Další oblastí vývoje exoskeletu je nositelná robotika určená jako rehabilitační nebo augmentační zdravotnický prostředek. První funkční lékařský exoskelet vytvořil v roce 1972 Mihajlo Pupin Institute v Bělehradě v Jugoslávii. Ačkoli několik laboratoří prokázalo prospěšnost použití exoskeletů pro lékařské použití, výzkum v průmyslové robotice byl mnohem praktičtější a výnosnější. O desetiletí později byl vývoj exoskeletu pro lékařské použití znovu obnoven.Nejdříve pomáhal zdravotníkům při zvedání a přenášení pacientů.

Netrvalo dlouho a vývoj se přesunul k pacientům. Jedním z významných vlastností exoskeletonů je, že dokážou dokonale a opakovaně provést stejný pohyb. To znamená, že pacienti jsou schopni provádět více opakovacích cviků ve stejném množství času. Jakmile se pacient stává silnějším a sebevědomějším, jednoduše se podpora exoskeletonu utlumuje. V ideálním případě dosáhne požadovaná pomoc na konci rehabilitačního programu nulu a pacient už nikdy nebude muset exoskeleton používat.

Lékařské exoskeletony pro rehabilitaci a augmentaci

Exeskeletony pro lékařské účely můžeme rozdělit na: rehabilitační a podpůrné. Rehabilitační se používají jako nástroj pro rozšíření rehabilitačního programu a po dokončení programu se již nepoužívají. Nositelná pomůcka pro mobilitu je používána trvale a neočekává se, že se uživatel může časem zotavit. V tomto případě se exoskeleton stává augmentativním zařízením.

Praktický příklad exoskeletu pro rehabilitaci a augmentaci: Ekso GT vs REX.

Ekso GT od společnosti Ekso Bionics může používat osoba, která je schopna přesunout váhu z jedné nohy na druhou. Software variabilní asistence Ekso GT umožňuje cílenou pomoc (jedna noha může potřebovat více pomoci než druhá) a postupně dokáže snižovat asistenční sílu, když se pacient během rehabilitace stává silnějším. Naproti tomu REX od REX Bionics má plnou kontrolu nad chůzí, včetně přenosu váhy z jedné nohy na druhou. Uživatel exoskeletonu REX nepoužívá vlastní svaly. Člověk s úplným ochrnutím ho může použít k vstávání a chůzi.

Lékařská protetika pro rehabilitaci a augmentaci čelí různým konstrukčním výzvám. Rehabilitační exoskelet je nastavitelný pro různé osoby a provádí přesný pohyb x-krát. Navíc díky citlivým senzorům dokáží zaznamenávat informace od každého pacienta a tím přesně vyhodnotit zlepšení stavu. Obvykle se používá při rehabilitaci denně a to 1 až 2 hodiny.

Zatímco augmentativní exoskelet musí být zhotoven na míru pro konkrétního uživatele. Musí mít delší životnost baterie (je-li napájen) a musí být pohodlně nošen po celý den. Komfort po dlouhou dobu nošení je obzvláště velkou výzvou.

I když nositelné oblečení udělalo velké pokroky, nošení robota po mnoho hodin a snaha dělat každodenní úkoly stále zůstává výzvou. Například nošení elektrické rukavice, která zvyšuje přilnavost. Jenže použití této rukavice se během dne mění. Je rozdíl, pokud pacient umývá nádobí nebo si jde umýt ruce.

Horní část těla vs. Spodní část těla

Dalším způsobem, jak rozlišit lékařské exoskeletony, je dle oblasti, na kterou se zaměřují. Buď horní nebo dolní část těla. Cílem lékařských exoskeletů dolní části těla je zlepšit chůzi nebo pomoci jednotlivým kloubům (například pouze pro kolenu). Lékařská protetika horní části těla se zaměřuje na paži (rameno, loket) nebo ruku (prsty, zápěstí). Zdravotnická robotika nositelná na horních a dolních částech těla může být opět rozdělena na rehabilitační a augmentační.

