یک دستگاه پوشیدنی رباتیک نرم راه رفتن را در افراد مبتلا به بیماری پارکینسون بهبود می بخشد

امروزه، انجماد با مجموعه‌ای از درمان‌های دارویی، جراحی یا رفتاری درمان می‌شود که هیچ‌کدام به‌ویژه مؤثر نیستند.

اگر راهی برای متوقف کردن یخ زدگی به طور کلی وجود داشت چه؟

محققان دانشکده مهندسی و علوم کاربردی هاروارد جان آ. پاولسون (SEAS) و کالج علوم بهداشت و توانبخشی سارجنت دانشگاه بوستون از یک ربات نرم و پوشیدنی برای کمک به فرد مبتلا به پارکینسون استفاده کرده اند که بدون یخ زدن راه برود. یک لباس رباتیک که در اطراف باسن و ران ها پوشیده می شود، فشار ملایمی به باسن در حین چرخش پا ایجاد می کند و به بیمار کمک می کند گام بلندتری داشته باشد.

این دستگاه به طور کامل یخ زدگی شرکت کنندگان را در حین راه رفتن در داخل خانه از بین می برد و به آنها امکان می دهد بدون کمک لباس سریعتر و دورتر از آن راه بروند.

کانر والش، استاد مهندسی و پل ای. علوم کاربردی در SEAS و یکی از نویسندگان این مطالعه.

این تحقیق پتانسیل رباتیک نرم را برای درمان این علامت ناامیدکننده و بالقوه خطرناک بیماری پارکینسون نشان می‌دهد و ممکن است به افرادی که با این بیماری زندگی می‌کنند اجازه دهد تا نه تنها تحرک خود، بلکه استقلال خود را نیز به دست آورند.

این مطالعه در منتشر شد طب طبیعی.

برای بیش از یک دهه، آزمایشگاه بیودیزاین والش در SEAS در حال توسعه فناوری‌های رباتیک کمکی و توانبخشی برای بهبود تحرک افراد پس از سکته مغزی و کسانی که مبتلا به ALS یا سایر بیماری‌هایی هستند که بر تحرک تأثیر می‌گذارند، زندگی می‌کنند. برخی از این فناوری، به‌ویژه یک لباس بیرونی برای بازآموزی راه رفتن پس از سکته مغزی، از مؤسسه Wyss برای مهندسی الهام‌گرفته از بیولوژیک پشتیبانی دریافت کرد و توسط ReWalk Robotics مجوز و تجاری‌سازی شد.

در سال 2022، SEAS و کالج سارجنت کمک هزینه ای از همکاری فناوری ماساچوست برای حمایت از توسعه و ترجمه نسل بعدی روباتیک و فناوری های پوشیدنی دریافت کردند. تحقیقات در آزمایشگاه حرکت متمرکز است، که ماموریت آن پشتیبانی از پیشرفت در بهبود عملکرد انسانی با فضای مشارکتی، بودجه، زیرساخت تحقیق و توسعه و تخصص مورد نیاز برای تبدیل تحقیقات امیدوارکننده به فناوری‌های بالغ است که می‌توانند از طریق همکاری با شرکای صنعتی ترجمه شوند.

این تحقیق از این مشارکت پدید آمده است.

والش که تیمش از نزدیک با تری الیس، پروفسور و رئیس دپارتمان فیزیوتراپی همکاری می کند، گفت: استفاده از روبات های پوشیدنی نرم برای جلوگیری از یخ زدن راه رفتن در بیماران مبتلا به بیماری پارکینسون، نیازمند همکاری بین مهندسان، دانشمندان توانبخشی، درمانگران فیزیکی، بیومکانیک و طراحان پوشاک است. و مدیر مرکز توانبخشی عصبی در دانشگاه بوستون.

این تیم شش ماه با یک مرد 73 ساله مبتلا به بیماری پارکینسون کار کردند که – علیرغم استفاده از درمان های جراحی و دارویی – بیش از 10 بار در روز از دوره های قابل توجه و ناتوان کننده یخ زدگی رنج می برد و باعث می شد که او اغلب زمین بخورد. این اپیزودها او را از قدم زدن در اطراف جامعه خود باز می داشت و او را مجبور می کرد برای رفت و آمد در بیرون به یک اسکوتر تکیه کند.

