Foton som visar ökningen av utökad aktiv arbetsyta efter att en studiedeltagare använder TruST, en robotenhet uppfunnen av Columbia-ingenjörer som omskolar patienter med ryggmärgsskada att sitta mer stabilt. Kredit:Sunil Agrawal och Victor Santamaria/Columbia Engineering
Ryggmärgsskador (SCI) kan orsaka förödande skador, inklusive förlust av rörlighet och känsla. Varje år, det finns uppskattningsvis 17, 000 nya SCI:er bara i USA, högre än i de flesta regioner i världen. Dessutom, andelen SCI hos personer 65 år eller äldre förväntas öka i USA, från 13,0 % 2010 till 16,1 % 2020. Data visar också en hög överlevnadsfrekvens för dessa patienter, som behöver fungera i vardagen men tycker att sittande är en stor utmaning.
Ett team från Columbia Engineering har uppfunnit en robotenhet – Trunk-Support Trainer (TruST) – som kan användas för att hjälpa och träna människor med SCI att sitta stabilare genom att förbättra deras trunkkontroll, och därmed få en utökad aktiv sittande arbetsyta utan att ramla omkull eller använda händerna för att balansera. Studien, publicerad idag i Spinal Cord Series and Cases, är den första som mäter och definierar sittande arbetsutrymme för patienter med SCI baserat på deras aktiva trunkkontroll.
"Vi konstruerade TruST för personer med SCI som vanligtvis är rullstolsburna, "säger Sunil Agrawal, projektets PI och professor i maskinteknik och rehabilitering och regenerativ medicin. "Vi fann att Trust inte bara förhindrar patienter från att falla, men maximerar också bålrörelser bortom patientens posturala kontroll, eller balansgränser."
TruST är ett motoriserat kabeldrivet bälte placerat på användarens bål för att bestämma postural kontrollgränser och sittande arbetsyta hos personer med SCI. Den levererar krafter på bålen när användaren utför överkroppsrörelser bortom gränserna för postural stabilitet medan du sitter.
Illustration som visar TruSTs arkitektur, en robotapparat som uppfanns av ingenjörer från Columbia som omskolar patienter med ryggmärgsskada för att sitta mer stabilt och få en utökad aktiv arbetsyta. Kredit:Sunil Agrawal och Victor Santamaria/Columbia Engineering
De fem personer med SCI som deltog i pilotstudien undersöktes med Postural Star-Sitting Test, ett anpassat ställningstest som krävde att de följde en boll med huvudet och flyttade sin bagage så långt som möjligt, utan att använda händerna. Testet upprepades i åtta riktningar, och forskarna använde resultaten för att beräkna den sittande arbetsytan för varje individ.
Teamet skräddarsydde sedan TruST för varje försöksperson för att applicera personliga hjälpkraftsfält på bålen medan försökspersonerna utförde samma rörelser igen. Med TruST, försökspersonerna kunde nå längre under bålexkursionerna i alla åtta riktningar och avsevärt utöka sittande arbetsutrymme runt sina kroppar, i genomsnitt cirka 25 % mer.
"Förmågan hos TruST att leverera kontinuerlig force-feedback anpassad för användarens posturala gränser öppnar nya gränser för att implementera motoriska inlärningsbaserade paradigm för att träna om funktionellt sittande hos personer med SCI, säger Victor Santamaria, en sjukgymnast, postdoktor vid Agrawal's Robotics and Rehabilitation Laboratory, och första författare till tidningen. "Vi tror att TruST är ett mycket lovande SCI-rehabverktyg."
Agrawals team undersöker nu användningen av TruST inom ett träningsparadigm för att förbättra trunkkontrollen hos vuxna och barn med ryggmärgsskada. "Robotplattformen kommer att användas för att träna deltagare med SCI genom att utmana dem att flytta sin bål över en större arbetsyta, med TruST tillhandahåller hjälp vid behov kraftfält för att säkert föra tillbaka försökspersonerna till sin neutrala sittställning, " säger Agrawal. "Det här kraftfältet kommer att anpassas till deltagarnas behov över tiden när de förbättrar sin arbetsyta och hållningskontroll."
Studien har titeln "The robotic Trunk-Support-Trainer (TruST) för att mäta och öka postural arbetsyta under sittande hos personer med ryggmärgsskada."
