پانزده شریک بین‌المللی برای ایجاد اسکلت بیرونی ویژه کودکان مبتلا به فلج مغزی با یکدیگر همکاری دارند. این اسکلت بیرونی به کودکان کمک می‌کند تا گام بردارند و یاد بگیرند که چگونه گام بردارند. تاکنون این نوع اسکلت‌های بیرونی تنها برای بزرگسالان وجود داشته است. پروژه MOTION قصد دارد این را تغییر دهد. با مجله فناوریهای توان‌افزا و پوشیدنی همراه باشید.
از هر ۶۰۰ کودک متولد شده بیش از یک نفر آنها مبتلا به فلج مغزی است. و حدود نیمی از آنها بدون استفاده از وسایل کمکی نمی‌توانند راه بروند. ماهیچه‌های این کودکان عملکرد خود را دارد، اما کنترل مغز کودکان بر روی ماهیچه‌ها معیوب است. همچنین بسیاری از کودکان به علتی همچون تومور، سکته مغزی یا نوعی تروما پس از تولد دچار فلج مغزی می‌شوند. پژوهشگران قصد دارند با پروژه «ارتز برای کودکان دارای اختلالات عصبی» یا به طور خلاصه پروژه MOTION به این کودکان کمک کنند.
آموزش آسان‌تر
پروفسور Luc Labey از گروه مهندسی مکانیک در دانشگاه کاتولیک لوون بلژیک توضیح می‌دهد: «ما روی بچه‌های ۸ تا ۱۲ سال تمرکز داریم. با توجه به اینکه مشکلات آنها در درجه اول مربوط به کنترل عضلات است، ما فکر می‌کنیم که این اسکلت بیرونی می‌تواند کمک بزرگی باشد. مغز و سیستم عصبی اندام‌های منعطفی هستند».
وی گفت: «آنها با تمرین بسیار و اصلاح تدریجی حرکات، می‌توانند کنترل حرکات خود را بهبود بخشند. اما آموزش از نظر جسمی و روحی دشوار است. بسیاری از کودکان با بزرگتر شدن و محدود شدن به یک ویلچر، تلاش برای راه رفتن را متوقف می‌کنند. با داشتن اسکلت بیرونی، آنها می‌توانند به شیوه‌ای سرگرم کننده‌تر تمرین کنند».
Katrin van Herpe این را تأیید می‌کند. او یک پزشک متخصص در طب فیزیکی و توانبخشی است. وی روزانه در مرکز توانبخشی کودکان Pulderbos با کودکان مبتلا به فلج مغزی کار می‌کند و به خوبی با چالش‌ها و فرصت‌ها آشنا است. وی از روی تجربه می‌گوید: «متخصصان باید هنگام نظارت بر کودکانی که در مهارت‌های حرکتی خود دچار اختلال هستند، به موارد بسیاری توجه کنند. شما باید کودک را به صورت قائم نگه دارید، آن را رها نکنید، یک پا را به جلو بکشید و به پای دیگر نیز توجه کنید. این برای کودک و درمانگر بسیار استرس‌زا و پس از مدتی ناامید کننده است. این بسیار تخریب کننده است. فناوری جدید به درمانگر این فرصت را می‌دهد تا بدون توجه به سایر مسائل جانبی، روی عملکرد و الگوی گام برداشتن تمرکز کند».
اسکلت‌های بیرونی موجود برای کودکان بسیار سنگین هستند
اسکلت‌های بیرونی یک موضوع داغ است. آنها مدتها است که توسط بزرگسالان مورد استفاده قرار گرفته‌اند و نتایج بسیار خوبی به همراه داشته‌اند. پس چرا کودکان از اسکلت‌های بیرونی توانبخشی استفاده نمی‌کنند؟ Van Herpe معتقد است: «اسکلت‌های بیرونی موجود بسیار سنگین هستند. کودکان نه تنها از بزرگسالان کوچکتر و سبک‌تر هستند، بلکه از نظر قد و وزن نیز تفاوت بسیاری با یکدیگر دارند. می‌توانید اسکلت‌های بیرونی کوچک، متوسط و بزرگی را برای بزرگسالان بسازید. اما برای کودکان، به شخصی‌سازی بیشتری نیاز دارید. هم برای قسمت‌هایی از اسکلت بیرونی که بر روی بدن پوشیده می‌شود و هم برای عملکرد موتور».