Stacionární vs. Mobilní

Třetím způsobem, jak rozdělovat lékařské exoskeletony, je jejich pohyblivost. Mohou být buď stacionární, uchycené nebo mobilní. Stacionární exoskeletony jsou obvykle připevněny ke zdi nebo jsou připojeny přímo k zemi prostřednictvím pevného rámu. Uchycené exoskeletony lze zavěsit na horní vodicí kolejnici, podepřít kovovým rámem na kolečkách nebo může být přímo podepřen mobilním robotem. Stacionární a uchycené exoskeletony mohou mít velké motory a žádná jejich hmotnost nebude zatěžovat uživatele. Mobilní lékařské exoskeletony lze nosit venku nebo doma. Vyžadují baterii a regulátory, které jsou umístěny v omezeném prostoru. Mobilní exoskeletony jsou mnohem komplikovanější a dražší.

Dle typy ovládání: předprogramované a ostatní

Čtvrtý způsob, jak rozdělit lékařské exoskeletony, je dle strategie ovládání, kterou používají. Nejzákladnější strategií je předem naprogramovaný nositelný robot, který provádí předem určené pohyby. Složitější lékařské exoskeletony čtou elektrické nervové signály z páteře, paží a nohou a převádí ji na motoriku uživatele. Některé lékařské exoskeletony se zlepšují ve čtení nervových signálů přímo z mozku, aby aktivovaly lékařského nositelného robota. Nejsložitější lékařské exoskeletony mohou poskytnout FES (Functional Electrical Stimulation(link is external)) při současném řízení exoskeletonu.

Exoskeletony Hyundai

Hyundai H-MEX (Hyundai Medical Exoskeleton) není dokonalé zařízení, ale s jeho pomocí se dají zdolat i schody nebo jiné překážky, které by vozíčkář bez pomoci jiných neměl šanci překonat. Hyundai Medical Exoskeleton jsou motorizované hliníkové nohy, které pomáhají těm lidským. Zařízení váží celkem 18 kilogramů a připevňuje se na chodidla, nohy a záda. Má dvě dvojice kloubů u kyčlí a kolen. Nedílnou součástí je baterie s kapacitou 222 Wh s výdrží na 4 hodiny pohybu.

H-MEX ale není exoskeleton, který by sám o sobě dovolil svému uživateli se vzpřímeně pohybovat a držel rovnováhu. Nezbytné jsou hole z uhlíkového vlákna, díky nimž se člověk může nahnout mírně dopředu, aby se mohl následně vůbec pohybovat. Na jedné z holí jsou pak do kosočtverce umístěna čtyři tlačítka, která představují různé funkce, a to sednout či vstát, jít, jít po schodech a otočit se.

Aby byl pohyb plynulý, chce to trošku cviku. Musí se trošku nahnout dopředu a jednu nohu dát dále než druhou a po stisku tlačítka nohy na ovládání u hole, udělají jeden krok. Pak se posune druhá hůl dopředu a opět se stiskne tlačítko a druhá noha udělá krok.  Tím lze dosáhnout při chůzi rychlost 2,5 km/h.

ALEx od KineteK Wearable Robotics

ALEx je poháněný, stacionární / pevný rámový exoskelet pro rehabilitaci celé paže. Robotické rehabilitační prostředky těží z toho, že jsou schopny opakovaně reprodukovat přesně stejnou dráhu pohybu. ALEx lze také integrovat s vizuální zpětnou vazbou, jako jsou videohry či virtuální realita.

ALEx je robotický exoskelet pro neuromotorickou rehabilitaci funkcí horní končetiny. Návrh vychází z laboratoře PERCRO Scuola Superiore Sant’Anna a používá se po mozkové příhodě. Provádí opakované řízené pohyby s přednastavenou sílou a točivým momentem. Byl úspěšně použit pro rehabilitaci neuromotorické mrtvice a rehabilitaci ramene po operaci ramene (není to malý úkol, rameno je nejsložitějším jediným kloubem v lidském těle).

