Innovative Kontrollstrategie verbessert Schlaganfall-Rehabilitation mit CASIA-EXO-Exoskelett

Innovative Kontrollstrategie verbessert Schlaganfall-Rehabilitation mit CASIA-EXO-Exoskelett

Schlaganfälle sind eine der Hauptursachen für nichttraumatische Behinderungen weltweit und betreffen jedes Jahr mehr als 15 Millionen Menschen, wobei etwa drei Viertel unter langfristigen funktionellen Beeinträchtigungen leiden. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, langfristige Rehabilitationsprogramme zu entwickeln, die das motorische Umlernen fördern, die neuronale Plastizität verbessern und die tägliche motorische Funktion wiederherstellen können. Die robotergestützte Rehabilitation, die Neurowissenschaften, Biomechanik und fortschrittliche Steuerungssysteme kombiniert, erweist sich als vielversprechender Ansatz.

In den letzten Jahren haben Rehabilitationsroboter vom Exoskelett-Typ, die eine verteilte Interaktion über mehrere Gelenke ermöglichen, aufgrund zusätzlicher Verbesserungen der motorischen Fähigkeiten der oberen Gliedmaßen an Popularität gewonnen. Einige prominente Beispiele für solche Roboter sind ArmeoPower, ANYexo und EXO-UL8. Sie nutzen Kontrollstrategien, die Roboterinterventionen optimieren und die aktive Patientenbeteiligung maximieren. Allerdings verfügen nur wenige bestehende Systeme gleichzeitig über die Erkennung von Bewegungsabsichten, die Erzeugung gewünschter Trajektorien und die Personalisierung des Unterstützungsniveaus für eine effektive und effiziente Neurorehabilitation.

In einer Innovation hat ein Forscherteam aus China unter der Leitung von Professor Zeng-Guang Hou vom State Key Laboratory of Multimodal Artificial Intelligence Systems (MAIS), Institute of Automation, Chinese Academy of Sciences, CASIA-EXO, ein Exoskelett für die oberen Gliedmaßen, entwickelt und eine spannende Kontrollstrategie für das motorische Lernen bei der Neurorehabilitation von Patienten nach Schlaganfall im Kreislauf vorgeschlagen. Ihre neuartigen Erkenntnisse wurden in Band 12, Ausgabe 8 der veröffentlicht IEEE/CAA Journal of Automatica Sinica am 20. August 2025. Zum Team gehören die Forscher Chen Wang und Liang Peng vom MAIS.

Laut Prof. Hou, „CASIA-EXO ist ein Biomimetika mit fünf Freiheitsgraden Exoskelett Das umfasst drei Drehgelenke in schräger Anordnung und zwei Drehgelenke gemeinsame Anordnung in einer seriellen Kette. Seine Dynamik wird modelliert und linearisiert, um unbekannte Parameter zu identifizieren, die in den Schulter-, Ellenbogen- und Handgelenkmechanismen eingebettet sind.“

Im Anschluss an die Modellierung schlagen die Forscher eine neuartige „Patient-in-the-Loop“-Kontrollstrategie für das Rehabilitationstraining zur motorischen Erholung nach einem Schlaganfall vor.

„Es bestehts der absichtsbasierten Trajektorienplanung und der leistungsbasierten Interventionsanpassung. Während eine Oszillator-basierte Absicht Schätzer quanttifiziert den zeitlich variierenden Trainingsbedarf und integriert die invarianten Gesetze in normalen Bewegungsmustern in die mehrgelenkige Trajektoriengenerierung, das leistungsbasierte Adaptive Algorithmus änderns die Unterstützungs- und Widerstandsstufen während der robotergestützten Rehabilitation, die die aktive Teilnahme von Probanden mit unterschiedlichen Beeinträchtigungsgraden fördern können“, erklärt Dr. Wang.

Das Forschungsteam führte verschiedene Experimente durch, um die Wirksamkeit des von ihm vorgeschlagenen Systems zu demonstrieren. Dabei saßen zehn gesunde Probanden auf einem Stuhl, wobei ihr dominanter Arm mit CASIA-EXO gekoppelt war, und reichten die Holzkisten weiter und brachten sie dann mithilfe einer Virtual-Reality-Anzeige zurück. Sie fanden heraus, dass ihre neuartige Kontrollstrategie den Trainingsverlauf und das Interventionsniveau kontinuierlich an die sich ändernden Anforderungen und motorischen Fähigkeiten des Probanden anpasste und so eine robotergestützte Rehabilitation im geschlossenen Regelkreis erleichterte. Folglich kann die enge Zusammenarbeit zwischen Trajektorienplanung und Interventionsanpassung das motorische Umlernen und die funktionelle Wiederherstellung bei Patienten mit motorischen Beeinträchtigungen auf möglichst natürliche Weise unterstützen.

Dieser Durchbruch unterstreicht das Potenzial von CASIA-EXO, eine sicherere, intelligentere und personalisiertere Rehabilitation für Schlaganfallüberlebende zu ermöglichen.

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