研究表明需要适应性动力的膝关节假体来协助恶毒

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安德里亚（安迪）布兰特 Ambrand3@ncsu.edu.

米克·库利科夫斯基 mick_kulikowski@ncsu.edu. 919.515.8387

北卡罗来纳州立大学对可穿戴机器人的最新研究表明，戴着这些设备的截肢者在面对现实挑战时适应了：携带一个带重量的背包。研究结果可以帮助设备制造商和临床医生扩大这些重要设备的效用，并可以帮助研究人员开发更智能的控制器，以适应现实世界的需求。

andrea brandt，博士。北卡罗来纳州立大学和北卡罗来纳大学的学生，生物医学工程联合系，想要绘制一个新的研究课程，用于帮助下肢散步的动力设备。虽然已经发布了对这些设备上这些设备的功效的多项研究已经发表，但是缺乏工作的缺乏测试这些设备在更具挑战性的现实世界情况下，如人们携带负载杂货或背包例子。

布兰特说：“我们想首先了解负重如何影响截肢者在正常假肢环境下行走，而正常假肢环境通常是在诊所里规定的，然后了解不同的环境对他们有多大的好处。”我们测试的设备是一个电动膝关节假体，它有一个驱动膝关节的马达和一个固定的踝关节。我们编程了多个设置，在承载和非承载条件下提供单独调谐的力学。我们评估了这些设置以及负重如何改变我们研究参与者的步态和自我报告的劳累率。”

招募了五个不同年龄和身体属性的人参与了这项研究。在实验室踏上跑步机和没有背包的背包加入20％的身体重量，并且没有承载承载电源设置，所报告的研究受试者随着在正常的假体装置携带负载时具有更多困难环境。

“感知的努力肯定增加，该设备将使人们更加伸展，而人们则依赖于他们的完整肢体，这已经过度使用了，”Brandt说。“当设备设置为承载设置时，这些问题减少。”

有趣的是，参与者在没有背背包的情况下，两种假肢的安装都没有太多困难。

布兰特说：“负重会让你的肌肉以不同的方式收缩，而这在今天的假肢中是无法模仿的。”因此，我们认为负荷自适应装置可以对截肢者产生重要影响。想象一下，如果这个装置足够聪明，能够自动改变假肢参数，以适应我们与环境互动的任何情况——负重不同，在沙滩或草地上行走——那么，在日常生活中，有多少截肢者能够依赖假肢呢。这是我们实验室下一阶段的工作。”

Brandt补充说，小型学习规模可能无法反映整个截肢者人口，而是强调需要考虑更真实的任务在假肢研究中。

在未来，布兰特将致力于解决一个更大的问题，即如何让截肢者的电动装置发挥更多的功能。她说，找到正确的控制参数和设置是答案的一部分，因为这主要决定了这些设备的行为。

“从长远来看，我们希望假肢更智能、更具功能，这样截肢者可以更多地依赖假肢，在日常生活中从假肢中获得更多的益处，回到他们热爱的活动中，布兰特说：“这有可能防止继发性健康问题的发展，比如骨性关节炎和背痛，这些疾病的发展必须更多地依赖于它们完好的一面。”。

该研究由国家科学基金会和NC州和Unc-Chapel Hill的康复工程核心资助。悦文，明刘，乔纳森股市与海伦黄共同撰写本文出现在科学报告。

- Kulikowski -

编辑的注释：纸上的摘要跟随。

“载物运输过程中经股截肢者与动力膝关节假体之间的相互作用”

作者：Andrea Brandt、Yue Wen、明柳和他（海伦）黄、NC州立大学和北卡罗来那大学教堂山；NC州立大学Jonathan Stallings分校

发表：2017年11月3日科学报告

迪伊：10.1038/s41598-017-14834-7

抽象的：当下肢随意的假体行走时，机械和人类可以机械连接，但这两个控制系统的适应性差异。我们谈到他们在面对现实世界的身体需求时互动的知识（例如，携带负荷）。在这里，我们调查了每个系统（即截肢者和动力假体）如何响应假体力学和引力载荷的变化。五个经罚金术语随身携带，没有负载（即加权背包）和具有两个预编程控制器设置的动力膝关节假肢（即负载和没有负载）。我们录制了受试者的运动学，动力学和感知劳动。与无负载设置相比，负载设置减少了受试者的感知耗尽和载重载荷时的完整肢体姿势时间。当受试者没有负载时，他们的感知和步态性能没有随着控制器设置而显着的变化。我们的结果表明TransFemoral Amputees可以从负载 - 自适应动力膝盖控制器中受益，并且当使用（与没有）负载时，控制器调整会更多地影响令人疑言。进一步了解有源假体，截肢者和各种环境之间的互动，可以允许研究人员扩展超出简单环境的假体的效用（例如，没有负载的坚固级地面），这些是几乎是真实环境的子集。