Son yıllarda robotikteki gelişmeler, özellikle hareketlilik geliştirme ve rehabilitasyonla ilgili alanlarda sağlık hizmetlerinde önemli ilerlemeler sağlamıştır. Bir zamanlar bilim kurgu alanına atılan giyilebilir robotik dış iskeletler, artık bireylerin hareketliliklerini yeniden kazanmalarına veya geliştirmelerine yardımcı olmak için aktif olarak kullanılmaktadır. Benzer şekilde, robotik destekli rehabilitasyon cihazları, yaralanmalardan kurtulan veya engellerle başa çıkan hastalar için terapötik olanakları genişletmektedir. Bu makale, iki ana alana odaklanarak sağlık hizmetlerinde robotik uygulamalarına ilişkin kapsamlı bir genel bakış sunmaktadır: (1) gelişmiş hareketlilik için destekli hareket cihazları ve (2) iyileşme süreçlerini desteklemek için rehabilitasyon robotiği.
1. Robotik ve Dış İskeletlerin Evrimi
1.1 Erken Geliştirme
İnsan gücünü ve hareket kabiliyetini artıran mekanik bir cihaz kavramının geçmişi onlarca yıl öncesine dayanır. 1960'lar ve 1970'lerdeki ilk askeri araştırmalar, askerlerin uzun mesafelerde ağır yükler taşıması için güçlendirilmiş dış iskeletler inşa etme olasılığını araştırdı (Herr, 2009). Bu erken girişimler hantal tasarımlar ve yetersiz güç kaynaklarıyla sınırlı olsa da, modern dış iskelet teknolojisinin temelini attılar.
1.2 Teknolojik Gelişmeler
Zamanla, motorlar, piller, sensörler ve kontrol algoritmalarındaki gelişmeler dış iskelet gelişimini hızlandırdı. Daha verimli elektrik motorları ve karbon fiber ve yüksek dereceli alüminyum alaşımları gibi hafif malzemeler dış iskeletlerin ağırlığını azalttı ve günlük kullanım için daha pratik hale getirdi (Gandhi vd., 2021). Bu arada, eylemsizlik ölçüm birimleri (IMU'lar), kuvvet sensörleri ve elektromiyografi (EMG) sensörleri gibi sensörler, kullanıcı niyetinin gerçek zamanlı olarak tespit edilmesine olanak tanıyarak daha akıcı ve daha sezgisel bir kontrole yol açtı (Yeung vd., 2017).
1.3 Modern Dış İskelet Uygulamaları
Modern dış iskeletler çeşitli biçimlerde mevcuttur:
Alt ekstremite dış iskeletleri:Yürüme, ayakta durma ve merdiven çıkma gibi aktivitelere yardımcı olmak için tasarlanmıştır (örneğin ReWalk, Ekso Bionics, Indego).
Üst ekstremite dış iskeletleri: Genellikle felç veya diğer nörolojik yaralanmalardan kurtulan hastalarda kol hareketlerini geri kazandırmak veya desteklemek için terapötik bağlamlarda kullanılır (örneğin, Myomo'nun MyoPro'su).
Endüstriyel dış iskeletler: Çalışanlarda tekrarlayan görevlerin yükünü azaltmak ve kas-iskelet sistemi rahatsızlıkları riskini düşürmek için kullanılır (örneğin SuitX'in omuz destekli dış iskeletleri).
2. Destekli Hareket Cihazları: Hareket Kabiliyetini Artırır
2.1 Genel Bakış
Destekli hareket cihazları, bir kişinin hareket etme yeteneğini iyileştirmek veya geri kazandırmak için özel olarak tasarlanmış robotik teknolojilerdir. Bağımsızlığı artırmayı, ikincil komplikasyon riskini azaltmayı (örneğin, bası ülserleri, kas atrofisi) ve genel yaşam kalitesini iyileştirmeyi amaçlarlar. Alt ekstremite dış iskeletleri, bu tür cihazların en dikkat çekenleri arasındadır ve genellikle omurilik yaralanması (SCI), multipl skleroz veya yaşa bağlı hareket kabiliyeti azalması olan bireylere hareketlilik çözümleri sağlar (Sale ve diğerleri, 2012).
