第一个动态脊柱支撑机器人脊柱外骨骼是脊柱畸形的特征。

第一个动态脊柱支撑机器人脊柱外骨骼是脊柱畸形的特征。

脊柱畸形,如特发性脊柱侧凸和后凸(也被称为“驼背”),是由在脊柱异常弯曲。这些脊柱畸形患儿通常建议戴一个适合躯干和臀部的矫正矫正曲线的支架。支撑可以防止异常曲线的进展,避免手术。支撑技术的基础在过去的50年里并没有根本改变;

虽然支撑可以延缓青少年脊柱畸形曲线的发展,但目前的支架由于其刚性、静态和无传感器的设计而受到许多限制。此外,使用者会觉得穿起来不舒服,会因长时间过度的力量而导致皮肤破裂。此外,由于无法控制支架提供的矫正,使得使用者很难适应治疗过程中躯干的变化,从而导致疗效下降;

为了解决这些缺陷,哥伦比亚工程研究人员发明了一种新的机器人脊柱外骨骼(Rose),它可以解决大部分的局限性,并为脊柱畸形提供新的治疗方法。玫瑰是一个动态的脊柱支撑,使该团队进行第一个研究,在体内测量躯干刚度,并描述人体躯干的三维刚度。这项研究于3月30日在IEEE神经系统与康复工程学报上发表。

与本文一起发表的补充材料的视频部分描述了用于开发机器人脊柱外骨骼的设计和制造过程。-图片来源:Sunil Agrawal /哥伦比亚工程

据我们所知,没有像我们这样的动力支架的其他研究。早期的研究用的尸体,它的定义不提供动态的画面,”该项研究的首席研究员Sunil Agrawal,在哥伦比亚工程和哥伦比亚大学内科医生和外科医生Vagelos学院康复和再生医学教授机械工程教授。玫瑰是第一个测量和调节身体特定区域内所有六个自由度的位置或力的装置。这项研究是基础性的,我们相信这将导致在脊柱畸形的特征和治疗方面取得令人兴奋的进展;

在阿格拉瓦的机器人和康复(吼)实验室,玫瑰由三个环放在骨盆,胸,上胸地区的脊柱。两个相邻环的运动由一个六自由度并联驱动机器人控制。总的来说,这个系统有12个自由度,由12个马达控制。玫瑰可以控制骨盆环上环的运动,或者在运动过程中控制这些环。该系统还可以在特定的方向上施加纠正力,同时还允许其他方向的自由运动;

八名健康男性受试者和男性患者的脊柱畸形参与试点研究的目的是表征其躯干的三维度。研究人员用玫瑰,控制的主体躯干特定截面的位置/方向同时测量所施加的力/力矩。 

结果表明,人体躯干的三维刚度可以用玫瑰来表征,脊柱畸形引起的躯干刚度特征与健康人显著不同。脊柱的异常曲线是三维的,因此刚度特性曲线是特定的,取决于人体躯干曲线顶点的位置。

“我们的研究结果可能为设计包含特定病人的躯干脊柱支撑的刚度特性,说:”研究的共同首席研究员David P. Roye、脊柱外科、哥伦比亚大学欧文医学中心的小儿骨科教授。“我们的研究结果还可以通过使用三维力的动态调节来治疗脊柱畸形。”;

“我们建立在使用常规的脊柱支撑,即原则,在使用三环贴合在人体躯干曲线的顶点为三点加载,”主要作者Joon Hyuk Park,谁曾在这研究的博士生和Agrawal的吼叫实验室团队成员。为了描述人体躯干的三维刚度,玫瑰在人体的每一个自由度中,分别在两个不同的水平上应用六个单向位移,同时测量力和力矩;

虽然这一研究采用男性支撑为成年人设计的,阿格拉沃尔和他的团队已经设计了一个支撑的女孩特发性脊柱侧凸的10倍多见于十几岁的女孩比男孩。该小组正在积极招募脊柱侧弯的女孩,以描述躯干僵硬是如何因这种医疗状况而变化的;

“在脊柱的刚度方向的差异可能有助于预测哪些儿童可能会受益于支撑和避免手术,”Agrawal  

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