Wenn Sie Probleme beim Aufstehen haben, kann der Exoskelett-Roboter helfen

Autoren: Gao Dayong, Chen Jibao; Hauptrichter: Zhai Hua

Abteilung: Shanghai Yangzhi Rehabilitationskrankenhaus (Shanghai Sunshine Rehabilitation Center)

Dieses populärwissenschaftliche Werk ist eines der populärwissenschaftlichen Materialien der Reihe „Keine Angst vor Rückenmarksverletzungen, es gibt Möglichkeiten, sie zu verhindern und zu rehabilitieren“

Wörter wie „Rückenmarksverletzung“ und „Querschnittslähmung“ bedeuten nach allgemeiner Auffassung, dass man für längere Zeit nur an den Rollstuhl gefesselt oder sogar bettlägerig sein kann. Viele Patienten mit einer Rückenmarksverletzung erwarten auch, dass sie wieder stehen und gehen können. Dank des technologischen Fortschritts sind Stehen und Gehen für Patienten mit Rückenmarksverletzungen kein unerreichbarer Traum mehr, und Exoskelett-Roboter sind eine der Waffen, die ihnen bei der Verwirklichung ihrer Träume helfen.

Exoskelett-Roboter können als eine Technologie betrachtet werden, die menschliche Funktionen und Fähigkeiten erweitert, ergänzt, ersetzt oder verbessert. Sie können Patienten mit Rückenmarksverletzungen nicht nur dabei helfen, die Fähigkeit zum Stehen und Gehen wiederzuerlangen, sondern auch das Risiko von Druckgeschwüren, die durch langes Sitzen im Rollstuhl entstehen, verringern, die normale Beweglichkeit der Gelenke aufrechterhalten, die Herzgesundheit, die Muskelkraft und den psychischen Zustand verbessern sowie Depressionen lindern.

Entwicklungsgeschichte

Frühe militärische Nutzung von Exoskelett-Robotern

Diese Technologie lässt sich bis in die frühen 1960er Jahre zurückverfolgen, als das US-Verteidigungsministerium erstmals das Konzept der dynamischen „Panzerung“ vorschlug. Zur gleichen Zeit begann das Cornell Aeronautical Laboratory mit der Entwicklung von Man-Augmentors – Roboterhänden – um die Kraft menschlicher Bediener zu erhöhen. Von 1966 bis 1971 entwickelte General Electric das Konzept der menschlichen Augmentation im Rahmen des Hardiman-Projekts weiter. Sie können als Vorfahren der heutigen Rehabilitations-Exoskelette angesehen werden.

Exoskelett-Roboter bestehen typischerweise aus einem Antriebssystem und Sensoren, die das Drehmoment der Motoren messen. Darüber hinaus verfügen einige auch über Sensoren zur Erfassung von Biosignalen, wie beispielsweise das Elektromyogramm (EMG), das Muskelsignale misst, oder das Elektroenzephalogramm (EEG), das unter anderem die Erfassung und Umwandlung elektrischer Signale des Gehirns in Befehlssignale ermöglicht. Neben dem oben gezeigten Roboter sind derzeit auch folgende medizinische Exoskelett-Roboter auf dem Markt erhältlich: Lokomat, ReWalk, HAL, Ekso GT, Rex und Indego (Abbildung AF).

Vorteile von Exoskelett-Robotern gegenüber herkömmlichen Gehhilfen:
1. Sicherheit Um sicherzustellen, dass Benutzer das Exoskelett sicher verwenden können, gibt es zusätzlich zu der vom System festgelegten Fehlersicherungskontrolle zwei Sicherheitsmaßnahmen: Eine besteht darin, den Neigungswinkel und die Winkelgeschwindigkeit des Oberkörpers des Benutzers zu überprüfen, um eine gute Schwerpunktverlagerung sicherzustellen; Zum anderen prüft das System, ob der Strom des Motors über dem Schwellenwert liegt, wenn das schwingende Bein auf den Boden aufschlägt oder sich aufgrund übermäßiger Krämpfe nicht mehr bewegen kann, um sicherzustellen, dass es nicht zu einer Muskelzerrung kommt. Darüber hinaus kann der Stützbereich an jedem Bein entsprechend dem Umfang der unteren Gliedmaßen des Benutzers angepasst werden. Durch diese Konstruktion können Hautabschürfungen beim Gehen mit einem Exoskelett-Roboter wirksam vermieden werden.