از این گذشته، اسکلت‌های بیرونی فعلی معمولاً برای افرادی در نظر گرفته شده است که اصلاً نمی‌توانند گام بردارند و این موجب کنترل راحت‌تر اسکلت بیرونی می‌شود. Labey توضیح می‌دهد: «ربات مسئولیت گام برداشتن را برعهده دارد. همه کاری که بیمار انجام می‌دهد این است که مرکز ثقل خود را جابجا کند تا مشخص شود کدام پا نیاز به حرکت دارد. هدفی که ما در ذهن داریم توانایی گام برداشتن بیمار است. اسکلت بیرونی جدید به منظور فعال نگه داشتن ماهیچه‌ها، به جای گام برداشتن به الگوی راه رفتن کمک می‌کند. زیرا اگر اسکلت بیرونی با الگوی راه رفتن این بیماران همراه نشود، احتمال آسیب دیدگی عضلات یا حتی افتادن وجود دارد».
اسکلت بیرونی ماژولار
در مرحله نخست پژوهشگران کار را بین خود تقسیم می‌کنند. Mobilab & Care از دانشگاه علمی کاربردی توماس مور بلژیک روی ارتز فعال مچ پا کار می‌کند. دانشگاه کاتولیک لوون بلژیک روی اسکلت بیرونی قسمت ران تمرکز دارد. دانشکده مهندسی فرانسوی HEI در حال ساخت قاب و اسکلت بیرونی کامل است. دانشگاه کنت (انگلستان) در حال مقابله با چالش‌های سخت افزار و کنترل الکترونیکی است.
آنها این کار را نه تنها برای صرفه جویی در زمان انجام می‌دهند بلکه به این دلیل که برخی از کودکان در حال حاضر از بخش‌هایی از اسکلت بیرونی استفاده می‌کنند. Labey می‌گوید: «گروه مورد هدف ما بسیار وسیع است و همه در گام برداشتن در مقیاس بیشتر یا کمتر با مشکل روبرو هستند. برای نمونه، کودکانی وجود دارند که عمدتاً در مفصل مچ پای خود مشکل دارند، در اینجا ممکن است یک ارتز مچ پا بتواند به اندازه کافی کمک کننده باشد».
اصلاح الگوی راه رفتن
بنابراین، ماژول‌های مختلف وظیفه اصلاح الگوی گام برداشتن را بر عهده دارند. برای این منظور، پژوهشگران به دنبال مجموعه داده‌های مختلفی هستند که مرکز توانبخشی UZ Leuven Pellenberg در طی سالیان متمادی جمع آوری کرده است. در طول راه رفتن مچ پا و لگن با یک آهنگ مشخص، خم و کشیده می‌شود. آنها با مقایسه الگوهای راه رفتن معمولی کودکان مبتلا به فلج مغزی و سایر همسالانشان، امیدوارند اختلاف‌هایی را که در هر لحظه هنگام راه رفتن اتفاق می‌افتد را تعیین کنند. سپس موتور، قدرت از دست رفته عضله برای تنظیم مفصل ران یا مچ پا در زاویه صحیح را می‌افزاید.
Labey ادامه می‌دهد: «برای این کار، ما با تعداد بسیاری رویداد گام برداشتن کار می‌کنیم. برای نمونه در هنگام برقراری تماس با زمین. این رویداد نشانگر انتقال از مرحله آونگ به مرحله پشتیبانی است. شما باید دقیقاً بدانید کودک در هر زمان در کدام قسمت چرخه گام برداشتن قرار دارد تا بتوانید زاویه صحیح لگن را محاسبه کنید. البته الگوی راه رفتن در بیماران ما غیرقابل توصیف است. آنها زاویه‌های مناسب را ایجاد نمی‌کنند».
