller degenerativa muskelsjukdomar.

Det är väl förstått att ju mer du gör det, desto bättre blir du, säger Tariq Rahman , chef för centret för ortopedisk forskning och utveckling vid Nemours Foundation och en docent vid Drexel University.

Traditionellt tillämpar fysioterapeuter kraft på en lem manuellt: En grupp terapeuter hjälper till exempel en patient att gå på ett löpband genom att flytta benen och stabilisera patienten. Under de senaste decennierna har många forskare tittat på robotik för enheter som ger krafter till en patients ben, armar, händer eller bäcken. Forskare hoppas att sådana enheter kommer att skapa mjukare rörelser, reagera mer exakt på patientförbättringar, mäta framsteg mer exakt och ge en mer bekväm och effektiv återhämtning. Flera rehabiliteringsapparater som används för närvarande, till exempel Rocomos Lokomat maskin eller universitetet i Twente lopes , utformades för att hjälpa människor att gå bättre - men dessa system tenderar att vara skrymmande och dyra.

Multimedia

• Se andra robotrehabiliteringsenheter som labbet arbetar med.

• Se robothandrehabiliteringsanordningen i aktion.

De nordöstra forskarna har utvecklat enheter för knä, handled, bäcken och fotled som de säger är portabla och billiga nog att hyras av små rehabiliterings- eller vårdcentraler, och potentiellt även enskilda patienter. Teamet höll enheterna små genom att använda ett ämne som kallas elektroreologisk vätska, som blir klibbigare när en elektrisk ström appliceras, vilket skapar en starkare motståndskraft i enheten. Vätskan innehåller partiklar som bildar kedjor när elektricitet appliceras, vilket gör vätskan till mer av en gel på några millisekunder.

Med denna vätska kan vi minska storleken på de mekaniska komponenterna, som bromsen, säger Constantinos Mavroidis , professor och direktör för Biomedical Mechatronics Laboratory vid Northeastern. Gruppen säger också att det har minskat motorstorleken med minst hälften jämfört med vanliga motorer. Förutom den mindre storleken och minskade vikten ger de vätskebaserade motorerna även en mjukare rörelse, säger Mavroidis. Du har en känsla av att det egentligen inte är en mekanisk enhet utan en mjuk fjäder.

Rahman säger att det nordöstra arbetet ser lovande ut. Vi strävar alltid efter att göra [enheter] billigare, lättare, mindre och osynliga. Det här är allt i rätt riktning, säger Rahman, som utvecklar robotrehabiliteringsapparater för barn med muskelsjukdomar på Alfred DuPont Children's Hospital. De flesta av de rehabapparater Rahman ser är stora och svårhanterliga och därmed opraktiska för patienter att använda i hemmet.

Smidig gripare: Denna robothandrehabiliteringsenhet använder en vätska som ändrar enhetens motstånd när en elektrisk ström appliceras.

Northeasterns andra version av en aktiv knärehabiliteringsortos, dubbad AKROD , använder elektroreologisk vätska för att skapa en broms på enheten. AKROD består av två lätta cirkulära hängslen ovanför och två under knäet, med den kraftgenererande vätskebromsen – som innehåller växlar och sensorer – som vilar längs med knät.

Ett kommande nummer av IEEE-transaktioner på mekatronik rapporter om Northeastern-teamets tester av enheten på nio friska patienter. Försökspersonerna genomgick vanliga strokeövningar och använde också AKROD. Forskarna fann att AKROD hjälpte försökspersonerna att uppnå jämförbara resultat med ett större kommersiellt rehabiliteringssystem kallat Biodex System 3, som består av en specialgjord stol, fotstöd och datorsystem.

En nyare version av Northeasterns AKROD använder ett NASA-inspirerat växelbaserat system istället för den speciella vätskan. Den växelbärande drivningen låter systemet lyfta en patients ben för att korrigera gång, snarare än att bara applicera motståndskraft. Enheten är fortfarande relativt liten och lätt tack vare den kompakta växellådans design. Enheten fungerar som om den har en virtuell fjäder, säger forskarna, och använder försiktig kraft för att trycka patienten till rätt position.

Northeastern-teamet har också testat en rehabiliteringsanordning för handen som är gjord av ett griphandtag kopplat till sensorer och växlar. Enheten drivs av två ställdon med den elektroreologiska vätskan, som ökar eller minskar dess motstånd när patienten använder handtaget för att navigera genom en labyrint i ett videospel. Enheten tränar inte bara handmuskler utan även underarmsmuskler och registrerar kraften och positionen för patientens hand. Forskarna skapade också en version som kan användas i en MRI för att avbilda hjärnan medan en patient genomgår handövningarna. Detta kan tillåta en läkare att se effekten av träningen på en patients hjärna, enligt Mavroidis.

Vi är så intresserade av den här tekniken eftersom den tillåter patienter att utföra upprepningar av vissa typer av rörelser, säger Paolo Bonato , biträdande professor vid Harvard Medical School och chef för Motion Analysis Laboratory vid Spaulding rehabiliteringssjukhus . Bonato samarbetar med Mavroidis för att testa enheterna med patienter på sjukhuset. De testar för närvarande ett litet antal patienter med AKROD, bäcken och handenheter, säger Mavroidis.

Vi kan föreställa oss en applikation för hemvård där dessa apparater används av patienten i hemmet eller samhället, säger Bonato.

Enheterna måste fortfarande genomgå kliniska prövningar innan de kan göras tillgängliga för allmänheten.

Dölj