संचालित ऑर्थोसिस और एक्सोस्केलेटन

संचालित ऑर्थोसिस और एक्सोस्केलेटन पहनने योग्य रोबोटिक उपकरण हैं जो गति में सहायता, वृद्धि या उसे बहाल करने के लिए मानव अंग में बाहरी सक्रियण, संवेदन और नियंत्रण जोड़ते हैं। निष्क्रिय ब्रेसिज़ के विपरीत, जो केवल गति को बाधित या पुनर्निर्देशित करते हैं, ये प्रणालियाँ मोटर्स या अन्य एक्चुएटर्स के माध्यम से ऊर्जा का योगदान करती हैं और ऑनबोर्ड सेंसर और नियंत्रण सॉफ्टवेयर का उपयोग करके पहनने वाले के व्यवहार के अनुकूल होती हैं। यह क्षेत्र रीढ़ की हड्डी की चोट या स्ट्रोक वाले लोगों के लिए सहायक चलने वाले उपकरणों, माइक्रोप्रोसेसर-नियंत्रित प्रोस्थेटिक अंगों और ऐसे उपकरणों को तंत्रिका तंत्र से जोड़ने वाले तंत्रिका इंटरफेस तक फैला हुआ है।

Definition

संचालित ऑर्थोसिस और एक्सोस्केलेटन पहनने योग्य मेकाट्रॉनिक सिस्टम हैं—जिसमें एक्चुएटर, सेंसर और एक नियंत्रण वास्तुकला शामिल है—जो लोकोमोशन, हेरफेर या पुनर्वास का समर्थन करने के लक्ष्य के साथ सहायक टॉर्क या शक्ति प्रदान करने के लिए शरीर के खंड के समानांतर या उसके स्थान पर कार्य करते हैं।

Scope

यह क्षेत्र पाठक को उपकरण वर्गों, कार्य सिद्धांतों और नैदानिक ​​उद्देश्यों से परिचित कराता है जो सक्रिय (संचालित) ऑर्थोटिक्स और प्रोस्थेटिक्स को पारंपरिक निष्क्रिय उपकरणों से अलग करते हैं। यह चार विषयों को समूहित करता है: संचालित एक्सोस्केलेटन का वर्गीकरण और इंजीनियरिंग सिद्धांत; लोकोमोशन और चाल पुनर्वास के लिए उपयोग किए जाने वाले सक्रिय निचले-अंग एक्सोस्केलेटन; माइक्रोप्रोसेसर-नियंत्रित प्रोस्थेटिक्स; और तंत्रिका इंटरफेस तथा संवेदी प्रतिक्रिया। यह एक संदर्भ-शैक्षिक अवलोकन है, न कि खरीद, नुस्खे या प्रशिक्षण मार्गदर्शिका।

Sub-topics

• गति के लिए सक्रिय निचले अंग के एक्सोस्केलेटन
• माइक्रोप्रोसेसर-नियंत्रित प्रोस्थेटिक्स
• तंत्रिका इंटरफेस और संवेदी प्रतिक्रिया
• संचालित एक्सोस्केलेटन का वर्गीकरण और सिद्धांत

Core questions

• एक संचालित (सक्रिय) उपकरण एक निष्क्रिय ऑर्थोसिस या पारंपरिक प्रोस्थेसिस से कैसे भिन्न होता है?
• संवेदन और नियंत्रण रणनीतियाँ किसी उपकरण को पहनने वाले के इरादे और चाल चरण के अनुकूल होने की अनुमति कैसे देती हैं?
• किन नैदानिक ​​आबादी और लक्ष्यों के लिए संचालित सहायता का अध्ययन किया गया है?
• इंटरफेस—यांत्रिक, मायोइलेक्ट्रिक और तंत्रिका—उपयोगकर्ता और उपकरण के बीच इरादे और प्रतिक्रिया को कैसे प्रसारित करते हैं?

Key concepts

• सक्रिय बनाम निष्क्रिय उपकरण
• सक्रियण और शक्ति स्रोत
• संवेदन और इरादे का पता लगाना
• पदानुक्रमित नियंत्रण (उच्च/मध्य/निम्न स्तर)
• मानव-इन-द-लूप अनुकूलन
• चाल-चरण और परिमित-राज्य नियंत्रण
• द्विदिश इंटरफेस (कमांड और प्रतिक्रिया)

Mechanisms

एक संचालित उपकरण पहनने वाले और एक मेकाट्रॉनिक सिस्टम के बीच एक लूप बंद करता है। सेंसर (एनकोडर, बल या दबाव सेंसर, जड़त्वीय इकाइयाँ, और बायोइलेक्ट्रिक इलेक्ट्रोड) पहनने वाले की स्थिति और इरादे का अनुमान लगाते हैं; एक नियंत्रण पदानुक्रम उस अनुमान को एक्चुएटर कमांड में बदलता है; और एक्चुएटर एक या अधिक जोड़ों पर टॉर्क या शक्ति प्रदान करते हैं। इस क्षेत्र की समीक्षाएँ इस परत को उच्च-स्तरीय इरादे की पहचान, मध्य-स्तरीय स्थिति और प्रक्षेपवक्र नियंत्रण, और निम्न-स्तरीय एक्चुएटर नियंत्रण [tucker-2015] के रूप में वर्णित करती हैं। निचले-अंग प्रणालियों को आमतौर पर चाल चरण के आसपास व्यवस्थित किया जाता है, जो खड़े होने और झूलने के अनुरूप सहायता को स्विच करता है [yan-2015]। प्रोस्थेटिक सिस्टम अवशिष्ट मांसपेशी या तंत्रिका गतिविधि को डिकोड करते हैं—कभी-कभी सर्जिकल तंत्रिका स्थानांतरण द्वारा प्रवर्धित—उपकरण को कमांड करने के लिए [hargrove-2013]।