2.2 Mekanizmalar ve Faydaları
Güçlendirilmiş Aktüasyon
Birçok dış iskelet, yürümeye yardımcı olmak için kalça ve/veya diz eklemlerinde elektrik motorları kullanır. Entegre sensörler kullanıcının duruşunu veya hareket etme girişimini algılayarak gerekli torku sağlamak için aktüatörleri tetikler (Dollar & Herr, 2008). Bu gerçek zamanlı yardım, cihazın tasarımına bağlı olarak bireylerin düz yüzeylerde yürümesini veya hatta merdiven çıkmasını sağlayabilir.
Vücut Ağırlığı Desteği
Bazı yardımcı hareket cihazları, kullanıcının vücut ağırlığını kısmen destekleyerek hareketin fiziksel yükünü azaltır.Bu, yürüyüş eğitimi alan veya kas gücü sınırlı olan kişiler için faydalıdır.
Özelleştirme ve Uyarlanabilirlik
Gelişmiş algoritmalar, dış iskeletlerin kullanıcıların değişen koşullarına, yürüme hızı, yönü veya eğimindeki değişikliklere uyum sağlamasını sağlar. Bu uyarlamalar konforu, güvenliği ve enerji verimliliğini en üst düzeye çıkarmaya yardımcı olur (Zhang ve diğerleri, 2017).
Gelişmiş Sağlık Sonuçları
Bir dış iskeletin düzenli kullanımı, kas atrofisi, kemik yoğunluğu kaybı veya zayıf kardiyovasküler sağlık gibi hareketsizlikle ilişkili ikincil komplikasyonları azaltmaya yardımcı olabilir. Birkaç çalışma, kullanıcının dengesinde, kas gücünde ve genel refahında iyileşmeler olduğunu bildirmiştir (Kressler ve diğerleri, 2013).
2.3 Yaygın Benimsemedeki Zorluklar
Destekli hareket sağlayan dış iskeletler vaatlerine rağmen bazı engellerle de karşı karşıyadır:
Yüksek Maliyet: Geliştirme ve üretim maliyetleri yüksek satın alma veya kiralama fiyatlarına yol açarak erişilebilirliği sınırlandırmaktadır.
Eğitim Gereksinimleri:Kullanıcıların ve bakıcıların robotik dış iskeletleri güvenli bir şekilde kullanabilmeleri için özel eğitime ihtiyaçları vardır.
Düzenleyici Onay:Her cihazın sıkı klinik standartlara ve sertifikasyonlara (örneğin ABD'de FDA, Avrupa'da CE işareti) uyması gerekir, bu da pazara girişi yavaşlatabilir.
Çevresel Sınırlamalar:Dış iskeletler nispeten düz yüzeylerde daha iyi performans gösterirler ve bu da engebeli veya açık hava arazilerinde gezinmeyi zorlaştırır.
3. Rehabilitasyon Robotik: İyileşme Süreçlerini Destekleme
3.1 Rehabilitasyondaki Rolü
Rehabilitasyon robotları, fiziksel yaralanmalardan, felçten veya nörolojik bozukluklardan kurtulan hastaların terapi sürecine yardımcı olmak için tasarlanmıştır. Genellikle klinik ortamlarda kullanılan bu cihazlar, terapistlerin rehberliğinde yüksek yoğunluklu, tekrarlayıcı, göreve özgü eğitim sağlar ve bu da nöroplastisite ve işlevsel iyileşme için kritik öneme sahiptir (Mehrholz ve diğerleri, 2018).
3.2 Rehabilitasyon Robotiğinin Temel Alanları
Üst Ekstremite Rehabilitasyonu
Birçok felç hastası hemiparezi (vücudun bir tarafında güçsüzlük) yaşar ve bu da günlük işleri yapmayı zorlaştırır. Üst ekstremite için rehabilitasyon robotları genellikle omuz, dirsek ve bilek eklemlerindeki hareketleri desteklemek veya engellemek için kabloyla çalışan sistemler, robotik kollar veya dış iskelet tabanlı çözümler kullanır (Kwakkel ve diğerleri, 2017). Örnekler arasında Armeo Power (Hocoma) ve MIT-Manus robotik kolu (Krebs ve diğerleri, 2003) bulunur.
Alt Ekstremite Rehabilitasyonu
Lokomat (Hocoma) gibi robotik yürüyüş eğitmenleri, kalça ve diz eklemlerinde robotik aktüasyonla koşu bandı tabanlı bir kurulum kullanır. Hastalar, vücut ağırlıklarını kısmen destekleyen bir koşum sisteminde asılı kalır. Robotik bacaklar, hastanın uzuvlarını doğal bir yürüyüş düzeninde yönlendirerek yürüme becerilerinin yeniden öğrenilmesini destekler.