Více inforamcí na: http://www.wearable-robotics.com/kinetek/products/alex/

 

ArmeoSpring Pediatric od společnosti Hocoma

Jak název napovídá, ArmeoSpring Pediatric je menší verzí ArmeoSpring. Pediatrický exoskelet ArmeoSpring je rehabilitační zařízení s loketní rukou (se zaměřením na zápěstí, nikoli prsty). Je určen pro děti od 4 do 12 let. Zařízení poskytuje stejný rozsah výhod jako ArmeoSpring. Interaktivní cvičení, zejména cvičení prezentovaná jako hry jsou ještě důležitější pro děti, které by jinak těžko zůstaly soustředěny. Hocoma má skvělou dokumentaci svých zařízení, a proto doporučuji navštívit webové stránky: https://www.hocoma.com/us/solutions/armeo-spring/#product

 

Hand of Hope od Rehab Robotic

Hand of Hope neboli Ruka naděje je poháněný exoskelet ve tvaru rukavice, který pomáhá při rehabilitaci. Byl uveden na trh jako vyučovací zařízení pro opětovné učení pohybů ruky. Je určen pro neuromuskulární rehabilitaci ruky a předloktí. Účelem je pomoci pacientům znovu získat mobilitu v rukách. Může být aktivován pomocí bioelektrických signálů z povrchových elektromyografických senzorů. Vizuální zpětná vazba a interaktivní hry udržují pacienty soustředěné a zvyšují kvalitu rehabilitačních procedur. Nejčastěji se používá u pacientů s mrtvicí, kde pomáhá v učení jemné motoriky.

Více informací získáte na: http://www.rehab-robotics.com

 

          

MyoPro od Myomo

MyoPro je výkonná ortéza na ruku a lokty, kde její výzkum začíná již v roce 1990. Přestože byl původně navržen jako rehabilitační nástroj, nyní se používá jako mobilní pomocné zařízení pro každodenní použití. Je určen pro lidi, kteří nejsou schopni získat 100% funkčnost jejich paže a ruky. MyoPro využívá intuitivní ovládání pomocí detekce EMG signálů, a tím ohýbat ruku v požadovaném směru.

Více informací naleznete na: https://myomo.com

 

SEM Glove od Bioservo

Rukavice SEM je pomocné ruční zařízení navržené tak, aby pomáhalo lidem se slabým uchopením. Nedostatek síly v prstech pro držení předmětů může být způsobeno svalovými nebo neurologickými problémy. Technologie Robotic SEM (Soft Extra Muscle) je intuitivní pomůcka pro posílení přilnavosti. Rukavice jsou vyrobeny ze tří částí: odlehčená rukavice se senzory, pouzdro s ovladačem a baterií a připojovací systém. Připojovací systém má snadno použitelnou funkci zapínání / vypínání, díky níž je snadné rukavici vyjmout nebo vyměnit. Hmotnost systému je cca 700 g. Dodanou pomocnou sílu lze upravit v závislosti na potřebách uživatele. Vestavěné senzory na špičkách prstů rukavice zajišťují, že je aplikována ta správná síla.

Bioservo odhaduje, že v Evropě, Severní Americe a Japonsku má více než 50 milionů lidí slabý úchop v důsledku nemoci, zranění, mrtvice nebo stáří. Rukavice SEM si klade za cíl poskytnout řešení všem těmto lidem, bez ohledu na to, zda potřebují zvláštní přilnavost doma, v rehabilitačním centru nebo na pracovišti.

Více informací naleznete na: https://www.bioservo.com

 

         

Keeogo od B-Temia

Jedná se o exoskelet s pohonem určený pro asistenci při chůzi. Zařízení je určeno pro ty, kteří mají potíže s chozením po schodech a při obyčejné chůzi jim schází vytrvalost. Keeogo vyrábí kanadská vývojová společnost B-Temia. Je dokonce navržen tak, aby jej mohli používat lidé, kteří jen těžko stojí po dlouhou dobu. Keeogo je nabízen pro ty, kteří trpí osteoartrózou kyčle, roztroušenou sklerózou či Parkinsonovou chorobou. Nastavitelná motorizovaná síla doplňuje vlastní svalovou sílu uživatele. Tento nositelný robot je konstruován jako sportovní popruhový systém. Tím se výrazně liší od ostatních exoskeletonů na trhu.