«برای نمونه برخی افراد، ابتدا با پاشنه پا به زمین ضربه نمیزنند بلکه با انگشتان پا روی زمین فرود می‌آیند. این بدان معنی است که یک حسگر فشار روی پاشنه، تماس با زمین را تشخیص نمی‌دهد، بلکه به وسیله‌ای روی قسمت جلویی که حرکت را ثبت می‌کند مثلا ژیروسکوپ نیاز دارید».
ردیابی این رویدادها در گام برداشتن یک چالش است. ردیابی باید به اندازه کافی قابل قبول باشد به طوری که الگوریتم بتواند الگوی مخرب راه رفتن را تشخیص دهد. این رویدادها در میلی ثانیه اتفاق می‌افتد. اگر خیلی دیر مداخله کنید، بیمار سقوط خواهد کرد.
گام برداشتن دشوارتر از آن است که به نظر می‌رسد
Van Herpe می‌گوید: «گام برداشتن دشوارتر از آن است که به نظر می‌رسد. مغز باید مقدار باورنکردنی از عضلات را در زمان مناسب منقبض یا رها کند».
در مرحله بعد، پژوهشگران قسمت‌های جداگانه را به هم متصل می‌کنند تا به یک اسکلت بیرونی واحد تبدیل شود. موتورهای مجزا باید با یکدیگر ارتباط برقرار کنند تا مشخص شود دقیقاً مشکل در کجا قرار دارد و چه مقدار نیرو باید وارد شود. دانشگاه Kent در تلاش است نقش هوش مصنوعی در طراحی یک مدل کنترلی را درک کند.
به گفته Van Herpe: «اسکلت بیرونی به طور عمده در طول درمان توسط پزشکان مورد استفاده قرار می‌گیرد. از طرف دیگر ارتز مچ پا چیزی است که بیماران نیز می‌توانند با خود به خانه ببرند. بنابراین آنها می‌توانند در خانه تمرین کنند و حرکت خود را ادامه دهند».
کودکانی که از ارتز مچ پا استفاده می‌کنند، در حال حاضر یک آتل پا می‌پوشند که هیچ حرکتی در آن وجود ندارد. اگر مچ پا را با زاویه ۹۰ درجه ثابت کنید، عضله دو قلو دیگر نمی‌تواند خیلی کار کند. اگر کمی مچ پا را آزاد کرده و یک موتور کوچک به آن وصل کنید، عضله قادر به حرکت مجدد خواهد بود. Van Herpe توضیح می‌دهد: «یک آتل مچ پا را به عنوان نوعی کفش اسکی تصور کنید. شما می‌توانید با آن گام بردارید، اما خیلی بی دست و پا خواهید بود. شما آزادی بسیاری برای جابجایی ندارید. تصور کنید که کفش اسکی با پای شما حرکت و همچنین در لحظه مناسب نیرو وارد می‌کند. این همان چیزی است که ما به دنبال آن هستیم».
هر کودک به آزادی حرکت احتیاج دارد
برای اینکه بتوانید یک اسکلت بیرونی کامل را با خود به خانه ببرید، راه طولانی در پیش است. در نهایت پژوهشگران باید انواع مختلف موانع و سطوح و جنبه‌های ایمنی اسکلت بیرونی را در نظر بگیرند. اشاره‌ای به بودجه و قیمت آن نمی‌کنیم. اما Van Herpe بسیار امیدوار است. عضلات کودکانی که دارای صدمات مغزی هستند، کوتاه می‌شوند و کشش مفاصل آنها دشوارتر است. به همین دلیل ما از آنها می‌خواهیم که هر روز یک ساعت را در یک دستگاه ایستاده بمانند. چرخ‌هایی برای حرکت دادن این دستگاه وجود دارد، اما امیدوارم که روزی بتوانیم اسکلت بیرونی را جایگزین آن کنیم. کودک به آزادی حرکت احتیاج دارد. نه تنها از منظر آناتومیکی بلکه برای کشف جهان.».