El ve Parmak Rehabilitasyonu
Parmak veya el dış iskeletleri el becerisini ve ince motor kontrolünü hedefler, genellikle kavrama ve bırakma hareketlerine yardımcı olmak için hafif aktüatörler ve sensörler kullanır (Li ve diğerleri, 2011). Bunlar özellikle felç veya el yaralanmalarından kurtulan hastalar için faydalı olabilir.
Sanal Gerçeklik (VR) Entegrasyonu
Birçok gelişmiş rehabilitasyon robotu, hastaları motive etmek ve gerçek zamanlı geri bildirim sağlamak için sanal gerçeklik veya oyun benzeri arayüzler içerir. VR ortamlarının kullanımı, katılımı, uyumu ve işlevsel sonuçları iyileştirebilir (Deutsch ve diğerleri, 2020).
3.3 Avantajlar ve Klinik Kanıtlar
Yüksek Tekrar ve Yoğunluk
Robotik cihazlar, nöroplastik değişiklikleri yönlendirmede önemli bir faktör olan tutarlı, yüksek yoğunluklu terapi seansları sunabilir (Langhorne ve diğerleri, 2009).
Objektif Değerlendirme
Rehabilitasyon robotlarına yerleştirilen sensörler, kuvvet çıktısı, hareket aralığı ve kas aktivasyonu gibi parametreleri ölçer. Bu veri noktaları kişiselleştirilmiş ilerleme izleme ve uyarlanabilir terapi ayarlamalarını mümkün kılar (Bernhardt ve diğerleri, 2017).
Tutarlılık ve Güvenilirlik
Yalnızca manuel terapiye kıyasla, bir robot son derece tutarlı hareket yolları sağlayabilir ve hastaya uygulanan yardım veya direnç seviyesini kontrol edebilir. Bu, terapist yorgunluğunu ve egzersiz protokollerindeki çeşitliliği azaltır (Mehrholz ve diğerleri, 2018).
Güçlendirici Terapistler
Robotlar, insan terapistlerin yerini almak yerine, terapistin yeteneğini artıran araçlar olarak hareket eder. Tekrarlayan görevleri üstlenirler ve terapistlerin stratejik karar almaya ve kişiselleştirilmiş hasta etkileşimlerine odaklanmasını sağlarlar.
3.4 Rehabilitasyon Robotiklerindeki Zorluklar
Maliyet ve Karmaşıklık: Karmaşık robotik sistemler klinikler için pahalı olabilir. Bakım, onarım ve personel eğitimi ek mali yüklerdir.
Hastaya Özel İhtiyaçlar:Bireyler terapi gereksinimlerinde büyük farklılıklar gösterir ve cihaz ve programların özelleştirilmesini talep ederler.
Teknolojik Sınırlamalar:Mevcut cihazlar normal hareketin tüm karmaşıklığını yansıtamayabilir, bu da biyomimetik tasarım ve akıllı kontrol konusunda devam eden araştırmalara olan ihtiyacı vurgulamaktadır.
Düzenleyici ve Sigorta Konuları: Düzenleyici onayların ve sigorta geri ödemelerinin güvence altına alınması uzun sürebilir. Klinik kanıtlar, bu teknolojilerin yaygın olarak benimsenmesi için maliyet etkinliğini göstermelidir (Bertani ve diğerleri, 2021).
4. Gelecekteki Yönler ve Ortaya Çıkan Trendler
Yumuşak Dış İskeletler
Sert çerçeveler kullanıcı konforunu ve hareket aralığını sınırlayabilir. Tekstil, kablolar ve hafif aktüatörlerden yapılan yumuşak dış iskeletler, geleneksel dış iskeletlerin ağırlığı olmadan yardım sağlamayı amaçlar (Cao ve diğerleri, 2020).
Beyin-Bilgisayar Arayüzleri (BCI'ler)
Bazı prototiplerde, BCI'lar şiddetli felçli bireylerin doğrudan beyinden gelen sinyalleri kullanarak robotik uzuvları veya dış iskeletleri kontrol etmelerine olanak tanır (Ang ve diğerleri, 2010). Bu, yüksek düzeyde omurilik yaralanmaları veya ileri düzeyde nörodejeneratif hastalıkları olan bireyler için yeni ufuklar açabilir.
