Aktive Exoskelette für die unteren Extremitäten zur Fortbewegung

Aktive Exoskelette für die unteren Extremitäten sind angetriebene tragbare Roboter, die Hüfte, Knie und Knöchel antreiben oder unterstützen, um das Gehen zu ermöglichen oder neu zu trainieren. Sie werden in zwei Hauptrollen untersucht: als Mobilitätshilfen, die es Menschen mit schwerer Lähmung der unteren Extremitäten – wie z. B. motorisch kompletter Rückenmarksverletzung – ermöglichen, zu stehen und zu gehen, und als Gangtrainingsplattformen, die während der neurologischen Rehabilitation, beispielsweise nach einem Schlaganfall, ein hochintensives, repetitives Training ermöglichen. Ihr Verhalten ist um den Gangzyklus herum organisiert und wendet die Unterstützung phasenweise mit Stand- und Schwungphase an.

Definition

Ein aktives Exoskelett für die unteren Extremitäten ist eine angetriebene tragbare Orthese, die ein oder mehrere Gelenke der unteren Extremitäten überspannt und ein aktuatorisches Drehmoment liefert, das zeitlich auf den Gangzyklus abgestimmt ist, um das Stehen und Gehen zu ermöglichen oder ein aufgabenspezifisches Gangtraining zu steuern.

Scope

Das Thema umfasst die Funktion, die Populationen und die Rehabilitationsbegründung von angetriebenen Exoskeletten für die unteren Extremitäten zum Gehen, zusammen mit der Gangphasenlogik und den unterstützenden Strategien, die sie steuern. Es behandelt keine Geräte für die oberen Extremitäten, passiven Orthesen oder Prothesen (diese werden in angrenzenden Themen behandelt). Es handelt sich um eine referenzielle Bildungsübersicht; es ist kein klinisches Protokoll, keine Zulassungsregel oder Geräteempfehlung.

Core questions

• Wie ermöglichen oder trainieren angetriebene Exoskelette für die unteren Extremitäten das Gehen neu?
• Welche Populationen wurden untersucht – Rückenmarksverletzungen, Schlaganfall und andere?
• Wie wird die Unterstützung mit den Phasen des Gangzyklus koordiniert?
• Was ist die rehabilitative Begründung für ein hochrepetitives robotergestütztes Gangtraining?

Key concepts

• Gangzyklus und Gangphasenkontrolle
• Standphasenunterstützung und Schwungphasenassistenz
• Robotergestütztes Gangtraining
• Assist-as-needed-Strategien
• Bodengestützte versus laufbandbasierte Geräte
• Aufgabenspezifisches repetitives Training
• Balance und Abhängigkeit von Krücken/Rollator

Mechanisms

Angetriebene Exoskelette für die unteren Extremitäten erfassen die Körperhaltung und die Gangphase des Trägers und liefern ein aktuatorisches Drehmoment an Hüfte und Knie (und manchmal am Knöchel), um das Körpergewicht während der Standphase zu stützen und das Bein während der Schwungphase vorwärts zu bewegen. Geräte für die Fortbewegung bei Lähmungen erzeugen vordefinierte Schrittmuster, die durch Gewichtsverlagerung oder einen Controller ausgelöst werden, wobei der Träger typischerweise Krücken oder einen Rollator zur Balance verwendet [esquenazi-2012]. Rehabilitationsgeräte zielen stattdessen darauf ab, die eigene Bewegung des Patienten hervorzurufen und zu formen: Assist-as-needed- und Trajektorienführungsstrategien bieten nur die Hilfe, die zum Abschluss eines Schrittes erforderlich ist [banala-2009][bortole-2015]. Über alle Designs hinweg organisieren Übersichten die unterstützende Logik um den Gangzyklus und das Ausmaß der Unterstützung in jeder Phase [yan-2015].

Clinical relevance

Diese Geräte werden als Mittel zur Wiederherstellung der aufrechten Mobilität bei Menschen mit schwerer Beeinträchtigung der unteren Extremitäten und zur Intensivierung des Gangtrainings während der Rehabilitation untersucht. Frühe klinische Berichte beschreiben die Gehfähigkeit mit Exoskeletten bei Rückenmarksverletzungen [esquenazi-2012] und die Machbarkeit eines robotergestützten Gangtrainings nach einem Schlaganfall [bortole-2015]. Dieser Eintrag beschreibt, wie die Geräte funktionieren und was untersucht wurde; er legt keine Eignung, Dosierung oder Ergebnisse für eine Einzelperson fest, die eine spezialisierte Bewertung erfordern.

Evidence & guidelines

Die aktuelle Evidenz stammt hauptsächlich aus Machbarkeitsstudien, kleinen Kohorten und technischen Übersichten und weniger aus großen randomisierten Studien [esquenazi-2012][bortole-2015][yan-2015]. Die Ergebnisse bezüglich Gehgeschwindigkeit, Ausdauer und Übertragbarkeit auf das Gehen ohne Hilfsmittel bleiben vorläufig und gerätespezifisch, und Leser sollten aktuelle systematische Übersichten und regulatorische Informationen für jedes spezifische Produkt konsultieren.

History

Das robotergestützte Gehen entwickelte sich zunächst in den späten 1990er und 2000er Jahren um angebundene, laufbandbasierte Trainer herum und verlagerte sich dann in den 2010er Jahren auf tragbare, bodengestützte Exoskelette. Die Forschung an aktiven Bein-Exoskeletten etablierte Assist-as-needed-Gangtrainingskonzepte [banala-2009], und tragbare bodengestützte Systeme ermöglichten Menschen mit motorisch kompletter Rückenmarksverletzung das angetriebene Gehen [esquenazi-2012], wobei parallele Arbeiten den Ansatz auf die Schlaganfallrehabilitation ausweiteten [bortole-2015].

Debates

Übertragen sich die Fortschritte beim robotergestützten Gehen auf das Gehen ohne Hilfsmittel?

Ob sich das repetitive, gerätegesteuerte Gehen in eine verbesserte Fortbewegung ohne das Gerät umsetzt, bleibt umstritten, wobei die Ergebnisse je nach Population, Gerät und Trainingsprotokoll variieren.

Wie viel sollte das Gerät für den Patienten tun?

Eine vollständige Führung des Beins gewährleistet korrekte Kinematik, kann aber die willentliche Anstrengung reduzieren, während die Assist-as-needed-Kontrolle darauf abzielt, den Patienten aktiv zu beteiligen; das optimale Gleichgewicht ist noch nicht geklärt.

Seminal works

• esquenazi-2012
• banala-2009
• bortole-2015

Frequently asked questions

Kann ein angetriebenes Exoskelett jemandem mit Lähmung wieder das Gehen ermöglichen?

Einige bodengestützte Exoskelette haben es Menschen mit motorisch kompletter Rückenmarksverletzung in Studien ermöglicht, zu stehen und zu gehen, meist mit Krücken oder einem Rollator zur Balance. Die Ergebnisse sind geräte- und personenspezifisch, und die Anwendung erfordert klinische Überwachung; dieser Eintrag dient der Aufklärung und ist keine Garantie für Ergebnisse.

Warum werden Exoskelette für die unteren Extremitäten in der Schlaganfallrehabilitation eingesetzt?

Sie können viele Wiederholungen von geführtem oder assistiertem Gehen ermöglichen, was der rehabilitativen Begründung eines aufgabenspezifischen, hochintensiven Trainings entspricht. Ob dies das Gehen ohne Hilfsmittel verbessert, variiert je nach Patient und Protokoll und wird noch untersucht.