Güç Destekli Ortezler ve Ekzoskeletonlar
Güç destekli ortezler ve ekzoskeletonlar, hareketi desteklemek, artırmak veya restore etmek amacıyla insan uzvuna harici aktüasyon, algılama ve kontrol ekleyen giyilebilir robotik cihazlardır. Sadece hareketi kısıtlayan veya yönlendiren pasif desteklerin aksine, bu sistemler motorlar veya diğer aktüatörler aracılığıyla enerji sağlar ve yerleşik sensörler ile kontrol yazılımlarını kullanarak kullanıcının davranışlarına uyum sağlar. Bu alan, omurilik yaralanması veya inme geçiren kişiler için yardımcı yürüme cihazlarını, mikroişlemci kontrollü protez uzuvları ve bu tür cihazları sinir sistemine bağlayan nöral arayüzleri kapsamaktadır.
Tanım
Güç destekli ortezler ve ekzoskeletonlar, lokomosyonu, manipülasyonu veya rehabilitasyonu destekleme hedefiyle, yardımcı tork veya güç sağlamak üzere bir vücut segmentine paralel olarak veya onun yerine hareket eden—aktüatörler, sensörler ve bir kontrol mimarisi içeren—giyilebilir mekatronik sistemlerdir.
Kapsam
Bu alan, okuyucuyu aktif (güç destekli) ortez ve protezleri geleneksel pasif cihazlardan ayıran cihaz sınıfları, çalışma prensipleri ve klinik hedefler konusunda bilgilendirmektedir. Dört ana konuyu gruplandırmaktadır: güç destekli ekzoskeletonların sınıflandırılması ve mühendislik prensipleri; lokomosyon ve yürüme rehabilitasyonu için kullanılan aktif alt ekstremite ekzoskeletonları; mikroişlemci kontrollü protezler; ve nöral arayüzler ile duyusal geri bildirimdir. Bu, bir tedarik, reçete veya eğitim kılavuzu değil, referans-eğitim amaçlı bir genel bakıştır.
Alt konular
Temel sorular
- Güç destekli (aktif) bir cihazı pasif bir ortezden veya geleneksel bir protezden ayıran nedir?
- Algılama ve kontrol stratejileri, bir cihazın kullanıcının niyetine ve yürüme fazına nasıl uyum sağlamasına olanak tanır?
- Güç destekli yardım hangi klinik popülasyonlar ve hedefler için incelenmiştir?
- Mekanik, miyoelektrik ve nöral arayüzler, kullanıcı ile cihaz arasında niyet ve geri bildirimi nasıl iletir?
Anahtar kavramlar
- Aktif ve pasif cihazlar
- Aktüasyon ve güç kaynağı
- Algılama ve niyet tespiti
- Hiyerarşik kontrol (yüksek/orta/düşük seviye)
- İnsan döngüsünde adaptasyon
- Yürüme fazı ve sonlu durum kontrolü
- Çift yönlü arayüzler (komut ve geri bildirim)
Mekanizmalar
Güç destekli bir cihaz, kullanıcı ile mekatronik sistem arasında bir döngü oluşturur. Sensörler (enkoderler, kuvvet veya basınç sensörleri, atalet birimleri ve biyo-elektrik elektrotlar) kullanıcının durumunu ve niyetini tahmin eder; bir kontrol hiyerarşisi bu tahmini aktüatör komutlarına dönüştürür; ve aktüatörler bir veya daha fazla eklemde tork veya güç sağlar. Alanla ilgili derlemeler, bu katmanlandırmayı yüksek seviyeli niyet tanıma, orta seviyeli durum ve yörünge kontrolü ve düşük seviyeli aktüatör kontrolü olarak tanımlamaktadır [tucker-2015]. Alt ekstremite sistemleri genellikle yürüme fazına göre düzenlenmekte, duruş ve salınım fazlarına uyacak şekilde yardım değiştirmektedir [yan-2015]. Protez sistemleri, cihazı komuta etmek için rezidüel kas veya sinir aktivitesini (bazen cerrahi sinir transferleri ile güçlendirilmiş) deşifre etmektedir [hargrove-2013].