Yapay Zeka (AI) ve Makine Öğrenmesi
Yapay zeka algoritmalarının entegre edilmesi, dış iskeletlerin ve rehabilitasyon robotlarının kullanıcının benzersiz yürüyüş kalıplarına veya terapi ilerlemesine öğrenmesini ve uyum sağlamasını sağlar. Bu uyarlanabilirlik, daha kişiselleştirilmiş ve etkili müdahalelere yol açabilir (Orekhov ve diğerleri, 2021).
Giyilebilir Sensörler ve İzleme
Giysilere veya dış iskeletlere entegre edilmiş giyilebilir sensörler kapsamlı biyomekanik ve fizyolojik veriler toplayabilir. Bulut tabanlı analizler aracılığıyla bu veriler, klinisyenlerin tedaviyi gerçek zamanlı olarak ayarlamasına ve sonuçları iyileştirmesine yardımcı olabilir (Artemiadis, 2014).
Tele-Rehabilitasyon ve Uzaktan İzleme
Bağlantının artmasıyla, dış iskeletler ve rehabilitasyon cihazları evde kullanılabilirken, klinisyenler ilerlemeyi uzaktan izleyebilir. Bu yaklaşım, uzmanlaşmış bakımın erişimini uzak veya yetersiz hizmet alan topluluklara genişletebilir (Tyagi ve diğerleri, 2018).
Robotik ve dış iskelet teknolojileri, hareketliliğin artırılması ve rehabilitasyon bakımında yeni bir çağ başlattı. Omurilik yaralanması olan bireylere yardımcı olmaktan felç geçirenler için tedavi sonuçlarını iyileştirmeye kadar, bu cihazlar mühendislik ve tıbbın bir araya gelmesinin dönüştürücü gücünü gösteriyor.Maliyet, düzenleyici zorluklar ve teknolojik sınırlamalar gibi engeller devam etse de, tasarım, kontrol ve yapay zeka alanındaki devam eden araştırmalar ve yenilikler parlak bir geleceğe işaret ediyor. Bu cihazlar daha sofistike ve erişilebilir hale geldikçe, dünya çapında milyonlarca insanın yaşam kalitesini önemli ölçüde iyileştirme vaadinde bulunuyorlar.
Referanslar
Ang, KK, Guan, C., Chua, KSG, Ang, BT, Kuah, CWK, Wang, C., … & Burdet, E. (2010). Üst ekstremite robotik rehabilitasyonu için motor görüntüleme tabanlı beyin-bilgisayar arayüzünün klinik çalışması. Tıp ve Biyoloji Mühendisliği Topluluğu (EMBC), 2010 IEEE Yıllık Uluslararası Konferansı, 1501–1504.
Artemiadis, PK (2014). Giyilebilir robotik: Dış iskeletlerden akıllı kıyafetlere. Akademik Basın.
Bertani, R., Melegari, C., De Cola, MC, Bramanti, A., Bramanti, P. ve Calabrò, RS (2021). İnme hastalarında robot destekli üst ekstremite rehabilitasyonunun etkileri: Meta-analizli sistematik bir inceleme. Nörolojik Bilimler, 42(2), 1–11.
Bernhardt, J., Hayward, KS, Dancause, N., Lannin, NA, Ward, NS, Nudo, RJ, … & Boyd, LA (2017). Bir felçten kurtarma denemesi geliştirme çerçevesi: İkinci Felçten Kurtarma ve Rehabilitasyon Yuvarlak Masa Toplantısı'ndan fikir birliğine dayalı temel öneriler. Uluslararası İnme Dergisi, 12(5), 472–480.
Cao, W., Xie, H., Luan, S., Wu, C. ve Zhang, X. (2020). Alt ekstremite hareketine yardımcı olmak için yumuşak bir dış iskeletin tasarımı ve kontrolü. Yumuşak Robotik, 7(2), 199–210.
Deutsch, JE, Lewis, JA ve Whitall, J. (2020). İnme sonrası sensörimotor rehabilitasyon için sanal gerçeklik: Alanın vaadi ve mevcut durumu. Güncel Fiziksel Tıp ve Rehabilitasyon Raporları, 8(4), 1–8.
Dollar, AM ve Herr, H. (2008). Alt ekstremite dış iskeletleri ve aktif ortezler: Zorluklar ve son teknoloji. IEEE Robotik İşlemleri, 24(1), 144–158.
