Er worden steeds meer robottoestellen gebruikt om patiënten met verminderde motorische functies te helpen. Door een nieuw aanpasbaar exoskelet, het Symbitron-project hoopt een revolutie teweeg te brengen in de revalidatie van patiënten.

Ruggenmergletsel (SCI) kan leiden tot dwarslaesie, het verlies van beweging in het onderste deel van het lichaam. Recente onderzoeksinspanningen om dwarslaesie te behandelen en gedeeltelijke beweging te herstellen hebben geresulteerd in de ontwikkeling van ondersteunende exoskeletten. Gezien het feit dat actieve rekrutering van het neuromusculaire systeem bij patiënten met dwarslaesie motorisch herstel zou kunnen bevorderen, exoskeletten moeten reageren op zowel de gebruiker als de omgeving.

Het door de EU gefinancierde Symbitron-project was een vierjarig initiatief dat tot doel had een veilige, bio-geïnspireerd, gepersonaliseerd draagbaar exoskelet. "Ons belangrijkste doel was om dwarslaesiepatiënten in staat te stellen te lopen zonder extra hulp, door hun resterende motorische functie aan te vullen, ″ legt projectcoördinator prof.dr. Herman van der Kooij uit.

Een patiëntgericht ontwerp

Het exoskelet van Symbitron was gebaseerd op een volledig op maat gemaakte oplossing die de unieke resterende capaciteiten van elke individuele patiënt aanvult. Het ontwerp was uniek omdat het de fysiologische neuromusculaire functionaliteit repliceerde en de resterende menselijke functionaliteit naadloos integreerde.

Onderzoekers gebruikten dynamische modellen van spieren van de onderste ledematen om het lopen van SCI-patiënten te ondersteunen door menselijk gedrag na te bootsen via gewrichtskinematica, kinetische maatregelen, en spieractivaties. De modellen waren gebaseerd op klinische gegevens gemeten bij gezonde proefpersonen en SCI-patiënten. De gegenereerde exoskeletcontroller vereiste zeer weinig input vanuit gewrichtshoeken, houding, en schommeldetectie om lopen op verschillende snelheden en terreinen te simuleren. Het toonde ook robuustheid tegen verstoringen en omgevingsstoringen.

Naast een verregaande optimalisatie van het ontwerp en de besturing, aanzienlijke nadruk werd gelegd op de bidirectionele symbiotische mens-machine interactie van de draagbare exoskeletten. Het modulaire exoskelet kan worden aangepast aan de grootte en capaciteiten van verschillende onderwerpen met behulp van verschillende configuraties, namelijk alleen enkelsteun, enkel-knie ondersteuning, of enkel-knie-heupsteun. Het is ook mogelijk om slechts één of beide benen te ondersteunen. Verder, de elektronische en mechanische modulariteit wordt automatisch herkend door de respectieve software om de prestaties aan te passen aan de specifieke behoeften van de gebruiker.

Klinische impact

Om klinische proof of concept te leveren voor de veiligheid en functionaliteit van het systeem, het Symbitron-consortium ontwikkelde een trainingsomgeving en trainingsprotocollen voor dwarslaesie-patiënten en hun clinici. Het project maakte gebruik van onvolledige SCI-proefpersonen die alleen ondersteuning aan de enkel of aan de enkel en knie nodig hadden, en complete SCI-onderwerpen die volledige ondersteuning van beide benen nodig hadden.

"Klinische tests toonden aan dat hardware en software konden worden aangepast aan de specifieke kenmerken van deze onderwerpen, wat een bewijs was van de haalbaarheid van onze unieke aanpak, ″ benadrukt prof.dr. van der Kooij. belangrijk, de biologisch geïnspireerde controllers - in tegenstelling tot conventionele benaderingen - lieten variabele looppatronen toe in termen van snelheid en staplengte.

De resultaten waren veelbelovend, waarbij alle incomplete dwarslaesie-proefpersonen hun loopsnelheid en/of balans tijdens de training verbeterden en twee volledige dwarslaesie proefpersonen weer liepen. In sommige gevallen, er werd een revalidatie-effect waargenomen na training met de Symbitron-apparaten, zelfs wanneer de proefpersonen het apparaat niet gebruikten. Psychometrische analyse valideerde ook de tevredenheid van de patiënt en de motivatie voor verdere verbetering.

Prof. van der Kooij is hoopvol dat "hoewel de klinische resultaten nog voorlopig zijn, training met de Symbitron-apparaten lijkt het lopen te verbeteren van proefpersonen die nog enige functie over hebben. Dit suggereert dat de ondersteuning die door de Symbitron-benadering wordt geboden, verder kan gaan dan SCI-proefpersonen, zoals voor de revalidatie van overlevenden van een beroerte.