Clinical relevance

संचालित ऑर्थोसिस और एक्सोस्केलेटन का अध्ययन तंत्रिका संबंधी या अंग-हानि की स्थिति वाले लोगों के लिए खड़े होने, चलने, पहुँचने और पकड़ने में सहायता करने के लिए उपकरणों के रूप में, और कार्य-गहन पुनर्वास के लिए प्लेटफार्मों के रूप में किया जाता है। रिपोर्टें रीढ़ की हड्डी की चोट और स्ट्रोक के बाद उनके उपयोग का वर्णन करती हैं [esquenazi-2012]। यह प्रविष्टि बताती है कि प्रौद्योगिकी को कैसे वर्गीकृत किया जाता है और साक्ष्य कैसे उत्पन्न होता है; यह किसी व्यक्ति के लिए उपकरण का चयन, फिटिंग या निर्धारण करने का आधार नहीं है, जिसके लिए विशेषज्ञ नैदानिक ​​मूल्यांकन की आवश्यकता होती है।

Evidence & guidelines

साक्ष्य आधार बड़े यादृच्छिक परीक्षणों के बजाय इंजीनियरिंग समीक्षाओं, उपकरण-व्यवहार्यता अध्ययनों और छोटे समूहों का प्रभुत्व है। कथात्मक समीक्षाएँ संचालित ऑर्थोसिस, एक्सोस्केलेटन और सक्रिय प्रोस्थेटिक्स [tucker-2015][yan-2015] में नियंत्रण रणनीतियों और सहायक दृष्टिकोणों का सारांश प्रस्तुत करती हैं, जबकि प्रारंभिक नैदानिक ​​रिपोर्टें विशिष्ट निचले-अंग एक्सोस्केलेटन [esquenazi-2012] के साथ चलने के परिणामों का दस्तावेजीकरण करती हैं। पाठकों को व्यक्तिगत उपकरण के दावों को सावधानी से लेना चाहिए और किसी भी विशिष्ट उत्पाद के लिए वर्तमान व्यवस्थित समीक्षाओं और नियामक जानकारी से परामर्श करना चाहिए।

History

संचालित सहायता निष्क्रिय ब्रेसिंग और शरीर-संचालित प्रोस्थेटिक्स से मेकाट्रॉनिक सिस्टम की ओर विकसित हुई क्योंकि पोर्टेबल एक्चुएटर, बैटरी, माइक्रोकंट्रोलर और बायोइलेक्ट्रिक सेंसिंग परिपक्व हुए। प्रारंभिक संचालित एक्सोस्केलेटन ने भार वहन और पुनर्वास को लक्षित किया; नैदानिक ​​अनुवाद 2010 के दशक में रीढ़ की हड्डी की चोट के लिए पहनने योग्य चाल एक्सोस्केलेटन [esquenazi-2012] और नियंत्रण के लिए तंत्रिका और मांसपेशियों के संकेतों को डिकोड करने वाले प्रोस्थेटिक अंगों [hargrove-2013] के साथ तेज हुआ।

Debates

निष्क्रिय विकल्पों की तुलना में संचालित उपकरण कितना कार्यात्मक लाभ जोड़ते हैं?

समीक्षाएँ बताती हैं कि अतिरिक्त सक्रियण, वजन, लागत और जटिलता को कार्य या पुनर्वास परिणामों में मापने योग्य लाभों द्वारा उचित ठहराया जाना चाहिए, और कई उपकरणों के लिए कठोर तुलनात्मक साक्ष्य अभी भी सीमित हैं।

Seminal works

• yan-2015
• tucker-2015
• esquenazi-2012

Frequently asked questions

एक एक्सोस्केलेटन एक पारंपरिक ऑर्थोसिस से कैसे भिन्न है?

एक पारंपरिक ऑर्थोसिस निष्क्रिय होता है—यह गति को बाधित, समर्थन या पुनर्निर्देशित करता है लेकिन कोई ऊर्जा नहीं जोड़ता है। एक संचालित एक्सोस्केलेटन में एक्चुएटर होते हैं जो टॉर्क या शक्ति प्रदान करते हैं और एक नियंत्रण प्रणाली होती है जो पहनने वाले के अनुकूल होती है, इसलिए यह सक्रिय रूप से गति में सहायता या उसे चला सकता है।

क्या ये उपकरण पुनर्वास चिकित्सा का विकल्प हैं?

नहीं। इनका अध्ययन पुनर्वास के भीतर उपयोग किए जाने वाले उपकरणों या सहायक उपकरणों के रूप में किया जाता है, न कि अकेले उपचार के रूप में। उनका चयन और उपयोग योग्य पेशेवरों द्वारा किए गए नैदानिक ​​निर्णय हैं, और यह प्रविष्टि केवल शैक्षिक संदर्भ सामग्री है।