Semi-starre Einlegesohlen bilden die wesentliche mechanische Grundlage für Bowdenzug-gesteuerte Exoskelette, die in der Rehabilitation eingesetzt werden. Sie fungieren hauptsächlich als fußseitige Ankerpunkte und wandeln die rohe Spannung der Seile in eine kontrollierte Knöchelbewegung um. Durch die Verwendung eines bestimmten Steifigkeitsgrades stellen diese Einlegesohlen sicher, dass die vom Exoskelett erzeugte Kraft effektiv auf den Fuß übertragen wird, um Gangstörungen zu korrigieren, ohne die Stabilität des Patienten zu beeinträchtigen.
Die Kernfunktion der semi-starren Einlegesohle besteht darin, als Übertragungsmedium zu fungieren; sie wandelt die Zugkraft der Seile in eine effektive Bodenreaktionskraft um, die eine präzise Korrektur von Fußsenkung und Inversion ermöglicht und gleichzeitig den Fuß vor übermäßigem Druck schützt.
Die Mechanik der Kraftübertragung
Als kritischer Ankerpunkt fungieren
Damit ein Bowdenzugsystem funktioniert, müssen die Seile einen sicheren Befestigungspunkt haben. Die semi-starre Einlegesohle bietet diese Verankerung und ermöglicht es den Seilen, einen erheblichen Zug auszuüben, ohne zu verrutschen oder die Schuhstruktur zu verformen.
Ohne diese spezifische Steifigkeit würde die Spannung der Seile durch Materialdehnung verloren gehen, anstatt das Gelenk zu bewegen.
Ermöglichung bidirektionaler Bewegung
Diese Einlegesohlen unterstützen die Kraftübertragung in zwei verschiedenen Richtungen: Dorsalextension (Anheben des Fußes) und Plantarflexion (Senken des Fußes).
Da die Einlegesohle über die gesamte Länge des Fußes reicht und ihre Form beibehält, kann das Exoskelett den Winkel des Knöchels in beiden Phasen des Gangzyklus präzise manipulieren.
Umwandlung von Hilfskraft
Das ultimative Ziel des Exoskeletts ist die Erzeugung einer Bodenreaktionskraft (GRF), um den Patienten anzutreiben oder zu stabilisieren.
Die Einlegesohle stellt sicher, dass die vom Motor bereitgestellte Hilfskraft erfolgreich durch die Fußstruktur in den Boden übertragen wird, anstatt durch eine weiche, dämpfende Schuh-Einlage dissipiert zu werden.
Korrigieren von Gangmustern bei Hemiparese
Behandlung von Fußsenkung
Patienten mit Hemiparese leiden häufig unter Fußsenkung, bei der sich der Vorderfuß schleift. Die Steifigkeit der Einlegesohle stellt sicher, dass beim Anheben des Seils der gesamte Vorderfuß gleichmäßig angehoben wird.
Eine weichere Einlegesohle würde sich einfach an der Spitze nach oben krümmen und das tatsächliche Gewicht des Fußes nicht anheben.
Korrigieren von Fußinversion
Über das einfache Anheben hinaus helfen diese Einlegesohlen bei der Korrektur der Fußinversion (das Einwärtsrollen des Fußes).
Durch die Bereitstellung einer stabilen, semi-starren Plattform kann das System Drehmoment anwenden, um den Knöchel richtig auszurichten und so die seitliche Instabilität zu verhindern, die zum Umkippen führt.
Verständnis der Kompromisse
Das Gleichgewicht zwischen Steifigkeit und Komfort
Die Wirksamkeit des Systems hängt von der spezifischen Steifigkeit des Materials ab.
Wenn die Einlegesohle zu steif ist, wird sie für den Träger unbequem, kann Druckstellen verursachen oder die natürliche sensorische Rückmeldung einschränken.
Effizienz vs. Energieverlust
Wenn die Einlegesohle zu flexibel ist, verliert das System an Effizienz. Das Seil zieht, aber die Energie wird verschwendet, indem die Gummi-Einlegesohle gebogen wird, anstatt den Knöchel zu bewegen.
Die Bezeichnung "semi-starr" repräsentiert den berechneten Kompromiss: steif genug, um Kraft zu übertragen, aber flexibel genug, um über längere Zeiträume tragbar zu sein.
Optimierung für Patientenergebnisse
Bei der Auswahl oder Gestaltung der Schnittstelle für einen Patienten mit Hemiparese ist es das Ziel, die Kraftübertragung zu maximieren und gleichzeitig die Nachgiebigkeit zu erhalten.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf Gangkorrektur liegt: Priorisieren Sie eine höhere Steifigkeit der Einlegesohle, um sicherzustellen, dass ein maximales Drehmoment zur Korrektur schwerer Fußsenkung oder Inversion angewendet wird.
- Wenn Ihr Hauptaugenmerk auf Langzeitnutzung liegt: Entscheiden Sie sich für eine Einlegesohle mit etwas mehr Nachgiebigkeit, um Ermüdung und Druckstellen zu reduzieren, und akzeptieren Sie eine leichte Reduzierung der Kraftübertragungseffizienz.
Der Erfolg liegt darin, sicherzustellen, dass die Einlegesohle als nahtlose Brücke zwischen der Leistung des Roboters und der Anatomie des Patienten fungiert.
Zusammenfassungstabelle:
| Merkmal | Rolle bei der Kraftübertragung | Nutzen für Patienten mit Hemiparese |
|---|---|---|
| Ankerpunkt | Bietet sichere Seilbefestigung | Stellt sicher, dass die Kraft das Gelenk bewegt, nicht den Schuh |
| Materialsteifigkeit | Minimiert Energieverlust | Hebt den Vorderfuß effektiv an, um Fußsenkung zu beheben |
| Stabile Plattform | Ermöglicht präzise Drehmomentanwendung | Korrigiert Fußinversion und verbessert die Stabilität |
| Semi-starres Design | Balanciert Effizienz und Nachgiebigkeit | Verbessert die Tragbarkeit für langwierige Therapien |
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Referenzen
- Lizeth H. Sloot, Conor J. Walsh. Effects of a soft robotic exosuit on the quality and speed of overground walking depends on walking ability after stroke. DOI: 10.1186/s12984-023-01231-7
Dieser Artikel basiert auch auf technischen Informationen von 3515 Wissensdatenbank .
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