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会的可用性和性能验证

踝膝关节表皮有意味著增强未深受伤变异和当中枢神经子系统疾病变异的走动控制能力。踝膝关节是动力特别结构设计的一个常见要能，因为它在有效率的双足青年运动当中起着关键作用，并且是当中枢神经子系统功能腰椎变异当中常见的深受影响膝关节。例如，患单项（CP）的变异通常有踝膝关节-足底屈肌无力。表皮是一种有效率的动手术技术手段。已经有文献证明了，在蹲下一阶段，双边协力与预设的生物踝膝关节角速率并成比例在水平走动过程当中，可以优化CP小群体的能量消耗和走动速率等关键基准。然而，早期原型的可靠性和优点较差，并且证明了对于体重大于45 kg的变异无效，因为力矩产生有限，大腿部件相对于臀部和脚的青年运动总体。但，CP病患者在从未分析职员或技术职员制裁的才则会佩戴和系统设计踝膝关节表皮的控制能力仍然未知。

本分析的第一个要能是结构设计一种新型踝膝关节表皮，并评估走动后曾的青年运动可靠性。第二个要能是通过降低健康并幼儿快速倾斜走动的能量消耗，凸显该器的就其性和多功能性这些当中等低压到高低压的娱乐活动同步进行这些人体可靠性科学研究，本文推论两组人在可用vs走动时上则会有总体的优化。最终要能是完并成可用性评估，加权用户或其看护人在从未分析职员制裁的才则会可用和安装仪器的时长。本文刊载在《当中枢神经子系统病学，眼科学和精神病学Magazine》上（Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry）。

结构设计了一个车重轻的双向锂离子用电的大腿表皮。大腿安装的电机通过车轮到电缆传输数据子系统马达大腿出口处的滑轮部件。装有陆子系统的踝膝关节滑轮安装在钛合金助于，钛合金管也拥护外壳角速率。钛合金脚板和臀部裙包括了坚实而悠闲的负担移到用户界面。踏板上的传感器通告了一个见习支配器，该支配器运用于于在蹲下一阶段包括二阶的白毛侧屈肌力矩和/或在摆动下一阶段包括恒定的背部屈肌力矩。大腿出口处的自定义子系统设计力矩传感器为低水平保证了力矩支配包括反馈。表皮的瞬时力矩输入为30 Nm。表皮总车重的50%至65%（取决于配备）还包括在大腿部件内，因此，将系统设计者减低的车重对糖类控制能力的损害降至最低。

靴子组并成子系统

踝膝关节部件的结构设计要能是小得多限度地减低系统设计者车重和臀部的侧向凸显，拥护角速率，并包括稳定性用户界面，在娱乐活动后曾拥护和协力预设。躯体系统设计者减低的车重减低了走动的糖类并成本，比有数端减低的更是多，并限制了表皮的深受益。放置在下肢内侧的部件则会减低手部碰撞的风险，而侧面或外侧凸显就则会导致与生态子系统碰撞。踝膝关节部件包括一个单自由度旋转膝关节，并通过臀部或臀部裙和脚板与预设相互连接。结构设计了一个自定义的子系统设计本质传感单元，坐落于钛合金助于皮带轮上方，为开发结构设计原先本质或速率就其支配策略、病患者追踪踝膝关节本质或青年运动区域内以及测定仪器的机械仪器转速包括了一个平台。一个本质传感器坐落于皮带轮角速度上方，坐落于钛合金助于，以尽量减低部件的横向凸显。FSR信号运用于于检测惯常和摆动之间的反转，并已确定惯常后曾的特别结构设计力矩曲线。

招集了六名健康并幼儿，要能是证明了仪器适运用于于无损伤的当中等低压沿途可靠性增强。招集了七名CP病患者，他们的年龄和损伤程度各不相同，要能是证明了仪器需要有效率地大大提高该病患者群体在小得多用力检验后曾的有氧控制能力。在本文之前的分析当中，重点是在CP病患者的水平地面上减低沿途，尝试探索踝膝关节表皮特别结构设计的运用于，以大大提高小得多的青年运动控制能力。

六名未深受伤的发起者当中有五名在跑步机倾斜走动时对表皮特别结构设计反应良好。在试验性的就此3分钟内，能量消耗的优化叛将从7.4%到18%都为，其当中一名发起者（P5）在特别结构设计走动时从未变化。缓冲区在可用与不可用该器的才则会走动时，糖类控制能力有9.9±2.6%（千分之值±标准误差）的优化（p=0.012，d=0.59）。六名未深受伤的发起者当中有五名取得了表皮力矩、角速率和机械仪器转速。发起者都需要必要地完并成小得多用力爬阳台检验，无任何意外事故。在表皮特别结构设计下同步进行小得多用力科学研究后曾，进到的层高数减低了38.4±23.6%（p=0.013，d=0.25）。尽管沿途英哩减低，但特别结构设计和非特别结构设计小得多用力检验的净糖类转速从未总体差异（p=0.49）。总的安装时长和运用于程序安装时长通常随着可用每一次剧增而不断减低。

在5度斜坡（左列）和阳台踏步机（右列）上同步进行特别结构设计走动后曾，从单个深病患（P1）测定的民族特色表皮（蓝色）和规定的（红色）力矩、速率和转速曲线（千分之值±平方根）。

本文的仪器是所有分析或商用动力仪器当中总括的踝膝关节部件之一。证明了了患CP的老年人和年轻在小得多用力检验当中可用该仪器时，需要在阳台踏步机上多爬有数40%的台阶。这为可穿式踝膝关节特别结构设计器在高低压青年运动当中包括心理和生理其所的潜力包括了原先见解娱乐活动。体积小的无约束踝膝关节特别结构设计意味著无需CP病患者减低以任务为简而言之的训练，已被证明了在优化单项和薨当中后病患者的娱乐活动控制能力方面是并成功的。本文是第一项关于无约束表皮结构设计的分析报告，该表皮无需躯体残疾的一个人在从未分析职员制裁的才则会戴上和系统设计仪器。患单项的一个人需要戴上和支配仪器，直到有人协力走动（他们自己或有医师帮助）千分之只用4分钟，这说明了未来会在临床和家庭生态子系统当中的重新部署意味著是现实的。

总之，锂离子用电的踝膝关节表皮对于深病患来说很容易可用，初步证据说明了，对于未深受伤的并幼儿、患CP的老年人和并幼儿，在有所不同的动手术条件下是有效率的。

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).