Chengxiang Liu
Onderbeenprothesen: optimale 'human-in-the-loop' co-adaptatie
Na het afronden van mijn masteropleiding Mechatronica, heb ik ruim twee jaar bij instellingen gewerkt die medische robots ontwikkelden. In maart 2023 ben ik begonnen met mijn PhD project bij HTRIC. Daar werk ik aan het ontwikkelen van een ‘human-in-the-loop’ benadering, waarbij de gebruiker en de (controle-instellingen en mechanische parameters van de) prothese zich in een optimalisatieproces aanpassen aan elkaar. Het onderzoek dat ik voor dit project doe kan bijdragen aan de verbetering van de levenskwaliteit van patiënten met amputaties.
Dit project is aangevraagd door prof. dr. Raffaella Carloni (FSE) en prof. dr. Han Houdijk (UMCG).
Start project: maart 2023
De optimale transfemorale amputatie-prothese co-adaptatie (Co-adapt)
Laten we beginnen met een introductie van mijn PhD-project: De optimale transfemorale geamputeerde-prothese co-adaptatie (Co-adapt). Het project stelt voor om de interactie tussen gebruiker en prothese te verbeteren vanuit het perspectief van co-adaptatie, waarbij rekening wordt gehouden met het wederkerige karakter van dit proces. De voorgestelde aanpak combineert de complexiteit en inherente onvoorspelbaarheid van het gedrag van de musculoskeletale en motorische controlesystemen van de gebruiker.
Op deze manier kan de prothese de input van de geamputeerde integreren om optimale controle en mechanische instellingen voor de juiste menselijke beweging te vinden. Bovendien heeft dit project tot doel oplossingen te bieden om de functie van de aangedreven prothese te optimaliseren. Met het realiseren van deze doelstelling zullen mensen met een amputatie van de onderste ledematen de prothese beter accepteren, zal hun kwaliteit van leven verbeteren, zullen hun sociale contacten worden vergroot en zal hun (re-)integratie in de samenleving en de arbeidsmarkt worden vergemakkelijkt.
Het project is gebaseerd op een eerder project, MyLeg (toegekend door de Europese Unie in Horizon 2020 in 2018). Daarom hebben we de volledige mechanische structuur van de prothese en zijn de meeste elektronische systemen gereed. De rest van het werk richt zich voornamelijk op de ontwikkeling van controleschema’s, klinische experimenten en validatie.
De afgelopen zes maanden heb ik vooral gewerkt aan de ontwikkeling van een beenprothese om een vooraf bepaald traject te volgen en kritische parameters tussen de interface en de gebruiker af te stemmen. Verder onderzoek zal het stijfheids- en evenwichtseffect op de loopprestaties onderzoeken, gemeten aan de hand van metabolische energie en asymmetrische en staplengtevariabiliteit. Daarna zal de reactie van de gebruiker op de instellingen/parameters van de prothese continu worden beoordeeld tijdens het lopen, en zullen iteratieve aanpassingen aan deze instellingen/parameters worden gemaakt om de gedefinieerde kostenfuncties gerelateerd aan de loopprestaties te optimaliseren.
Het ontwikkelen van een prothesebeen kan soms vervelend zijn en veel tegenslagen veroorzaken. Om een bug op te lossen, moet je soms meerdere dagen besteden aan het doornemen van duizenden regels code en het controleren van tientallen kabelverbindingen. Nog frustrerender is dat er meer bugs kunnen verschijnen nadat één bug is opgelost. Niettemin, als de bugs zijn opgelost, zijn de gevoelens van vreugde en beloning ook bij u aanwezig en werkt de prothesepoot zoals verwacht. Hieronder ziet u een foto waarop ik het prothesebeen met adapter draag.
Concluderend ben ik enthousiast over wat ik doe en hoe de potentiële bijdrage kan worden geleverd om de dagelijkse levenskwaliteit van geamputeerden te verbeteren. Neem gerust contact met mij op als u meer wilt weten over mijn reis bij het ontwikkelen van het prothesebeen!
MyKnee prothesekniegewricht met variabele stijfheid
Bereid je voor op een reis naar het hart van innovatie terwijl we de nieuwste doorbraken in prothesetechnologie onthullen. Vandaag zetten we het door MyKnee aangedreven prothesekniegewricht met variabele stijfheid in de schijnwerpers. ons huidige streven ligt in het ontwikkelen van een besturingsarchitectuur voor energieabsorptie en -herstel tijdens de standperiode, een symfonie van staatsmachines en impedantiecontrollers. De staatsmachine garandeert een betrouwbaar onderscheid tussen de standfase en de flexie/extensie van het kniegewricht tijdens de vleugelfase. De impedantieregelaar stemt de variabele stijfheidsverbinding af, en met name de evenwichtshoekpositie en mechanische stijfheid
Om de impact van de impedantiecontrole en van de variatie van de loopsnelheid op de energieabsorptie en het herstel van het prothesegewricht te beoordelen, hebben we een reeks experimenten uitgevoerd met een gezonde deelnemer die het MyKnee-prothesekniegewricht droeg, zoals weergegeven in de onderstaande figuur. We bereiden meer tests voor, zowel bij valide proefpersonen als bij mensen met een transfemorale amputatie. Deze tests waren niet alleen tests van de functionaliteit; het waren ontdekkingsreizen, met als doel de ingewikkelde wisselwerking tussen impedantiecontroleparameters en hun effecten op looppatronen en metabolische kosten te belichten. Door de zorgvuldige analyse van de experimentele gegevens hebben we een schat aan inzichten blootgelegd in de dynamische aard van energieopslag en -herstel tijdens de standperiode. We ontdekten dat variaties in de stijfheid en het evenwicht van het prothesekniegewricht, gekoppeld aan veranderingen in de loopsnelheid, een diepgaande invloed uitoefenden op de energieabsorptie en het herstel binnen de veren, evenals op de variatie van de kniehoek tijdens de standperiode en de metabolische kosten tijdens de standperiode. lopen. Concreet correleerden een grotere evenwichtshoek, lagere stijfheid en hogere loopsnelheid met verbeterde energie-uitwisseling en verbeterde knieflexie tijdens de standperiode.
We weten nog steeds niet wat de optimale instelling van deze parameters is. Deze bevindingen bieden echter een solide basis voor verdere optimalisatie en verfijning, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor de ontwikkeling van nog geavanceerdere prothesesystemen die individuen met een transfemorale amputatie in staat stellen om met vertrouwen en gratie te bewegen.
