Lokomosyon için Aktif Alt Ekstremite Ekzoskeletonları
Aktif alt ekstremite ekzoskeletonları, yürüme yeteneğini kazandırmak veya yeniden kazandırmak için kalça, diz ve ayak bileğini yönlendiren veya destekleyen, giyilebilir, motorlu robotlardır. İki ana rolde incelenmektedirler: motor-komple omurilik yaralanması gibi ciddi alt ekstremite felci olan kişilerin ayakta durmasını ve adım atmasını sağlayan hareketlilik yardımcıları olarak; ve örneğin inme sonrası nörolojik rehabilitasyon sırasında yüksek yoğunluklu, tekrarlayıcı pratik sağlayan yürüme eğitimi platformları olarak. Davranışları, duruş (stance) ve salınım (swing) fazlarıyla uyumlu olarak destek uygulayarak yürüme döngüsü etrafında organize edilmektedir.
Tanım
Aktif bir alt ekstremite ekzoskeletonu, bir veya daha fazla alt ekstremite eklemini kapsayan, yürüme döngüsüne göre zamanlanmış, aktüatörlü tork sağlayan, motorlu, giyilebilir bir ortezdir; ayakta durmayı ve adım atmayı sağlamak veya göreve özgü yürüme eğitimini yönlendirmek amacıyla kullanılmaktadır.
Kapsam
Bu konu, yürüme amaçlı motorlu alt ekstremite ekzoskeletonlarının işlevini, kullanıldığı popülasyonları ve rehabilitasyon gerekçesini, ayrıca onları yöneten yürüme fazı mantığını ve destekleyici stratejileri kapsamaktadır. Üst ekstremite cihazlarını, pasif ortezleri veya protez uzuvları (komşu konularda ele alınmaktadır) kapsamamaktadır. Bu, referans niteliğinde eğitici bir genel bakıştır; klinik bir protokol, uygunluk kuralı veya cihaz tavsiyesi değildir.
Temel sorular
- Motorlu alt ekstremite ekzoskeletonları yürümeyi nasıl mümkün kılmakta veya yeniden öğretmektedir?
- Hangi popülasyonlar üzerinde çalışılmıştır—omurilik yaralanması, inme ve diğerleri?
- Destek, yürüme döngüsünün fazlarıyla nasıl koordine edilmektedir?
- Yüksek tekrarlı robot destekli yürüme pratiğinin rehabilitasyon gerekçesi nedir?
Anahtar kavramlar
- Yürüme döngüsü ve yürüme fazı kontrolü
- Duruş desteği ve salınım yardımı
- Robot destekli yürüme eğitimi
- İhtiyaç duyulduğu kadar destek stratejileri
- Yer üstü ve koşu bandı tabanlı cihazlar
- Göreve özgü tekrarlayıcı pratik
- Denge ve koltuk değneği/yürüteç bağımlılığı
Mekanizmalar
Motorlu alt ekstremite ekzoskeletonları, kullanıcının duruşunu ve yürüme fazını algılamakta ve duruş fazı (stance) sırasında vücut ağırlığını desteklemek ve salınım fazı (swing) sırasında uzvu ilerletmek için kalça ve dizde (bazen ayak bileğinde de) aktüatörlü tork sağlamaktadır. Felçli hastalar için yer üstü cihazları, genellikle kullanıcının denge için koltuk değneği veya yürüteç kullandığı durumlarda, ağırlık kayması veya bir kontrolör tarafından tetiklenen önceden tanımlanmış adım atma modelleri oluşturmaktadır [esquenazi-2012]. Rehabilitasyon cihazları ise hastanın kendi hareketini ortaya çıkarmayı ve şekillendirmeyi hedeflemektedir: ihtiyaç duyulduğu kadar destek (assist-as-needed) ve yörünge rehberliği stratejileri, bir adımı tamamlamak için yalnızca gerekli yardımı sağlamaktadır [banala-2009][bortole-2015]. Farklı tasarımlarda, derlemeler destekleyici mantığı yürüme döngüsü ve her fazda verilen destek düzeyi etrafında organize etmektedir [yan-2015].
