211service.com
Persoonlijke exoskeletten voor dwarslaesie
Exoskeletten - draagbare, gemotoriseerde machines die de bewegingen van een persoon kunnen ondersteunen - zijn grotendeels beperkt tot films of militair gebruik, maar recente ontwikkelingen kunnen de apparaten binnenkort naar de huizen van mensen met verlamming brengen.
Ondersteunde stappen: Een patiënt met verlamming staat met behulp van het Berkeley exoskelet. Het exoskelet beweegt de heupen en knieën van de patiënt om een natuurlijke wandeling na te bootsen.
Tot nu toe zijn exoskeletten gebruikt om de kracht van soldaten te vergroten of om gehospitaliseerde patiënten met een beroerte te helpen opnieuw te leren lopen. Nu hebben onderzoekers van de University of California, Berkeley, een exoskelet gedemonstreerd dat draagbaar is en mensen met een dwarslaesie een relatief natuurlijke gang laat lopen met minimale training. Dat zou een verbetering kunnen zijn voor mensen met dwarslaesie die veel tijd in een rolstoel doorbrengen, wat kan leiden tot zweren of botaantasting.
Bestaande medische exoskeletten voor patiënten die de functie in hun onderste ledematen hebben verloren, zijn ofwel niet uitgerust met stroombronnen of zijn ontworpen voor vastgebonden gebruik in revalidatiecentra, om het lopen van een patiënt te corrigeren en te conditioneren.
Het exoskelet van Berkeley daarentegen combineert de vrijheid van niet vastgebonden zijn met een natuurlijke gang, zegt Katherine Strausser, promovendus en een van de hoofdonderzoekers van het Berkeley-project. Vorige week op de 2010 ASME Dynamic System and Control Conference in Cambridge, Massachusetts, presenteerde Strausser experimentele resultaten van vier dwarslaesiepatiënten die het exoskelet gebruikten.
Andere mobiele exoskeletten, zoals die ontwikkeld zijn door bedrijven zoals Rex Bionics of Cyberdene, proberen geen natuurlijke gang na te bootsen, zegt Strausser. Omdat lopen een dynamische beweging is die in wezen naar voren valt, zegt Strausser, kiezen veel ontwerpen voor een shuffle in plaats van een natuurlijke gang, omdat het veiliger en een stuk gemakkelijker is. Het nabootsen van een natuurlijk looppatroon bootst echter de efficiëntie van natuurlijk lopen na en belast de heupen niet, zegt Strausser.
Het Berkeley-apparaat, dat een computer en een batterij bevat, wordt als een rugzak op de rug van een gebruiker vastgemaakt en kan zes tot acht uur werken op één lading. Pompen drijven hydraulische vloeistof aan om de heup en knieën tegelijkertijd te bewegen, zodat de heup door een stap zwaait als een knie buigt. Het apparaat plant looptrajecten op basis van gegevens (over ledematenhoeken, kniebuiging en teenspeling) verzameld uit de natuurlijke gangen van mensen. Druksensoren in elke hiel en voet zorgen ervoor dat beide voeten niet tegelijkertijd van de grond komen.
Het Berkeley-programma was succesvol. De vier dwarslaesies die in Straussers toespraak worden beschreven, van wie er drie al jaren in een rolstoel zaten, konden na slechts twee uur training met het apparaat lopen. Het is heel gemakkelijk om binnen te lopen, zegt Strausser. Het beweegt je been precies zoals je zou doen in je normale gang. Om een stap te beginnen, vereist het exoskelet dat een gebruiker op een knop op een afstandsbediening drukt; het team werkt aan een meer intuïtieve interface.
Bij het ontwerpen van het medische exoskelet, dat onderdelen van twee militaire exoskeletten gebruikt, had het team controllers nodig en een ontwerp dat rekening houdt met het gebrek aan kracht van de gebruiker. Terwijl militaire exoskeletten werken met de beweging van een soldaat om kracht toe te voegen, doen medische exoskeletten het tegenovergestelde: ze vechten tegen verkeerde gangen of voeren de gang uit, legt Strausser uit. Het grootste probleem is om een persoon veilig en zeker in de 'exo' te houden, zegt ze. Na veldtesten aan de Universiteit van Virginia Laboratorium voor klinische bewegingsanalyse en motorprestaties vorig jaar ontwikkelde de groep een eigen ontwerp dat voorkomt dat gebruikers uit het exoskelet glijden en het gewicht van de 80-pond-machine verdeelt. De groep is van plan het apparaat lichter te maken en een goedkope versie te maken die patiënten thuis kunnen gebruiken. (De onderzoeksgroep is gelieerd aan een bedrijf, Berkeley Bionics, dat van plan is een vorm van de technologie te gaan verkopen.)
Over het algemeen vind ik het een heel goed apparaat, zegt Panagiotis Artemiadis, een MIT-onderzoeker die de toespraak van Strausser hoorde. Hij ontwikkelt een exoskelet, de MIT-SkyWalker genaamd, waarmee patiënten met een beroerte kunnen oefenen met lopen op een machine die op een loopband lijkt. Hij zegt dat hij zich kan voorstellen dat het Berkeley-apparaat door patiënten thuis wordt gebruikt, vooral als de onderzoekers het gewicht verminderen.
Andere mobiele exoskeletten om verlamde mensen te helpen, komen net op de markt. Duits bedrijf Argo Medical Technologies brengt in oktober zijn eerste product uit, een exoskelet van 100.000 euro dat bedoeld is voor gebruik in revalidatiecentra. Het bedrijf is van plan om binnenkort een thuisversie uit te brengen voor ongeveer de helft van de prijs. In tegenstelling tot het exoskelet van Berkeley, heeft deze, genaamd ReWalk, de gebruiker een paar weken nodig om te leren. Het is alsof je een rijbewijs haalt, zegt John Frijters, vice-president business development bij Argo. ReWalk is aanpasbaar en kan de gevoeligheid van de sensoren, staplengte en pas aanpassen aan hoe de gebruiker zich voelt. Hij weegt ongeveer 45 pond en draait volgens Frijters acht tot tien uur op een lading.
Hoewel ReWalk nog geen gegevens heeft om te delen over de voordelen van het gebruik van exoskeletten, hebben tientallen patiënten ReWalk getest en ze genieten allemaal van het voordeel van actief zijn, zegt Frijters. Ze hebben de mogelijkheid om uit de rolstoel op te staan en weer te lopen. Het is erg emotioneel.