در تحقیقات قبلی، والش و تیمش از بهینه‌سازی چرخه انسان استفاده کردند تا نشان دهند که می‌توان از یک دستگاه نرم و پوشیدنی برای افزایش خم شدن لگن و کمک به چرخش پا به جلو استفاده کرد تا رویکردی مؤثر برای کاهش مصرف انرژی در طول راه رفتن در افراد سالم ارائه دهد.

در اینجا، محققان از همین رویکرد استفاده کردند، اما برای مقابله با انجماد. این پوشیدنی از محرک‌های کابلی و حسگرهایی استفاده می‌کند که در اطراف کمر و باسن استفاده می‌شوند. با استفاده از داده‌های حرکتی جمع‌آوری‌شده از حسگرها، الگوریتم‌ها فاز راه رفتن را تخمین می‌زنند و نیروهای کمکی را همزمان با حرکت عضلات تولید می‌کنند.

اثر آنی بود. بدون هیچ آموزش خاصی، بیمار می‌توانست بدون سرمازدگی در داخل خانه راه برود و تنها با اپیزودهای جداگانه در خارج از منزل راه برود. او همچنین می‌توانست بدون یخ زدن راه برود و حرف بزند، چیزی نادر بدون دستگاه.

جینسو کیم، همکار سابق فوق دکترای SEAS و یکی از نویسندگان این مطالعه، گفت: «تیم ما از دیدن تأثیر این فناوری بر راه رفتن شرکت‌کنندگان واقعاً هیجان‌زده بود.

در طول بازدیدهای مطالعاتی، شرکت‌کننده به محققان گفت: «کت و شلوار به من کمک می‌کند گام‌های بلندتری بردارم، و وقتی فعال نیست، متوجه می‌شوم که پاهایم را خیلی بیشتر می‌کشم. این واقعاً به من کمک کرد و فکر می کنم یک قدم مثبت به جلو است. این می تواند به من کمک کند طولانی تر راه بروم و کیفیت زندگی خود را حفظ کنم.”

والش گفت: “شرکت کنندگان در مطالعه ما که داوطلبانه وقت خود را می گذرانند، شرکای واقعی هستند.” “از آنجایی که تحرک دشوار است، حتی ورود به آزمایشگاه برای این مرد یک چالش واقعی بود، اما ما از دیدگاه و بازخورد او بسیار سود بردیم.”

این دستگاه همچنین می تواند برای درک بهتر مکانیسم های انجماد راه رفتن مورد استفاده قرار گیرد، که درک ضعیفی از آن وجود دارد.

الیس گفت: «از آنجایی که ما واقعاً انجماد را درک نمی کنیم، واقعاً نمی دانیم که چرا این رویکرد به خوبی کار می کند. اما این کار مزایای بالقوه راه حل از پایین به بالا و نه از بالا به پایین را برای درمان یخ زدگی راه رفتن نشان می دهد. ما می بینیم که بازیابی بیومکانیک تقریباً طبیعی، دینامیک راه رفتن محیطی را تغییر می دهد و ممکن است بر پردازش مرکزی کنترل راه رفتن تأثیر بگذارد.

این مطالعه توسط Jinsoo Kim، Franchino Porciuncula، Hee Doo Yang، Nicholas Wendel، Teresa Baker و Andrew Chin انجام شد. Asa Eckert-Erdheim و Dorothy Orzel نیز مانند آدا هوانگ و سارا سالیوان تحقیقات بالینی را رهبری کردند در طراحی فناوری مشارکت داشتند. این توسط بنیاد ملی علوم تحت کمک هزینه CMMI-1925085 پشتیبانی شد. مؤسسه ملی بهداشت تحت اعطای NIH U01 TR002775؛ و همکاری فناوری ماساچوست، یک کمک مالی مشارکتی تحقیق و توسعه.