ONTWERP VAN REAL-TIME NEUROMUSCULOSKELETALE MODELLEN VOOR INTUÏTIEVE EN ROBUUSTE CONTROLE VAN DE ENKELPROTHESE

Aangedreven enkelprothesen hebben het potentieel om de mobiliteit van patiënten
te verbeteren door mensen te helpen beter te lopen en het energieverbruik te
verminderen dankzij de steun die ze geven tijdens de afzetfase in vergelijking
met een niet-aangedreven prothese. De besturing van dergelijke toestellen heeft
echter nog zwakke punten die verhinderen dat de gebruiker verschillende
activiteiten op een natuurlijke en veilige manier kan uitvoeren en zijn
evenwicht kan hervinden na verstoringen. Het creëren van een nieuwe interface
tussen de aangedreven prothese voor het onderste lidmaat en de patiënt zou deze
eerder genoemde problemen kunnen verhelpen.
Deze studie stelt drie verschillende controlebenaderingen voor die een
controlesysteem implementeren dat de spierdynamica en motorische
controlestrategieën bij de mens nabootst.
Het doel van dit onderzoek is om een neuro-mechanisch model te evalueren dat in
staat is om online een prothese enkelgewricht te controleren op basis van
subject-specifieke en motorische taak-specifieke eigenschappen. We zullen een
EMG-gedreven model-gebaseerde controller, een synergie-gedreven
model-gebaseerde controller, en een verbeterde reflex-gedreven model-gebaseerde
controller testen. ln vergelijking met de standaard controller van de Empower
prothesevoet van Ottobock, die reeds een neuromusculair reflex-gebaseerd model
bevat.

De hypothese is dat de synergie-gedreven benadering zich zou aanpassen aan
veranderingen in snelheid, de verbeterde reflex-gedreven benadering met
bijkomende feedback paden zou het evenwicht ondersteunen, en de EMG-gedreven
controller zou de vrijwillige controle van de prothese verbeteren, in het
bijzonder voor het uitvoeren van bewegingen die niet in rekening worden
gebracht in de eerder genoemde modellen, zoals het op- en aflopen van
trappen/rampen.
De secundaire doelstelling is de mechanische belasting van de gezonde zijde te
beoordelen door elk systeem te vergelijken met het standaard systeem.
Bovendien zal het verschil in aanpassingssnelheid en voorkeuren van patiënten
aan het apparaat worden onderzocht door middel van een kwalitatieve
vragennarie.

Observatiestudie waarbij een maximum van tien transtibiaal geamputeerden
verschillende loopsessies zullen uitvoeren op de loopband om drie verschillende
controllers te vergelijken: een EMG-gestuurd model, een synergie-gestuurd model
, en een reflex-gestuurd model.
De patiënten zullen in twee dagen de volgende metingen ondergaan:
Op de eerste dag wordt de proefpersoon opgenomen in het onderzoek
(modelkalibratie) en zal hij/zij het protheseapparaat interfacen met de
standaardbesturing van de empower en de eerste ontwikkelde enahnced
reflex-gedreven controller testen inclusief perturbed walking trials om het
evenwichtsherstel te evalueren. Op de tweede dag zullen de synergie-gedreven
controller en de EMG-gedreven controller worden getest.
Er zal ook een derde testdag zijn, die optioneel is.

De patiënten zullen geen persoonlijk voordeel hebben van hun deelname.
De risico's voor de proefpersonen die aan dit onderzoek deelnemen zijn gering.
Alle experimenten worden uitgevoerd met een valpreventiesysteem
(veiligheidsharnas of het ZeroG systeem, dat CE-gemarkeerd is). Dit creëert een
veilige en gecontroleerde omgeving voor alle activiteiten die in dit onderzoek
worden onderzocht.
Er zijn geen directe risico's op lichamelijk letsel verbonden aan de
voorgestelde studie.
- Meetapparatuur: De gebruikte meetapparatuur is gecertificeerd voor het
gebruik ervan, en veroorzaakt hooguit ongemak voor de proefpersoon: De
EMG-elektroden en de motion capture markers kunnen huidirritatie veroorzaken
(scheren, schoonmaken of verwijderen van tape).
- Experimentele apparatuur: Een potentieel risico is onverwacht gedrag van de
enkelprothese. Deelnemers zullen een veiligheidsharnas gebruiken in het
Revalidatielab of het ZeroG systeem, dat CE-gemarkeerd is, in het Wearable
Robotics Lab. Mocht de enkelprothese zich anders gedragen dan verwacht, dan kan
de gebruiker het evenwicht herstellen met behulp van het veiligheidsharnas of
de handgrepen rond de loopband. Bovendien is de loopband veilig in gebruik. De
loopband kan op elk moment met een noodknop worden gestopt.