Gandhi, P., Esquenazi, A., Rivera, M., Vergara, AA ve Li, C. (2021). Kronik omurilik yaralanması olan kişilerde dış iskelet yürüyüş eğitimi: Bir pilot çalışma. Amerikan Fiziksel Tıp ve Rehabilitasyon Dergisi, 100(1), 79–85.
Herr, H. (2009). Dış iskeletler ve ortezler: Sınıflandırma, tasarım zorlukları ve gelecekteki yönler. Nöromühendislik ve Rehabilitasyon Dergisi, 6(21).
Kressler, J., Thomas, CK, Faust, KL ve Burns, AS (2013). Yer üstü biyonik yürümenin terapötik faydalarının anlaşılması: Kronik, tam omurilik yaralanması olan kişilerde keşifsel vaka serisi. Fiziksel Tıp ve Rehabilitasyon Arşivleri, 94(10), 1958–1963.
Krebs, HI, Palazzolo, JJ, Dipietro, L., Ferraro, M., Krol, J., Rannekleiv, K., … & Hogan, N. (2003). Rehabilitasyon robotiği: Performansa dayalı ilerici robot destekli terapi. Otonom Robotlar, 15, 7–20.
Kwakkel, G., Winters, C., van Wegen, EEH, Nijland, RHA, van Kuijk, A., Visser-Meily, A., … & Kollen, BJ (2017). Robot destekli tedavinin felç sonrası üst ekstremite iyileşmesi üzerindeki etkileri: Sistematik bir inceleme ve meta-analiz. Felç, 48(11), 3232–3239.
Langhorne, P., Bernhardt, J. ve Kwakkel, G. (2009). İnme rehabilitasyonu. Neşter, 373(9678), 1923–1932.
Li, K., Fang, J., Zhou, X. ve Liu, L. (2011). Kablo iletimi ve kendi kendini hizalayan eklem eksenleri kullanan rehabilitasyon için yeni bir el dış iskeleti. IEEE/ASME Mekatronik İşlemleri, 17(5), 783–793.
Mehrholz, J., Elsner, B., Werner, C., Kugler, J. ve Pohl, M. (2018). İnme sonrası yürüme için elektromekanik destekli eğitim. Cochrane Sistematik İncelemeler Veritabanı, (5).
Orekhov, AL, Basarab, DC, Sornkarn, N. ve Nanayakkara, T. (2021). Yardımcı robotikte paylaşılan özerklik: Bir araştırma. Sensörler, 21(19), 6468.
Sale, P., Franceschini, M. ve Waldner, A. (2012). İnme ve omurilik yaralanması hastalarında robot destekli yürüme terapisinin etkinliği: Sistematik bir inceleme. Nörorehabilitasyon, 31(3), 3–11.
Tyagi, S., Lim, CM, Ho, WHH, Chen, HL ve Kwan, MK (2018). Telerehabilitasyon: Rehabilitasyon tıbbında yeni bir sınır. mSağlık, 4(40), 1–12.
Yeung, LF, Chen, W., Lee, WCC ve Zhang, ZQ (2017). İnme rehabilitasyonu için bir dış iskelet ayak bileği robotunun tasarımı. Uluslararası Akıllı Robotik ve Uygulamaları Dergisi, 1(2), 244–255.
Zhang, F., Wang, W. ve Huang, H. (2017). Yürüyüş rehabilitasyonu için robotik bir alt ekstremite dış iskelet sisteminin tasarımı ve kontrolü. Mekatronik, 44, 66–76.
Sorumluluk reddi: Bu makale, mobiliteyi artırma ve rehabilitasyon için robotik ve dış iskelet teknolojisi hakkında genel bilgi sağlamayı amaçlamaktadır. Profesyonel tıbbi tavsiye, teşhis veya tedavinin yerini almaz. Belirli hasta ihtiyaçları konusunda her zaman kalifiye sağlık hizmeti sağlayıcılarının tavsiyesini alın.
← Önceki makale Sonraki makale →
- Egzersiz Bilimindeki Gelişmeler
- Giyilebilir Teknoloji Yenilikleri
- Genetik ve Hücresel Terapiler
- Beslenme Bilimi
- Farmakolojik Yardımcılar
- Yapay Zeka ve Makine Öğrenmesi
- Robotik ve Dış İskeletler
- Sanal ve Artırılmış Gerçeklik
- Uzay ve Aşırı Çevre Eğitimi
- İlerlemelerde Etik ve Toplumsal Etkiler