Columbia University introduceert geavanceerde robotische rugondersteuning voor revalidatie na ruggenmergletsels

Ingenieurs aan Columbia University hebben een robotische rugondersteunings-trainer uitgevonden om patiënten met ruggenmergletsels te heropleiden om stabieler te zitten en een uitgebreid actief zitwerkruimte te verkrijgen. (Zie video hieronder.)

Ruggenmergletsels: cijfers en uitdagingen

Ruggenmergletsels (SCI) kunnen verwoestende schade veroorzaken, waaronder verlies van mobiliteit en gevoel. Elk jaar zijn er geschat 17.000 nieuwe SCI's in alleen de VS, een ratio hoger dan in de meeste regio's van de wereld.

Daarnaast wordt verwacht dat het percentage SCI's bij mensen van 65 jaar of ouder in de VS zal stijgen, van 13 procent in 2010 naar 16,1 procent in 2020.

Data toont ook een hoog overlevingspercentage voor deze patiënten, die in het dagelijks leven moeten functioneren maar zitten als een grote uitdaging ervaren.

Trunk-Support Trainer (TruST)

Een Columbia Engineering-team heeft een robotisch apparaat uitgevonden – de Trunk-Support Trainer (TruST) – dat gebruikt kan worden om mensen met SCI te assisteren en te trainen om stabieler te zitten door hun rugcontrole te verbeteren, en een uitgebreid actief zitwerkruimte te verkrijgen zonder te vallen of hun handen te gebruiken om te balanceren.

Eerste meting van zitwerkruimte op basis van actieve rugcontrole

De studie, vandaag gepubliceerd in Spinal Cord Series and Cases, is de eerste die de zitwerkruimte van patiënten met SCI meet en definieert op basis van hun actieve rugcontrole.

TruST voor rolstoelgebruikers

Sunil Agrawal, de project-PI en professor mechanical engineering en rehabilitation and regenerative medicine, zegt: "We hebben TruST ontworpen voor mensen met SCI die typisch rolstoelgebruikers zijn.

We vonden dat TruST niet alleen patiënten voorkomt te vallen, maar ook rugbewegingen maximaliseert buiten de houdingscontrole, of balansgrenzen, van patiënten."

Motorisch-kabel-aangedreven riem

TruST is een motorisch-kabel-aangedreven riem geplaatst op de torso van de gebruiker om de houdingscontrolegrenzen en zitwerkruimte-oppervlakte te bepalen bij mensen met SCI. Het levert krachten op de torso wanneer de gebruiker bovenlichaamsbewegingen uitvoert buiten de houdingsstabiliteitsgrenzen terwijl zit.

Postural Star-Sitting Test

De vijf proefpersonen met SCI die deelnamen aan de pilotstudie werden onderzocht met de Postural Star-Sitting Test, een aangepaste houdingstest die hen vereiste om een bal met hun hoofd te volgen en hun rug zo ver mogelijk te bewegen, zonder hun handen te gebruiken.

De test werd in acht richtingen herhaald, en de onderzoekers gebruikten de resultaten om de zitwerkruimte van elk individu te berekenen.

Persoonlijke assistieve krachtvelden

Het team pasde TruST vervolgens voor elk proefpersoon aan om gepersonaliseerde assistieve krachtvelden op de toe te passen terwijl de proefpersonen dezelfde bewegingen opnieuw uitvoerden.

25% uitbreiding van zitwerkruimte

Met TruST konnten de proefpersonen verder reiken tijdens de ruguitstekkingen in alle acht richtingen en de zitwerkruimte rond hun lichamen significant uitbreiden, gemiddeld met ongeveer 25 procent meer.

Motor learning-based heropleiding

Victor Santamaria, een fysiotherapeut, postdoctoraal onderzoeker in Agrawal's Robotics and Rehabilitation Laboratory, en eerste auteur van het papier, zegt: "De capaciteit van TruST om continue kracht-terugkoppeling te leveren, gepersonaliseerd voor de houdingsgrenzen van de gebruiker, opent nieuwe grenzen om motor learning-based paradigma's te implementeren om functioneel zitten te heropleiden bij mensen met SCI.

We denken dat TruST een veelbelovend SCI-revalidatiehulpmiddel is."

Training met assist-as-needed krachtvelden

Agrawal's team onderzoekt nu het gebruik van TruST binnen een trainingsparadigma om de rugcontrole van volwassenen en kinderen met ruggenmergletsels te verbeteren.

Agrawal zegt: "Het robotische platform zal gebruikt worden om deelnemers met SCI te trainen door hen uit te dagen hun rug over een grotere werkruimte te bewegen, met TruST die assist-as-needed krachtvelden levert om de proefpersonen veilig terug te brengen naar hun neutrale zitpostuur.

Dit krachtveld zal aangepast worden aan de behoeften van de deelnemers over de tijd naarmate ze hun werkruimte en houdingscontrole verbeteren."