ARTYKUŁY

dr Emilia Mikołajewska specjalista fizjoterapii
 Moje CV | Moje publikacje | Moje badania | Konsultacje | Kontakt | Indeksator | English version
Strona główna
Linki
Metryka strony
Nakarm glodne dziecko - wejdz na strone www.Pajacyk.pl


Egzoszkielety medyczne w fizjoterapii i rehabilitacji
[Medical exoskeletons in physiotherapy and rehabilitation]

dr Emilia Mikołajewska specjalista fizjoterapii

Egzoszkielet robotyczny (ang. robotic exoskeleton), zwany w skrócie egzoszkieletem to zewnętrzny szkielet wspomagany. Jest on zakładany na użytkownika na podobieństwo kombinezonu (z metalu i tworzyw sztucznych), a użytkownik stanowi integralną cześć egzoszkieletu, w tym układu sterowania egzoszkieletem. Zaprogramowany i uruchomiony egzoszkielet dostosowuje się do zamiaru użytkownika oraz współdziała z nim wspomagając go za pomocą wbudowanych efektorów (siłowników). Właściwe odczytanie zamiaru użytkownika jest wypadkową wstępnego programowania egzoszkieletu (w tym fizjologicznych wzorców ruchu) do konkretnego użytkownika, odczytów z czujników (EMG, położenia, siły nacisku, przyśpieszenia, kątów zgięcia itp.) oraz działania algorytmu sterującego. Związane z tym bezpieczeństwo wykorzystania egzoszkieletów jest parametrem krytycznym dla ich codziennego klinicznego użycia.

Egzoszkielety posiadają znaczący potencjał rozwojowy, co pozwala nazwać je pełnoprawnymi konkurentami obecnie wykorzystywanych wózków dla niepełnosprawnych (również tych zrobotyzowanych) oraz robotów rehabilitacyjnych. Ciekawego porównania funkcjonalności egzoszkieletów, robotów rehabilitacyjnych oraz zrobotyzowanych wózków dla niepełnosprawnych dokonałam w moim artykule „Lokomat jako element nowoczesnej reedukacji chodu” (Praktyczna Fizjoterapia i Rehabilitacja, 2010, 10: 15-18).

Za pierwszy komercyjny egzoszkielet medyczny uważa się japoński HAL5 (ang. Hybryd Assistive Limb 5) opracowany na Uniwersytecie w Tsukubie. Jest on oferowany zarówno w wersji czterokończynowej (bez wsparcia funkcji palców rąk), jak również w wersji jedynie na kończyny dolne. Alternatywą jest izraelski ReWalk na kończyny dolne, wymaga jednak użycia kul, a więc sprawnych kończyn górnych. Badania kliniczne ww. egzoszkieletów, prowadzone obecnie w co najmniej kilku ośrodkach w Europie i na świecie, powinny przynieść odpowiedzi na szereg ciekawych pytań. Dotychczas prowadzone badania nie wyjaśniły w pełni problemu współdziałania człowieka z egzoszkieletem (w tym podczas chodu) oraz adaptacji człowieka/użytkownika do egzoszkieletu. Do zdefiniowania pozostają również rekomendacje i wskazówki kliniczne dotyczące wykorzystania egzoszkieletów u pacjentów z różnymi schorzeniami i deficytami (schorzeniami tym neurologicznymi), w tym wskazań i przeciwwskazań

Kliniczne wykorzystanie egzoszkieletów medycznych obejmuje dwa zasadnicze tryby pracy: tryb rehabilitacyjny (ang. rehabilitation mode) oraz tryb wsparcia (ang. assisitive mode). Tryb rehabilitacyjny umożliwia zastępowanie i/lub wspomaganie uszkodzonych lub osłabionych mięśni człowieka zapewniając (w zależności od przypadku): pełną dwunożną lokomocję (m.in. wchodzenie i schodzenie po schodach) u osób skazanych dotychczas na wózek, niemal całodobową rehabilitację czynności życia codziennego (ang. activities of daily living – ADLs) w naturalnych warunkach, z całkowitym lub częściowym odciążeniem. Trwają prace nad sterowaniem egzoszkieletu za pomocą interfejsów mózg-komputer (ang. brain-computer interface – BCI) w miejsce najpowszechniej stosowanego sterowania elektromiograficznego (EMG), co może wykorzystanie przyszłości pozwolić na wykorzystanie egzoszkieletu nawet u pacjentów z ciężkimi deficytami neurologicznymi. Tryb wsparcie umożliwia wykorzystanie egzoszkieletu przez osoby zdrowe, przede wszystkim personel medyczny, rodziny i opiekunów osób niepełnosprawnych, w celu zwiększenia siły i wytrzymałości w czynnościach wymagających dużej siły fizycznej lub (w normalnych warunkach) współpracy całego zespołu osób, takich jak zmiana pozycji chorego, przenoszenie, a typowo w rehabilitacji: pionizacja czy reedukacja chodu.

Pomimo ponad dekady dynamicznych badań oraz wykorzystywania prototypowych i komercyjnych rozwiązań z omawianego zakresu, egzoszkielety medyczne wciąż pozostają na początku swojego rozwoju.


Piśmiennictwo dla osób szczególnie zainteresowanych (kolejność alfabetyczna):
  1. Fleischer C., Wege A., Kondak K. i wsp. Application of EMG signals for controlling exoskeleton robots. Biomed Tech (Berl)., 2006, 51(5-6): 314-319.
  2. Lebedev M. A., Nicolelis M.A. Toward a whole-body neuroprosthetic. Prog Brain Res., 2011, 194: 47-60.
  3. Lewis C. L., Ferris D. P. Invariant hip moment pattern while walking with a robotic hip exoskeleton. J Biomech., 2011, 44(5): 789-793.
  4. Lo H. S., Xie S. Q. Exoskeleton robots for upper-limb rehabilitation: State of the art and future prospects. Med Eng Phys., 2011, [Epub ahead of print].
  5. Mikołajewska E. Mikołajewski D. Zastosowania automatyki i robotyki w wózkach dla niepelnosprawnych i egzoszkieletach medycznych. Pomiary Automatyka Robotyka, 2011, 5: 58-64.
  6. Mikołajewska E. Mikołajewski D. Egzoszkielet jako szczególna forma robota – zastosowania cywilne i wojskowe. Kwartalnik Bellona, 2011, 1: 160-169.
  7. Mikolajewski D. Mikolajewska E. Exoskeletons in neurological diseases - current and potential future applications. Adv Clin Exp Med., 2011, 20, 2, 227–233
  8. Mikołajewska E., Mikołajewski D. Neurorehabilitacja XXI wieku. Techniki teleinformatyczne. Impuls, Kraków 2011.
  9. Mikołajewska E. Neurorehabilitacja. Zaopatrzenie ortopedyczne. Wydawnictwo Lekarskie PZWL, Warszawa 2009.
  10. Mikołajewska E. Egzoszkielet HAL 5. Mag Pielęg Położ, 2007, 5: 42.