Klinik önem
Bu cihazlar, ciddi alt ekstremite bozukluğu olan kişilerde dik duruşta hareketliliği geri kazandırmak ve rehabilitasyon sırasında yürüme pratiğini yoğunlaştırmak için bir araç olarak araştırılmaktadır. Erken klinik raporlar, omurilik yaralanmasında yer üstü ekzoskeletonlarla ambulasyonu [esquenazi-2012] ve inme sonrası robot destekli yürüme eğitiminin fizibilitesini [bortole-2015] tanımlamaktadır. Bu madde, cihazların nasıl çalıştığını ve nelerin incelendiğini açıklamaktadır; herhangi bir birey için uygunluk, dozaj veya sonuçları belirlememektedir, bunlar uzman değerlendirmesi gerektirmektedir.
Kanıt ve kılavuzlar
Mevcut kanıtlar, büyük randomize kontrollü çalışmalardan ziyade çoğunlukla fizibilite çalışmaları, küçük kohortlar ve mühendislik derlemelerinden elde edilmektedir [esquenazi-2012][bortole-2015][yan-2015]. Yürüme hızı, dayanıklılık ve desteksiz yürümeye aktarım (carryover) ile ilgili bulgular öncül nitelikte ve cihaza özgü olmaya devam etmektedir; okuyucuların belirli bir ürün için güncel sistematik derlemelere ve düzenleyici bilgilere başvurmaları önerilmektedir.
Tarihçe
Robot destekli yürüme, ilk olarak 1990'ların sonları ve 2000'lerde bağlı, koşu bandı tabanlı eğitim cihazları etrafında gelişmiş, ardından 2010'larda taşınabilir, yer üstü ekzoskeletonlara doğru ilerlemiştir. Aktif bacak ekzoskeletonu araştırmaları, ihtiyaç duyulduğu kadar destek (assist-as-needed) yürüme eğitimi kavramlarını oluşturmuştur [banala-2009]; giyilebilir yer üstü sistemler, motor-komple omurilik yaralanması olan kişilere motorlu adım atmayı sağlamıştır [esquenazi-2012], paralel çalışmalarla bu yaklaşım inme rehabilitasyonuna da genişletilmiştir [bortole-2015].
Tartışmalar
- Robot destekli yürümedeki kazanımlar desteksiz yürümeye aktarılmakta mıdır?
- Tekrarlayıcı, cihaz güdümlü adım atmanın cihazsız, yer üstü yürüyüşte iyileşmeye dönüşüp dönüşmediği tartışmalı olmaya devam etmektedir; sonuçlar popülasyona, cihaza ve eğitim protokolüne göre değişmektedir.
- Cihaz hastaya ne kadar yardımcı olmalıdır?
- Uzvu tamamen yönlendirmek doğru kinematiği sağlamakla birlikte istemli çabayı azaltabilmektedir; oysa ihtiyaç duyulduğu kadar destek kontrolü hastayı aktif olarak meşgul etmeyi amaçlamaktadır; optimal denge henüz belirlenmemiştir.
İlgili konular
Temel eserler
- esquenazi-2012
- banala-2009
- bortole-2015
Sıkça sorulan sorular
- Motorlu bir ekzoskeleton, felçli birinin yeniden yürümesini sağlayabilir mi?
- Bazı yer üstü ekzoskeletonlar, motor-komple omurilik yaralanması olan kişilerin çalışmalarda ayakta durmasını ve adım atmasını sağlamıştır, genellikle denge için koltuk değneği veya yürüteç kullanılarak. Sonuçlar cihaza ve kişiye özgü olup, kullanım klinik gözetim gerektirmektedir; bu madde eğitici nitelikte olup sonuç garantisi vermemektedir.
- Alt ekstremite ekzoskeletonları inme rehabilitasyonunda neden kullanılmaktadır?
- Bu cihazlar, göreve özgü, yüksek yoğunluklu pratiğin rehabilitasyon gerekçesine uyan, rehberli veya destekli adım atmanın birçok tekrarını sağlayabilmektedir. Bunun desteksiz yürümeyi iyileştirip iyileştirmediği hastaya ve protokole göre değişmekte olup hala araştırılmaktadır.