2. Sparen Sie Aufwand

Patienten mit einer Verletzung des Brustwirbels müssen beim Tragen einer KAFO beim Stehen und Gehen viel körperliche Energie aufwenden. Darüber hinaus sind eine geringe Geheffizienz und eine langsame Gehgeschwindigkeit die Hauptfaktoren für die geringe Nutzungsrate von Orthesen wie KAFO. Wenn ein querschnittsgelähmter Patient beim Gehen auf Hilfsmittel wie Unterarmgehstützen angewiesen ist, muss er sich stark auf seine oberen Gliedmaßen stützen, um das Körpergewicht zu tragen und gleichzeitig für eine gleichmäßige Schwerkraftverlagerung zu sorgen, damit er das Gleichgewicht hält. Dieses Bewegungsmuster ist nicht nur ineffizient, es kann aufgrund der starken Belastung der Schultern und Handgelenke auch zu Sportverletzungen führen. Der größte Vorteil des Exoskeletts gegenüber dem herkömmlichen KAFO besteht darin, dass die Motoren an den Gelenken das für funktionelle Aktivitäten erforderliche Gelenkstreckdrehmoment bereitstellen. Dadurch können Benutzer beim Sitzen, Stehen und Gehen nahezu normale Bewegungsmuster verwenden, statt kompensatorische Bewegungsmuster, die ihren Körper schädigen könnten.

Entwicklungsperspektiven

Exoskelett-Roboter sind zu einem geeigneten Hilfsmittel geworden, um die Genesung von Patienten zu unterstützen. Es ist nicht nur einfach zu bedienen, sondern kann Therapeuten auch objektive Daten liefern, wodurch es einfacher wird, geeignetere Trainingspläne zu entwickeln und somit bessere Trainingsergebnisse zu erzielen.

In den letzten Jahren haben sich Exoskelette rasant weiterentwickelt und verfügen nicht nur über kleinere Motoren, sondern sind auch leiser, kleiner und effizienter. Ich bin überzeugt, dass Exoskelette in naher Zukunft intelligenter und leichter sein werden und uns nicht nur ein schnelleres, sichereres und flexibleres Gehen ermöglichen, sondern den Patienten auch bessere Behandlungsergebnisse ermöglichen!

(Einige Bilder in diesem Artikel stammen aus dem Internet)

Quellen:

1: Wu CH, Mao HF, Hu JS, Wang TY, Tsai YJ, Hsu WL. Die Auswirkungen eines Gangtrainings mit einem motorisierten Exoskelettroboter für die unteren Gliedmaßen auf Personen mit vollständiger Rückenmarksverletzung. J Neuroeng Rehabil. 2018 Mär 5;15(1):14.

2: Tóth L, Bors V, Pallag A, Pinczker V, Dóczi T, Cserháti P, Shenker B, Büki A, Nyitrai M, Maróti P.

3: Quiles V, Ferrero L, Ianez E, Ortiz M, Megia A, Comino N, Gil-Agudo AM, Azorin JM. Benutzerfreundlichkeit und Akzeptanz der Verwendung eines BMI-gesteuerten Exoskeletts für die unteren Extremitäten bei Patienten mit unvollständiger Rückenmarksverletzung: eine Fallstudie. Annu Int Conf IEEE Eng Med Biol Soc. 2020 Jul;2020:4737-4740.

4: Yang W, Zhang J, Zhang S, Yang C. Gangplanung für die unteren Extremitäten mit einem Exoskelett basierend auf dem kombinierten Druckmittelpunkt von Krücken und Mensch-Maschine-Fuß. Sensoren (Basel).
16. Dezember 2020;20(24):7216.

5: Xiang XN, Zong HY, Ou Y, Yu X, Cheng H, Du CP, He HC. Exoskelettgestütztes Gehen verbessert die Lungenfunktion und die Gehparameter bei Personen mit Rückenmarksverletzungen: eine randomisierte kontrollierte Pilotstudie. J Neuroeng Rehabil. 24. Mai 2021;18(1):86.

6: Almutairi S, Swank C, Wang-Price S, Gao F, Medley A. Gehen mit und ohne Roboter-Exoskelett bei Menschen mit unvollständiger Rückenmarksverletzung im Vergleich zu einem typischen Gangmuster. Neurorehabilitation. 2021 Mai;49(4):585-596.

7: Postol N, Spratt NJ, Bivard A, Marquez J. Physiotherapie mit einem freistehenden Roboter-Exoskelett für Patienten mit Rückenmarksverletzungen: eine Machbarkeitsstudie. J Neuroeng Rehabil. 2021 Dez 25;18(1):180.