Klinik önem
Güç destekli ortezler ve ekzoskeletonlar, nörolojik veya uzuv kaybı yaşayan kişilerde ayakta durma, yürüme, uzanma ve kavrama becerilerini desteklemek için bir araç olarak ve görev yoğun rehabilitasyon için platformlar olarak incelenmektedir. Raporlar, omurilik yaralanması ve inme sonrası kullanımlarını açıklamaktadır [esquenazi-2012]. Bu madde, teknolojinin nasıl kategorize edildiğini ve kanıtların nasıl oluşturulduğunu açıklamaktadır; bireysel bir cihazın seçimi, uyarlanması veya reçete edilmesi için bir temel teşkil etmemektedir, zira bu durum uzman klinik değerlendirme gerektirmektedir.
Kanıt ve kılavuzlar
Kanıt tabanı, büyük randomize kontrollü çalışmalar yerine mühendislik derlemeleri, cihaz fizibilite çalışmaları ve küçük kohort çalışmaları tarafından domine edilmektedir. Anlatısal derlemeler, güç destekli ortezler, ekzoskeletonlar ve aktif protezlerdeki kontrol stratejilerini ve yardımcı yaklaşımları özetlemektedir [tucker-2015][yan-2015], erken klinik raporlar ise belirli alt ekstremite ekzoskeletonları ile ambulasyon sonuçlarını belgelemektedir [esquenazi-2012]. Okuyucular, bireysel cihaz iddialarına ihtiyatlı yaklaşmalı ve belirli bir ürün için güncel sistematik derlemeleri ve düzenleyici bilgileri incelemelidir.
Tarihçe
Güç destekli yardım, pasif desteklerden ve vücut gücüyle çalışan protezlerden mekatronik sistemlere doğru evrilmiştir; taşınabilir aktüatörler, bataryalar, mikrodenetleyiciler ve biyo-elektrik algılama teknolojileri olgunlaştıkça bu gelişim hızlanmıştır. Erken dönem güç destekli ekzoskeletonlar yük taşıma ve rehabilitasyonu hedeflemiştir; klinik uygulamaya geçiş, 2010'larda omurilik yaralanması için giyilebilir yürüme ekzoskeletonları [esquenazi-2012] ve kontrol için nöral ve kas sinyallerini deşifre eden protez uzuvlar ile hızlanmıştır [hargrove-2013].
Tartışmalar
- Güç destekli cihazlar, pasif alternatiflere göre ne kadar işlevsel fayda sağlamaktadır?
- Derlemeler, eklenen aktüasyon, ağırlık, maliyet ve karmaşıklığın, işlev veya rehabilitasyon sonuçlarında ölçülebilir kazanımlarla gerekçelendirilmesi gerektiğini ve birçok cihaz için titiz karşılaştırmalı kanıtların hala sınırlı olduğunu belirtmektedir.
İlgili konular
Temel eserler
- yan-2015
- tucker-2015
- esquenazi-2012
Sıkça sorulan sorular
- Bir ekzoskeleton geleneksel bir ortezden nasıl farklıdır?
- Geleneksel bir ortez pasiftir; hareketi kısıtlar, destekler veya yönlendirir ancak enerji eklemez. Güç destekli bir ekzoskeleton ise tork veya güç sağlayan aktüatörler ve kullanıcıya uyum sağlayan bir kontrol sistemi içerir, bu sayede hareketi aktif olarak destekleyebilir veya yönlendirebilir.
- Bu cihazlar rehabilitasyon tedavisinin yerine mi geçmektedir?
- Hayır. Bunlar, rehabilitasyon içinde kullanılan araçlar veya yardımcı cihazlar olarak incelenmektedir, bağımsız tedaviler olarak değil. Seçimleri ve kullanımları, nitelikli profesyoneller tarafından verilen klinik kararlardır ve bu madde yalnızca eğitim amaçlı referans materyalidir.