راحتی یک اولویت است
مهندسانی که در حال تهیه اسکلت بیرونی هستند، بسیار نزدیک با مراکز توانبخشی کار می‌کنند تا دقیقاً نیازهای کودکان و متخصصان درمانی را درک کنند. و مهمترین شرایطی که آنها ایجاد می‌کنند آسایش، کاربرپسندی و امنیت است. اگر کودکی بخواهد کاری انجام دهد، صبر زیادی ندارد. نمی‌توان از کودکان خردسال انتظار صبور بودن داشت، به ویژه اگر هیجان زده باشند. اگر پوشیدن اسکلت بیرونی نیم ساعت طول بکشد، نیمی از کودکان با آن کار نمی‌کنند.
از این گذشته، کودکان پیش از اینکه بتوانند واقعاً تحت توانبخشی قرار گیرند، باید نسبت به خود احساس خوبی داشته باشند. Van Herpe ادامه می دهد: «ما به ایجاد اعتماد بسیار اهمیت می‌دهیم. به همین دلیل مهم است که کودکان نسبت به این اسکلت بیرونی احساس خوبی داشته باشند. چقدر امن است؟ چقدر راحت است؟ چنین اسکلت بیرونی چشمگیر است. پاهایشان به خوبی به مغزشان گوش نمی‌دهد و حالا مجبور هستند که با یک ماشین نیز برخورد کنند. این می‌تواند استرس زا باشد».
پژوهشگران در حال طراحی منسوجات هوشمند هستند که مناسب اسکلت بیرونی باشد. با اندازه‌گیری سیگنال‌های ECG، میزان گرما و عرق، درمانگران می‌توانند دریابند که آیا کودکان در اسکلت بیرونی احساس تنش دارند یا خیر. افزون بر این، این نوع پارچه می‌تواند از سیگنال‌های EMG برای اندازه‌گیری فعالیت عضلات استفاده کند. مهندسان می‌توانند بر اساس این سیگنال‌ها، در کنترل اسکلت بیرونی پیشرفت‌هایی داشته باشند.
نخستین آزمایش‌ها در اوایل سال ۲۰۲۱
در حال حاضر نتایج نخستین آزمایش‌های ارتز مچ پا روی افراد سالم مطلوب بوده است. به نظر می‌رسد تشخیص رویدادهای گام برداشتن برای مقابله با هرگونه انحراف، قابل اعتماد و کافی است. آغاز آزمایش رو یبماران؟ Labey می‌گوید: «آزمایش‌ها می‌تواند از پاییز ۲۰۲۱ آغاز شوند. گرچه بحران کرونا ممکن است چند چیز را به تأخیر انداخته باشد. ابتدا همه ماژول‌ها را بطور جداگانه آزمایش خواهیم کرد، سپس روی اسکلت بیرونی کامل کار می‌کنیم».
نگاهی به آینده
Van Herpe می‌گوید: «اگر این اسکلت بیرونی به ما اجازه دهد سریعتر توانبخشی را آغاز کنیم و اقدامات بیشتری انجام دهیم، می‌توانیم برای کودکان تفاوت اساسی ایجاد کنیم. به ویژه در کودکانی که پس از تولد دچار آسیب مغزی شده‌اند. شما در روزها، هفته‌ها و ماه‌های نخست پس از آسیب مغزی سریعتر بهبود می‌یابید».
و گروه هدف نباید محدود به کودکان مبتلا به فلج مغزی باشد. این برنامه همچنین قادر خواهد بود به کودکان مبتلا به فلج نخاعی یا اختلال جدی در عضلات کمک کند.
بیشتر بخوانیم:
>> تازه ترین فناوری ها برای بهبود زندگی کودکان مبتلا به فلج مغزی
>> اسکلت بیرونی برای کودکان فلج مغزی: آیا ارزش امتحان کردن دارد؟
>> تاثیر مثبت جسمی و اجتماعی توانبخشی کودکان فلج مغزی با واکر رباتیک SoloWalk
منبع: innovationorigins.com
«استفاده و بازنشر مطالب تنها با ذکر لینک منبع و نام (مجله فناوریهای توان افزا و پوشیدنی) مجاز است.»
