Les chevilles prothétiques robotisées améliorent le mouvement et l. a. stabilité « naturels »

Démonstration de l. a. cheville prothétique robotisée. Des capteurs d’électromyographie (situés sur le mollet à gauche) captent l’activité électrique générée par les muscle tissues lors de leur flexion. Ce sign indique à l. a. prothèse quels muscle tissues artificiels plier et jusqu’où les plier. Pour les personnes amputées, ces capteurs sont placés dans l’emboîture prothétique. Le diagramme (à droite) montre le sign myoélectrique utilisé pour contrôler l. a. prothèse. Crédit : Aaron Fleming, Université d’État de Caroline du Nord

Les chevilles prothétiques robotisées, contrôlées par l’inflow nerveux, permettent aux amputés de bouger plus « naturellement », améliorant ainsi leur stabilité, selon une nouvelle étude menée par l’Université d’État de Caroline du Nord et l’Université de Caroline du Nord à Chapel Hill.

“Ce travail s’est concentré sur le” contrôle postural “, qui est étonnamment complexe”, explique Helen Huang, auteur correspondant de l’étude et professeur émérite de l. a. famille Jackson au Département commun de génie biomédical de NC State et de l’UNC.

“En gros, lorsque nous sommes immobiles, notre corps s’adapte constamment pour nous maintenir stables. Par exemple, si quelqu’un nous heurte alors que nous faisons l. a. queue, nos jambes effectuent une grande variété de mouvements que nous ne faisons pas. même nécessairement conscient afin de nous maintenir debout.

“Nous travaillons avec des personnes qui ont été amputées des membres inférieurs et elles nous disent qu’il est très difficile d’obtenir ce sort de stabilité avec des prothèses. Cette étude montre que les chevilles prothétiques robotisées, contrôlées à l’aide de signaux d’électromyographie (EMG), sont exceptionnellement efficaces pour “Cela permet aux utilisateurs d’atteindre cette stabilité naturelle.” Les signaux EMG sont les signaux électriques enregistrés par les muscle tissues d’un individu.

Un article sur l’étude intitulé « Le contrôle neuroprothétique restaure une neuromécanique quasi-normative dans le contrôle postural debout » a été publié dans l. a. revue. Robotique scientifique. Cet article a été co-écrit par Wentao Liu, Ph.D. Étudiant au Département Mixte de Génie Biomédical.






Exemple d’un player réagissant à une perturbation attendue comme étant repoussé. Lorsqu’il utilise ses appareils quotidiens, l’individu doit agir en réponse à une perturbation, mais grâce à des prothèses à commande neuronale, il peut maintenir une posture solid. Crédit : Laboratoire d’ingénierie de réadaptation neuromusculaire du Département commun de génie biomédical de l. a. NC State College et de l’UNC-Chapel Hill

L. a. nouvelle étude s’appuie sur des travaux antérieurs, qui ont montré que le contrôle neuronal d’une cheville prothétique motorisée peut restaurer une gamme de capacités, notamment se tenir debout sur des surfaces difficiles et s’accroupir.

Dans cette étude, les chercheurs ont travaillé avec cinq personnes ayant subi une amputation d’une jambe sous le genou. Les individuals à l’étude ont été équipés d’un prototype de cheville prothétique robotique qui répondait aux signaux EMG captés par les capteurs situés sur l. a. jambe.

« Fondamentalement, les capteurs sont placés sur les muscle tissues au niveau du website d’amputation », explique Aaron Fleming, co-auteur de l’étude et récent doctorant. Il est diplômé de NC State. “Lorsqu’un player à l’étude pense à déplacer le membre amputé, il envoie des signaux électriques à travers les muscle tissues restants du membre inférieur. Des capteurs captent ces signaux à travers l. a. peau et traduisent ces signaux en commandes pour l. a. prothèse.”

Les chercheurs ont organisé une formation générale pour les individuals à l’étude utilisant le prototype, afin qu’ils se familiarisent quelque peu avec l. a. technologie.

Les individuals à l’étude ont ensuite été chargés de réagir à une « perturbation anticipée », ce qui signifie qu’ils devaient réagir à quelque selected qui pourrait les déséquilibrer. Dans l. a. vie de tous les jours, cela peut être comme attraper un ballon ou faire des lessons. Cependant, afin de reproduire avec précision les stipulations au cours de l’étude, les chercheurs ont développé un système mécanique conçu pour mettre à l’épreuve l. a. stabilité des individuals.

Il a été demandé aux individuals à l’étude de réagir à l. a. perturbation attendue dans deux stipulations : utiliser les prothèses qu’ils utilisent habituellement ; Et l’utilisation d’un prototype de prothèse robotique.

Représentation des données des stratégies de contrôle postural utilisant une cheville prothétique contrôlée par EMG. Crédit : Aaron Fleming

“Nous avons constaté que les individuals à l’étude étaient nettement plus stables lorsqu’ils utilisaient le prototype automatisé”, explique Fleming. “Ils étaient moins susceptibles de trébucher ou de tomber.”

“Plus précisément, le modèle robotique a permis aux individuals à l’étude de modifier leur stratégie de contrôle de l. a. posture”, explique Huang. “Pour les personnes dont les membres inférieurs sont intacts, l. a. stabilité posturale begin au niveau de l. a. cheville. Pour les personnes qui ont perdu un membre inférieur, elles doivent généralement compenser l’incapacité de contrôler l. a. cheville. Nous avons constaté que l’utilisation d’une cheville robotisée qui répond à l’électromyographie ( Les signaux EMG) permettent aux utilisateurs de « revenir à leur réponse instinctive pour maintenir l. a. stabilité ».

Dans une partie distincte de l’étude, les chercheurs ont demandé aux individuals de se balancer d’avant en arrière tout en utilisant une prothèse naturelle et en utilisant un modèle prothétique du robotic. Les individuals à l’étude étaient équipés de capteurs conçus pour mesurer l’activité musculaire dans l’ensemble du bas du corps.

“Nous avons constaté que les schémas d’activité musculaire dans le bas du corps étaient très différents lorsque les gens utilisaient deux prothèses différentes”, explique Huang.

“Fondamentalement, les schémas d’activation musculaire lors de l’utilisation du prototype prothétique étaient très similaires aux schémas que nous observons chez les personnes qui utilisent pleinement deux membres inférieurs intacts. Cela nous indique que le prototype que nous avons développé imite suffisamment fidèlement le comportement du corps pour permettre une “normalité”. ‘ les gens à le faire. » Retour des schémas neuronaux. Ceci est essential automobile cela indique que l. a. technologie sera assez intuitive pour les utilisateurs.

“Nous pensons qu’il s’agit d’une découverte cliniquement importante, automobile l. a. stabilité posturale est un problème essential pour les personnes utilisant des prothèses. Nous menons actuellement un essai plus vaste avec un plus grand nombre de personnes pour clarifier les effets de l. a. technologie et identifier les individus qui pourraient en bénéficier le plus. .»

Plus d’knowledge:
Aaron Fleming et al., Le contrôle neuroprothétique rétablit une neuromécanique proche des normes dans le contrôle de l. a. posture debout, Robotique scientifique (2023). est ce que je: 10.1126/scirobotics.adf5758. www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adf5758

Fourni par l’Université d’État de Caroline du Nord

l. a. quotation: Les chevilles artificielles robotisées améliorent le mouvement et l. a. stabilité « naturels » (18 octobre 2023) Récupéré le 1er novembre 2023 sur

Ce report est soumis au droit d’auteur. Nonobstant toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni à titre informatif uniquement.