Thiết bị chỉnh hình và khung xương ngoài có động cơ
Thiết bị chỉnh hình và khung xương ngoài có động cơ là các thiết bị robot đeo được, bổ sung cơ cấu truyền động, cảm biến và điều khiển bên ngoài cho chi của con người nhằm hỗ trợ, tăng cường hoặc phục hồi chuyển động. Không giống như các nẹp chỉnh hình thụ động, vốn chỉ giới hạn hoặc định hướng lại chuyển động, các hệ thống này đóng góp năng lượng thông qua động cơ hoặc các cơ cấu truyền động khác và điều chỉnh hành vi của chúng cho phù hợp với người đeo bằng cách sử dụng các cảm biến và phần mềm điều khiển tích hợp. Lĩnh vực này bao gồm các thiết bị hỗ trợ đi lại cho người bị chấn thương tủy sống hoặc đột quỵ, các chi giả được điều khiển bằng bộ vi xử lý và các giao diện thần kinh kết nối các thiết bị đó với hệ thống thần kinh.
Definition
Thiết bị chỉnh hình và khung xương ngoài có động cơ là các hệ thống cơ điện tử đeo được—bao gồm các bộ truyền động, cảm biến và kiến trúc điều khiển—hoạt động song song hoặc thay thế một đoạn cơ thể để cung cấp mô-men xoắn hoặc năng lượng hỗ trợ, với mục tiêu hỗ trợ vận động, thao tác hoặc phục hồi chức năng.
Scope
Lĩnh vực này định hướng cho người đọc về các loại thiết bị, nguyên lý hoạt động và mục tiêu lâm sàng phân biệt các thiết bị chỉnh hình và bộ phận giả chủ động (có động cơ) với các thiết bị thụ động thông thường. Nó nhóm bốn chủ đề: phân loại và nguyên tắc kỹ thuật của khung xương ngoài có động cơ; khung xương ngoài chi dưới chủ động được sử dụng để vận động và phục hồi chức năng dáng đi; bộ phận giả được điều khiển bằng bộ vi xử lý; và giao diện thần kinh và phản hồi cảm giác. Đây là một tổng quan mang tính tham khảo-giáo dục, không phải là hướng dẫn mua sắm, kê đơn hoặc đào tạo.
Sub-topics
Core questions
- Điều gì phân biệt một thiết bị có động cơ (chủ động) với một nẹp chỉnh hình thụ động hoặc bộ phận giả thông thường?
- Các chiến lược cảm biến và điều khiển cho phép thiết bị thích ứng với ý định và pha dáng đi của người đeo như thế nào?
- Hỗ trợ có động cơ đã được nghiên cứu cho những nhóm bệnh nhân lâm sàng và mục tiêu nào?
- Các giao diện—cơ học, điện cơ và thần kinh—truyền ý định và phản hồi giữa người dùng và thiết bị như thế nào?
Key concepts
- Thiết bị chủ động so với thiết bị thụ động
- Cơ cấu truyền động và nguồn điện
- Cảm biến và phát hiện ý định
- Điều khiển phân cấp (cấp cao/trung/thấp)
- Thích ứng vòng lặp con người
- Điều khiển pha dáng đi và trạng thái hữu hạn
- Giao diện hai chiều (lệnh và phản hồi)
Mechanisms
Một thiết bị có động cơ tạo ra một vòng lặp giữa người đeo và một hệ thống cơ điện tử. Các cảm biến (bộ mã hóa, cảm biến lực hoặc áp suất, các đơn vị quán tính và điện cực sinh học) ước tính trạng thái và ý định của người đeo; một hệ thống điều khiển phân cấp chuyển đổi ước tính đó thành các lệnh truyền động; và các bộ truyền động cung cấp mô-men xoắn hoặc năng lượng tại một hoặc nhiều khớp. Các đánh giá về lĩnh vực này mô tả sự phân lớp này là nhận dạng ý định cấp cao, điều khiển trạng thái và quỹ đạo cấp trung, và điều khiển bộ truyền động cấp thấp [tucker-2015]. Các hệ thống chi dưới thường được tổ chức xung quanh pha dáng đi, chuyển đổi hỗ trợ để phù hợp với tư thế đứng và vung chân [yan-2015]. Các hệ thống bộ phận giả giải mã hoạt động cơ hoặc thần kinh còn lại—đôi khi được khuếch đại bằng cách chuyển dây thần kinh phẫu thuật—để điều khiển thiết bị [hargrove-2013].