Více informací na: https://keeogo.com

 

C-Brace of Ottobock

C-Brace je pouze kolenní exoskelet. Jedná se o lékařské ortopedické zařízení, které monitoruje fázi kývání nohy a zajišťuje ovládání kolena. C-Brace otevírá nepředvídané možnosti v oblasti neuro-ortopedie. Díky zabudovaným senzorům v nositelném systému řídí systém jak fázi postoje, tak fázi výkyvu v reálném čase. Tímto způsobem je C-Brace schopen optimalizovat průběh chůze v každé jednotlivé fázi. C-Brace je ​​vylepšená verze výztuhy, které jednoduše zamknou koleno.

Více informací na https://www.ottobockus.com

 

Indego

Indego je výkonný kyčelní exoskelet pro trénink chůze. Exoskelet Indego je dodáván ve dvou verzích: Indego Personal a Indego Therapy. Lze ho použít pro terapii jako tréninkový nástroj chůze, ale také jako doplňková pomůcka pro mobilitu k invalidnímu vozíku.

Exoskelet Indego má modulární design a lze jej snadno rozebrat pro snadné skladování a přepravu. Je to také první exoskeleton s aplikací pro iOS, která je navržena tak, aby umožňovala snadnou komunikaci s exoskeletonem. Indego byl schválen FDA pro klinické a osobní použití u pacientů s poraněním míchy. V USA je Indego uváděn na trh pro jednotlivce s úplným nebo neúplným poraněním míchy T4. Pro Evropu je uváděn na trh pro osoby se slabostí nebo ochrnutím dolních končetin (poznámka: vzhledem k různým předpisům v Severní Americe, Evropě a Asii je velmi běžné, že exoskeletová zařízení mají různé uvedené schopnosti).

Obsahuje Li-ion baterii a jeho celková sestavená hmotnost je cca 12kg a zabudovanou vibrační zpětnou vazbu od uživatele. Nedávný výzkum ukázal, že hmatová zpětná vazba je v některých případech rehabilitace chůze velmi důležitá)

Více informací na: http://www.indego.com/indego/en/home

 

Další odkazy na společnosti, které se zabývají exoskeletony pro lékařské účely:

• CARAPACE od Lorenzo Masia
• Pneumatic Power Assist Glove od Daiya
• Inflatable Soft Exoskeleton od Otherlab Orthotics
• Inflatable Soft Robotic Glove – Wyss Institute
• Affordable Tremor Suppression Arm – MedEXO Robotics

• HANK od Gogoa
• ReWalk by ReWalk Robotics
• Hal Medical by CYBERDYNE
• Ekso GT od Ekso Bionics
• Indego od Parker Hannifin
• ExoAtlet od ExoAtlet
• Atlas od Marsi Bionics
• AxoSuit od AxoSuit
• X1 Mina Exoskeleton od NASA-IHMC
• REX od REX Bionics

 

Závěr

První zkušenosti s těmito přístroji ukazují, že jejich použití je bezpečné a přínosné. Pacienti s těžkými nebo úplnými obtížemi při chůzi (například paraplegici) jsou schopni chodit s pomocí bionického robota, a to po absolvování jedné až tří lekcí pod dohledem fyzioterapeuta. Exoskeletony se používají v České republice. Konkrétně v rehabilitační centru v Kladrubech. V současnosti používají exoskelety od dvou společností – izraelská Argo (http://www.argomedtec.com) a americká Ekso (http://www.eksobionics.com/eks). Obě mají „CE“ certifikaci.  Více informací na http://www.rehabilitace.cz/pro-odbornou-verejnost/odborna-cinnost/clanky-a-odborne-publikace/nestacionarni-roboticke-exoskelety-dolnich-koncetin-v-cr/