机器人后备箱支撑为脊髓损伤患者提供帮助

 
脊髓损伤(SCI)可能造成毁灭性损害，包括活动能力和感觉丧失。每年，仅在美国，估计就有17,000个新的SCI，这一比率高于世界上大多数地区。此外，美国65岁以上人群的SCI比例预计将从2010年的13.0%上升到2020年的16.1%。数据还显示，这些患者的日常生存能力很高生活，但坐着却是一个重大挑战。
哥伦比亚工程团队发明了一种机器人设备-后备箱支撑训练器(TruST)，可用于通过改善后备箱控制力来帮助和训练SCI的人更稳定地坐着，从而在不跌倒的情况下获得扩大的活动坐姿或用双手平衡。该研究今天发表在《脊髓系列与病例》上，它是第一个基于主动躯干控制来测量和定义SCI患者坐位的工作空间。
“我们为典型的SCI患者(轮椅使用者)设计了TruST，”该项目的PI和机械工程以及康复和再生医学教授Sunil Agrawal说。 “我们发现TruST不仅可以防止患者跌倒，而且还可以使躯干运动最大化，超出患者的姿势控制或平衡极限。”
TruST是放置在使用者躯干上的电动电缆从动皮带，用于确定SCI患者的姿势控制极限和坐姿。当使用者坐着时进行的上身运动超出姿势稳定性极限时，它会向躯干传递力量。
机器人后备箱支撑为脊髓损伤患者提供帮助
该图显示了TruST的体系结构，这是哥伦比亚工程师发明的一种机器人设备，它可以使脊髓损伤的患者重新训练以使其更稳定地就座并获得扩大的活动就座空间。图片来源：Sunil Agrawal和Victor Santamaria /哥伦比亚工程公司
参加了这项试验性研究的5名SCI受试者接受了姿势星形测试，这是一项定制的姿势测试，要求他们用头跟随球并尽可能地移动躯干，而无需用手。测试在八个方向上重复进行，研究人员使用结果计算每个人的坐姿。
然后，团队为每个受试者量身定制TruST，以便在受试者再次执行相同的动作时将个性化的辅助力场施加到躯干上。借助TruST，受试者可以在所有八个方向的躯干短途旅行中走得更远，并使坐着的工作空间显着扩展到他们的身体周围，平均增加了约25%。
视频演示了躯干支撑训练器(TruST)，这是哥伦比亚工程师发明的机器人设备，如何训练脊髓损伤患者使其坐姿更稳定，并获得更大的活动坐姿。图片来源：Sunil Agrawal和Victor Santamaria /哥伦比亚工程公司
Agrawal机器人学的物理治疗师，博士后研究员Victor Santamaria说：“ TruST能够根据用户的姿势极限提供个性化的连续力反馈，这为实现以运动学习为基础的范例来重新训练SCI患者的功能性学习开辟了新领域。和康复实验室，该论文的第一作者。 “我们认为TruST是非常有前途的SCI修复工具。”
Agrawal的团队现在正在探索在训练范例中使用TruST的方法，以改善患有脊髓损伤的成人和儿童的躯干控制。 Agrawal说：“该机器人平台将用于挑战SCI的参与者，使他们的躯干在更大的工作空间上移动，而TruST可提供所需的辅助力场，以安全地将对象带回他们的中立坐姿。” “随着参与者改善工作空间和姿势控制，随着时间的推移，该力场将根据参与者的需求进行调整。”
这项研究的标题是“机器人躯干支撑训练器(TruST)，它可以测量并增加坐在脊髓损伤患者中的姿势工作空间。”