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"Anklebot", das die Gelenksteifigkeit misst, könnte zur Reha beitragen

Das Sprunggelenk ist eine komplexe Struktur aus Muskeln, Sehnen und Knochen, die eine echte Herausforderung für die Rehabilitation darstellt, wenn es schief geht. Jetzt hat ein Team biomechanischer Experten am MIT einen Roboter entwickelt, den sie "Anklebot" nennen, der die Knöchelsteifigkeit in verschiedene Richtungen messen kann und wichtige Informationen für Physiotherapeuten liefert.

Neville Hogan, der Sun Jae Professor für Maschinenbau am MIT, sagt, der Knöchel sei "nicht annähernd ein einfaches Gelenk":

"Stellen Sie sich vor, Sie haben eine Ansammlung von Kieselsteinen und Sie wickeln eine ganze Reihe elastischer Bänder um sie herum. Das ist ziemlich genau eine Beschreibung dessen, was der Knöchel ist."

Prof. Hogan und seine Kollegen vom Newman Laboratory for Biomechanics and Human Rehabilitation von MIT führten eine Studie durch, bei der sie den Anklebot zur Messung der Steifigkeit des Knöchels in verschiedenen Richtungen verwendeten.

Sie schreiben über ihre Ergebnisse in einem kürzlich online veröffentlichten Papier IEEE-Transaktionen zu neuronalen Systemen und Rehabilitationstechnik.

Hilfe für Betroffene


Eine Vorder- und Seitenansicht eines Freiwilligen, der den Anklebot in sitzender Haltung trägt. Während der Experimente bewegte der Roboter den Knöchel und zeichnete seine Steifigkeit in mehreren Richtungen auf. Fotos: Hyunglae ??Lee

Anklebot ist ein Roboter, der an einer Kniestütze befestigt und mit einem speziell angefertigten Schuh verbunden ist, den der sitzende Patient anlegt. Sobald sie an Anklebot angeschlossen sind, bewegt der Roboter den Fuß des Patienten gemäß einem voreingestellten Muster in verschiedene Richtungen innerhalb des normalen Bewegungsbereichs des Knöchels.

Die Elektroden zeichnen die Winkelverlagerung und das Drehmoment am Gelenk auf (ein bisschen wie das Maß an Biegung, Ausrichtung und Verdrehung, das der Knöchel dem Fuß ermöglicht), um herauszufinden, wie steif der Knöchel ist.

Wenn sie den Anklebot an gesunden Freiwilligen getestet haben, fand das Team, dass der Knöchel am stärksten ist, wenn er den Fuß nach oben und unten bewegt (Beugen und Zeigen, wie Drücken auf ein Gaspedal). Es ist weniger stark, wenn man von einer Seite zur anderen kippt, und am schwächsten, wenn man sich nach innen dreht.

Sie waren überrascht zu entdecken, dass die seitliche Bewegung des Knöchels unabhängig von seiner Auf- und Abbewegung ist.

Prof. Hogan sagt, er hoffe, dass seine Ergebnisse Physiotherapeuten und Ärzten helfen werden, die Art der körperlichen Einschränkungen, die Patienten mit Schlaganfall oder motorischen Störungen erfahren, besser zu verstehen.

Vor dieser jüngsten Studie hatte das Team den Anklebot bereits als Physiotherapiewerkzeug getestet, um Schlaganfallpatienten zu helfen, die Schwierigkeiten beim Gehen haben.

Die Patienten hatten täglich Sitzungen, wo sie auf einem Stuhl saßen und an den AnkleBot angeschlossen wurden. Zuerst machte der Roboter die ganze Arbeit, indem er den Knöchel durch verschiedene Bewegungen bewegte und die Muskeln lockerte.

Aber allmählich, als die Patienten anfingen, ihre Knöchel selbst zu bewegen, würde der Roboter ihnen immer weniger helfen.

Prof. Hogan erklärt:

"Das Entscheidende ist, dass die Maschine so viel wie möglich aus dem Weg rutscht, damit du keine Bewegung aufdrängst. Wir schieben das Glied nicht herum. Du, der Patient, musst etwas tun."

Der AnkleBot unterscheidet sich von anderen Robotic-Therapien dadurch, dass er dem Patienten ermöglicht, schrittweise mehr und mehr Arbeit zu verrichten, anstatt die ganze Arbeit zu tun, um die Muskeln zu trainieren.

Eric Perreault ist Professor für Biomedizintechnik und Physikalische Medizin und Rehabilitation an der Northwestern University und nahm nicht an der Forschung teil. Er sagt, das MIT-Team habe uns einen ersten Einblick gegeben, wie die Muskelaktivierung die Mechanik des Knöchels verändert, was für Knöchelverletzungen wie gewöhnliche Verstauchungen sehr relevant ist. Er notiert:

"Eine faszinierende Erweiterung dieser Arbeit besteht darin, dass es möglich sein kann, Personen so zu trainieren, dass sie ihre Knöchelmuskulatur so aktivieren, dass die Gefahr von Verletzungen verringert wird. Ein direkterer Vorteil der Studie ist, dass sie eine Methode zur Quantifizierung der Auswirkungen von bestehende Rehabilitationstherapien auf die mechanischen Eigenschaften des Knöchels. "

Im Jahr 2012 berichteten Forscher in Griechenland, dass professionelle Fußballspieler unter mehr Knöchelverstauchungen leiden, wenn ein Fuß stärker ist als der andere.

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