Clinical relevance
Thiết bị chỉnh hình và khung xương ngoài có động cơ được nghiên cứu như các công cụ để hỗ trợ đứng, đi bộ, vươn và nắm cho những người mắc các bệnh lý thần kinh hoặc mất chi, và như các nền tảng để phục hồi chức năng chuyên sâu theo nhiệm vụ. Các báo cáo mô tả việc sử dụng chúng trong chấn thương tủy sống và sau đột quỵ [esquenazi-2012]. Mục này mô tả cách công nghệ được phân loại và cách bằng chứng được tạo ra; nó không phải là cơ sở để lựa chọn, lắp đặt hoặc kê đơn thiết bị cho một cá nhân, điều này đòi hỏi đánh giá lâm sàng chuyên biệt.
Evidence & guidelines
Cơ sở bằng chứng chủ yếu là các đánh giá kỹ thuật, nghiên cứu khả thi của thiết bị và các nhóm nhỏ hơn là các thử nghiệm ngẫu nhiên lớn. Các đánh giá tường thuật tóm tắt các chiến lược kiểm soát và phương pháp hỗ trợ trên các thiết bị chỉnh hình, khung xương ngoài và bộ phận giả chủ động có động cơ [tucker-2015][yan-2015], trong khi các báo cáo lâm sàng ban đầu ghi lại kết quả đi lại với các khung xương ngoài chi dưới cụ thể [esquenazi-2012]. Người đọc nên thận trọng với các tuyên bố về thiết bị cá nhân và tham khảo các đánh giá hệ thống hiện tại và thông tin quy định cho bất kỳ sản phẩm cụ thể nào.
History
Hỗ trợ có động cơ đã phát triển từ nẹp chỉnh hình thụ động và bộ phận giả vận hành bằng cơ thể sang các hệ thống cơ điện tử khi các bộ truyền động di động, pin, bộ vi điều khiển và cảm biến điện sinh học trưởng thành. Các khung xương ngoài có động cơ ban đầu nhắm mục tiêu mang tải và phục hồi chức năng; việc chuyển giao lâm sàng đã tăng tốc vào những năm 2010 với khung xương ngoài dáng đi đeo được cho chấn thương tủy sống [esquenazi-2012] và với các chi giả giải mã tín hiệu thần kinh và cơ để điều khiển [hargrove-2013].
Debates
- Các thiết bị có động cơ mang lại lợi ích chức năng bổ sung bao nhiêu so với các lựa chọn thay thế thụ động?
- Các đánh giá lưu ý rằng việc bổ sung cơ cấu truyền động, trọng lượng, chi phí và độ phức tạp phải được chứng minh bằng những cải thiện có thể đo lường được về chức năng hoặc kết quả phục hồi chức năng, và bằng chứng so sánh chặt chẽ vẫn còn hạn chế đối với nhiều thiết bị.
Related topics
Seminal works
- yan-2015
- tucker-2015
- esquenazi-2012
Frequently asked questions
- Khung xương ngoài khác với nẹp chỉnh hình thông thường như thế nào?
- Một nẹp chỉnh hình thông thường là thụ động—nó giới hạn, hỗ trợ hoặc định hướng lại chuyển động nhưng không bổ sung năng lượng. Một khung xương ngoài có động cơ chứa các bộ truyền động cung cấp mô-men xoắn hoặc năng lượng và một hệ thống điều khiển thích ứng với người đeo, do đó nó có thể chủ động hỗ trợ hoặc điều khiển chuyển động.
- Những thiết bị này có phải là sự thay thế cho liệu pháp phục hồi chức năng không?
- Không. Chúng được nghiên cứu như các công cụ được sử dụng trong phục hồi chức năng hoặc như các thiết bị hỗ trợ, chứ không phải là các phương pháp điều trị độc lập. Việc lựa chọn và sử dụng chúng là các quyết định lâm sàng do các chuyên gia có trình độ đưa ra, và mục này chỉ là tài liệu tham khảo giáo dục.