Columbia University stellt fortschrittlichen robotischen Rumpfstütztrainer für Querschnittslähmung-Reha vor

TruST: Roboter-Gürtel für stabiles Sitzen und erweiterten Arbeitsbereich

Ingenieure der Columbia University haben einen robotischen Rumpfstütz-Trainer erfunden, um Patienten mit Querschnittslähmung (SCI) stabileres Sitzen und einen erweiterten aktiven Sitzarbeitsbereich zu ermöglichen. (Siehe Video unten.)

Hintergrund: Querschnittslähmung und Sitzherausforderungen

Querschnittslähmungen (SCI) können verheerende Schäden verursachen, einschließlich Verlust von Mobilität und Sensation. Jährlich gibt es schätzungsweise 17.000 neue SCIs allein in den USA, eine höhere Rate als in den meisten Weltregionen.

Zudem wird der Anteil von SCIs bei Menschen ab 65 Jahren in den USA voraussichtlich steigen, von 13 Prozent 2010 auf 16,1 Prozent bis 2020.

Daten zeigen auch eine hohe Überlebensrate dieser Patienten, die im Alltag funktionieren müssen, aber Sitzen als große Herausforderung empfinden.

TruST: Motorisierter Kabelgetriebener Gürtel

Ein Columbia Engineering Team hat ein robotisches Gerät erfunden – den Trunk-Support Trainer (TruST) –, das verwendet werden kann, um Menschen mit SCI stabileres Sitzen durch Verbesserung ihrer Rumpfkontrolle zu ermöglichen und einen erweiterten aktiven Sitzarbeitsbereich zu gewinnen, ohne zu stürzen oder Hände zum Balancieren zu nutzen.

Erste Messung des Sitzarbeitsbereichs basierend auf aktiver Rumpfkontrolle

Die Studie, heute in Spinal Cord Series and Cases veröffentlicht, ist die erste, die den Sitzarbeitsbereich von SCI-Patienten basierend auf ihrer aktiven Rumpfkontrolle misst und definiert.

Sunil Agrawal, Projekt-PI und Professor für Maschinenbau sowie Rehabilitation und Regenerative Medizin, sagt: „Wir haben TruST für Menschen mit SCI entwickelt, die typischerweise Rollstuhlnutzer sind.

Wir fanden, dass TruST nicht nur Patienten vor Stürzen bewahrt, sondern auch Rumpfbewegungen über die posturale Kontrolle, also Gleichgewichtsgrenzen, hinaus maximiert.“

Funktionsweise: Kraftrückmeldung bei Grenzbereichen

TruST ist ein motorisierter, kabelgetriebener Gürtel, der auf dem Torso des Nutzers platziert wird, um posturale Kontrollgrenzen und Sitzarbeitsbereich bei SCI-Personen zu bestimmen. Er liefert Kräfte auf den Torso, wenn der Nutzer Oberkörperbewegungen jenseits der posturalen Stabilitätsgrenzen im Sitzen ausführt.

Pilotstudie mit Postural Star-Sitting Test

Die fünf SCI-Probanden der Pilotstudie wurden mit dem Postural Star-Sitting Test untersucht, einem angepassten posturalen Test, der sie aufforderte, einem Ball mit dem Kopf zu folgen und den Rumpf so weit wie möglich zu bewegen, ohne Hände zu nutzen.

Der Test wurde in acht Richtungen wiederholt, und die Forscher nutzten die Ergebnisse zur Berechnung des individuellen Sitzarbeitsbereichs.

Das Team passte TruST dann für jeden Probanden an, um personalisierte assistive Kraftfelder auf den Torso anzuwenden, während die Probanden dieselben Bewegungen erneut ausführten.

Ergebnis: 25 % größere Reichweite in alle Richtungen

Mit TruST konnten die Probanden während der Rumpfauslenkungen in allen acht Richtungen weiter reichen und den Sitzarbeitsbereich um ihre Körper signifikant erweitern, im Durchschnitt um etwa 25 Prozent mehr.

Neue Perspektiven für motorisches Lernen in der SCI-Reha

Victor Santamaria, Physiotherapeut, Postdoc in Agrawals Robotics and Rehabilitation Laboratory und Erstautor der Publikation, sagt: „Die Kapazität von TruST, kontinuierliches Kraft-Feedback personalisiert für die posturalen Grenzen des Nutzers zu liefern, eröffnet neue Grenzen für die Implementierung motorlernbasierter Paradigmen zur Neutrainierung funktionalen Sitzens bei SCI-Patienten.

Wir glauben, TruST ist ein sehr vielversprechendes SCI-Reha-Tool.“

Weiterentwicklung: Trainingsparadigma für Erwachsene und Kinder

Agrawals Team erforscht nun den Einsatz von TruST innerhalb eines Trainingsparadigmas zur Verbesserung der Rumpfkontrolle von Erwachsenen und Kindern mit Querschnittslähmung.

Agrawal sagt: „Die robotische Plattform wird genutzt, um Teilnehmer mit SCI herauszufordern, ihren Rumpf über einen größeren Arbeitsbereich zu bewegen, wobei TruST assist-as-needed Kraftfelder liefert, um die Probanden sicher in ihre neutrale Sitzhaltung zurückzubringen.

Dieses Kraftfeld wird im Laufe der Zeit an die Bedürfnisse der Teilnehmer angepasst, während sie ihren Arbeitsbereich und ihre Haltungskontrolle verbessern.“