下肢義足の制御を強化するためのより多くの感覚に頼る：レビュー

Relying on more sense for enhancing lower limb prostheses control: a review.

• Michael Tschiedel
• Michael Friedrich Russold
• Eugenijus Kaniusas

抄録

最新の下肢義足は、欠損した身体部位を交換し、患者の生活の質を向上させる能力を持っている。しかし、環境情報が欠落していると、異なる形態の運動の移行にシームレスに適応することが困難になることが多い。本レビューの目的は、下肢義足にはどのようなタイプの環境認識のための新しいセンサーが使用されているのか、そして、より快適で安全な装置制御をどのように強化するのか、という2つの主要な問題に取り組むことで、過去10年間のこの分野での進歩を明らかにすることである。文献検索は、PubMedとIEEE Xploreの2つのインターネットデータベースで行った。除外基準に基づき、レビュー分析の対象となった論文は32編で、そのうち18編は明示的な環境センシングに関するもの、14編は暗黙的な環境センシングに関するものであった。その中で、更新速度と解像度、計算機の消費電力とエネルギー消費に焦点を当てて、その特徴を議論した。我々の分析では、多数の最先端のセンサが特定され、その中には衣類や化粧品カバーを「覗き見」することができるものもあった。5つの制御カテゴリが特定され、どのように「次世代のプロテーゼ」を拡張することができます。あらゆるタイプの距離および深度ベースのセンサーを使用した物体または地形予測の概念が、よりアップグレードされる傾向にあることは明らかである。片側センサーからの両側歩行のセグメンテーションなど、他の先進的な戦略もまた、動きに依存する制御アプリケーションにおいて重要な役割を果たす可能性があります。これらの研究では、十分に制御された実験室環境で有望な精度が実証されましたが、屋内外の実環境でシステムがどのように機能するかは不明です。現時点での主な制限は、遮るもののない視野を持つ必要があることです。

Modern lower limb prostheses have the capability to replace missing body parts and improve the patients' quality of life. However, missing environmental information often makes a seamless adaptation to transitions between different forms of locomotion challenging. The aim of this review is to identify the progress made in this area over the last decade, addressing two main questions: which types of novel sensors for environmental awareness are used in lower limb prostheses, and how do they enhance device control towards more comfort and safety. A literature search was conducted on two Internet databases, PubMed and IEEE Xplore. Based on the criteria for inclusion and exclusion, 32 papers were selected for the review analysis, 18 of those are related to explicit environmental sensing and 14 to implicit environmental sensing. Characteristics were discussed with a focus on update rate and resolution as well as on computing power and energy consumption. Our analysis identified numerous state-of-the-art sensors, some of which are able to "look through" clothing or cosmetic covers. Five control categories were identified, how "next generation prostheses" could be extended. There is a clear tendency towards more upcoming object or terrain prediction concepts using all types of distance and depth-based sensors. Other advanced strategies, such as bilateral gait segmentation from unilateral sensors, could also play an important role in movement-dependent control applications. The studies demonstrated promising accuracy in well-controlled laboratory settings, but it is unclear how the systems will perform in real-world environments, both indoors and outdoors. At the moment the main limitation proves to be the necessity of having an unobstructed field of view.