JNER：一种超轻量级、多功能、无束缚的机器人踝关节外骨骼在脑瘫患者中的功能性和性能验证

踝关节外壳有可能增强未备受伤形态和神经细胞结核病形态的西行掌控能力。踝关节是动力系统对特别设计的一个类似最终目标，因为它在必要的两足民族运动中都起着关键作用，并且是神经细胞功能缺损形态中都类似的备受影响关节。例如，中风脑瘫（CP）的形态往往有踝关节-足底阿尔肌无力。外壳是一种必要的康复手段。已经有古书确实，在站立过渡期，双边适时与适用者的生命体踝关节力矩并成比例在水平西行过程中都，可以提高CP小群体的可用和西行反应速度等关键指标。然而，中期原型的可靠性和耐用性较差，并且确实对于体重大于45 kg的形态无效，因为曲轴产生依赖于，右脚模组一般而言脚踝和脚的民族运动显着。但，CP症状在没学术研究职员或技术职员制裁的情况下戴著和配置踝关节外壳的掌控能力仍然难以明确。

本学术研究的第一个最终目标是外观设计一种新型踝关节外壳，并审核西行前夕的民族运动机动性。第二个最终目标是通过降低健康并成年人快速侧向西行的可用，突出该电子设备的相关性和多功能性这些中都等强度到低压的举办活动开展这些人体机动性试验中，本文假设两组人在适用vs西行时都会有显着的提高。最终最终目标是完并成可用性审核，量化用户或其看护人在没学术研究职员制裁的情况下适用和加装电子系统对的整整。本文发表在《神经细胞病学，神经细胞外科学和精神病学杂志》上（Journal of Neurology, Neurosurgery Andrew Psychiatry）。

外观设计了一个更轻的双向充电电池断电的右脚外壳。背部加装的压缩机通过链条到电缆传输系统对飞轮右脚处的滑轮模组。装有仪的踝关节滑轮加装在碳纤维隧道内，碳纤维管也支持外壳惯性。碳纤维脚板和脚踝马甲发放了坚固而舒适的负荷转移界面。琴弦上的传感器通知了一个低级电源，该电源用以在站立过渡期发放自适应的跖一侧阿尔肌曲轴和/或在转动过渡期发放恒定的背一侧阿尔肌曲轴。右脚处的系统对设计软件微处理器曲轴传感器为低水平闭环曲轴掌控发放反馈。外壳的峰值曲轴输出为30 Nm。外壳总重量的50%至65%（有所不同配置）包含在背部模组内，因此，将近端增大的重量对代谢掌控能力的受到影响降至略高于。

化妆组并成系统对

踝关节模组的外观设计目的是最主要限度地减小近端重量和脚踝的一斜面突出，支持惯性，并发放刚性界面，在举办活动前夕支持和适时适用者。双腿近端增大的重量增大了西行的代谢并成本，比左右端增大的更多，并限制了外壳的备受益。放置在下肢内一侧的部件会增大肢体碰撞的风险，而后部或外一侧突出就会导致与环境碰撞。踝关节模组包括一个单自由度旋转关节，并通过脚踝或脚踝马甲和脚板与适用者连接。外观设计了一个系统对设计软件的微处理器角度传感单元，位于碳纤维隧道内皮带轮上方，为开发新的角度或反应速度相关掌控策略、症状监测踝关节角度或民族运动范围以及测算电子系统对的机械增益发放了一个平台。一个角度传感器位于皮带轮旋转轴上方，位于碳纤维隧道内，以尽量减小模组的横向突出。FSR信号用以检测站姿和转动之间的转换，并明确站姿前夕的特别设计曲轴曲面。

雇用了六名健康并成年人，目的是确实电子系统对适用以无损害的中都等强度过桥机动性增强。雇用了七名CP症状，他们的年龄和损害高度各不相同，目的是确实电子系统对能够必要地降低该症状群体在最主要手脚验证前夕的有氧掌控能力。在本文以前的学术研究中都，重点是在CP症状的水平地面上增大过桥，试图探索踝关节外壳特别设计的系统对设计，以降低最主要的民族运动掌控能力。

六名未备受伤的大多有数人中都有五名在跑步机侧向西行时对外壳特别设计催化良好。在试验性的先前3分钟内，可用的提高率从7.4%到18%不等，其中都一名大多有数人（P5）在特别设计西行时没变化。队列在适用与不适用该电子设备的情况下西行时，代谢掌控能力有9.9±2.6%（千分之值±标准误差）的提高（p=0.012，d=0.59）。六名未备受伤的大多有数人中都有五名获了外壳曲轴、角反应速度和机械增益。大多有数人都能够安全地完并成最主要手脚爬到栏杆验证，无任何意外。在外壳特别设计下开展最主要手脚试验中前夕，爬到过的升降机有数增大了38.4±23.6%（p=0.013，d=0.25）。尽管过桥距离增大，但特别设计和非特别设计最主要手脚验证的净代谢增益没显着相异（p=0.49）。总的加装整整和系统对设计程序加装整整往往随着适用次有数增多而不断减小。

在5度高处（左列）和栏杆踏步机（右列）上开展特别设计西行前夕，从单个备病人（P1）测算的特色外壳（白色）和规定的（红色）曲轴、反应速度和增益曲面（千分之值±标准差）。

本文的电子系统对是所有学术研究或商用动力系统对电子系统对中都最轻的踝关节模组之一。确实了中风CP的儿童和眼中在最主要手脚验证中都适用该电子系统对时，能够在栏杆踏步机上多爬到左右40%的回廊。这为可穿戴结构设计踝关节特别设计电子设备在低压民族运动中都发放心理和心理有益于的潜力发放了新的论点举办活动。轻量的无约束踝关节特别设计可能受限制CP症状增大以勤务为建构的训练，已被确实在提高脑瘫和薨中都后症状的举办活动掌控能力方面是并成功的。本文是第一项关于无约束外壳外观设计的建议书，该外壳受限制双腿残疾的参与者在没学术研究职员制裁的情况下戴上和配置电子系统对。中风脑瘫的参与者能够戴上和掌控电子系统对，直到有人适时西行（他们自己或有护理职员帮助）千分之只需4分钟，这断定预见在临床和父母亲中都的部署可能是虚幻的。

总之，充电电池断电的踝关节外壳对于备病人来说很不易适用，现过渡期迹象断定，对于未备受伤的并成年人、中风CP的儿童和并成年人，在各有不同的康复有条件下是必要的。

Orekhov, G., Fang, Y., Cuddeback, C.F. et al.Usability and performance validation of an ultra-lightweight and versatile untethered robotic ankle exoskeleton. J NeuroEngineering Rehabil18, 163 (2021).