Interaktivní exoskeleton robot pro chůzi

Cévní mozková příhoda je způsobena intrakraniálním krvácením nebo trombózou, která přeruší arteriální zásobení mozkové tkáně a obvykle poškodí motorickou dráhu centrálního nervového systému postihující jednu stranu těla. Snížený sestupný nervový pohon na postiženou stranu by mohl vést k hemiplegii, která významně ovlivňuje aktivitu každodenního života (ADL) pacientů po cévní mozkové příhodě (Singam, Ytterberg, Tham & von Koch, 2015). Zatímco motorické postižení horní končetiny by mohlo být kompenzováno kontralaterální stranou při zvedání nebo manipulaci s předměty, ztráta motorické funkčnosti dolní končetiny by podstatně omezila pohyblivost a rovnováhu těla. Mnoho pacientů po cévní mozkové příhodě je při stání a chůzi odkázáno na pomůcky pro chůzi nebo manuální podporu pečovatelů, jinak by jim hrozilo velké riziko pádu s vážnými následky (Tasseel-Ponche, Yelnik & Bonan, 2015).

Nedávné studie naznačují, že pacienti s cévní mozkovou příhodou by se mohli znovu naučit schopnosti chůze vývojem alternativních nervových obvodů prostřednictvím dlouhodobého adaptačního procesu, známého jako neuroplasticita. Vysoce intenzivní, opakující se a úkolově specifický trénink chůze je klíčem ke zlepšení zotavení chůze u pacientů s hemiplegickou mrtvicí (Kreisei, Hennerici & Bäzner, 2007; Kleim & Jones, 2008). Vývoj roboticky asistovaných zařízení pro exoskelet dolních končetin má velký klinický potenciál v rehabilitaci po cévní mozkové příhodě. Mnoho robotů s exoskeletem dolních končetin je klinicky dostupných pro neambulantní pacienty s cévní mozkovou příhodou, aby si mohli procvičovat chůzi s pasivní asistencí při tréninku na běžeckém pásu s podporou tělesné hmotnosti (BWSTT) (Morone, et al., 2017).

Stávající robotický trénink chůze (RAGT), jako je Lokomat a elektromechanický trenažér chůze, poskytují automatickou, rytmickou a opakovanou poháněnou pomoc hlavním kloubům dolních končetin v kyčlích a kolenou bilaterálně (Poli, Morone, Rosati & Masiero, 2013). Rozsáhlé randomizované kontrolované studie (RCT) těchto RAGT v kombinaci s konvenčními terapiemi ukazují, že u pacientů s chronickou mozkovou příhodou se výrazně zlepšila funkční nezávislost chůze a ADL, než u pacientů, kteří dostávali samotnou konvenční terapie (Pohl, et al., 2007; Schwartz, et al., 2009 Hidler a kol., 2009; Mehrholz a kol., 2013). Hesse, Schmidt, Werner & Bardeleben (2003) však naznačují, že integrace robotů do rehabilitace chůze by mohla být pouze pomocným nástrojem pro terapeuty ke zvýšení intenzity tréninku a bezpečnosti bez zvýšení jejich pracovní zátěže. Většina klinicky dostupných RAGT je vázána na běžecký pás s pasivní pomocí (van Peppen, et al., 2004; Morone, et al., 2017), ale výzkumy ukazují, že variace úkolů a aktivní účast na tréninku chůze by mohly zlepšit udržení nově naučených dovednosti a mohly by podporovat zobecnění tréninkových efektů (Salbach, et al., 2004; Kwon, Woo, Lee & Kim, 2015). Přenosný RAGT, který umožňuje aktivní trénink chůze nad zemí, by byl slibnější zejména pro ambulantní pacienty s cévní mozkovou příhodou.

Roboticky asistovaná kotníková ortéza (AFO) a kolenní ortéza jsou dobrými kandidáty přenosných exoskeletonových zařízení pro RAGT pacientů s hemiplegickou mrtvicí (Duerinck, et al., 2012; Zhang, Davies & Xie, 2013; Mehrholz, et al., 2017) . Konvenční AFO je určeno hlavně pro léčbu abnormality chůze při poklesu chodidla s pasivní podporou v dorzální flexi kotníku pro uvolnění chodidla ve švihové fázi a tlumení nárazů v reakci na zátěž. Konvenční kolenní ortéza je určena především pro podporu těla ve fázi postoje. Integrace robotické asistence do postiženého kotníku a/nebo kolenního kloubu by mohla poskytnout aktivní pomocnou sílu, která se synchronizuje s dobrovolným reziduálním pohybem kotníku a/nebo kolena pacienta. Dlouhodobá podpora aktivní síly může stimulovat zkušenostmi řízenou obnovu chůze nebo vyvinout kompenzační vzorec chůze pro usnadnění chůze (Kleim & Jones, 2008).

Aby bylo možné převést výzkum robotické rehabilitace do klinické aplikace, měl by být proveden klinický výzkum založený na důkazech, aby se otestovala bezpečnost a účinnost nových zařízení nebo intervencí u pacientů s mrtvicí (Backus, Winchester & Tefertiller, 2010). Různými výzkumnými skupinami bylo navrženo mnoho návrhů roboticky asistovaných AFO a kolenních ortéz, ale většina z nich uvedla pouze výsledky testů proveditelnosti, zejména na zdravých subjektech s malou velikostí vzorku (Dollar & Herr, 2008; Shorter, et al. , 2013; Alam, Choudhury & Bin Mamat, 2014). Většina předchozích studií se zabývala okamžitými účinky nošení roboticky asistovaných AFO a kolenních ortéz během chůze, ale jen málo studií zkoumalo dlouhodobé terapeutické účinky nošení zařízení pro RAGT u pacientů s mrtvicí (Lo, 2012). Zejména systematický přehled od Mehrholze a kol. (2017) ukazuje, že pouze jedna RCT hodnotila účinnost nácviku kotníku pomocí robotem asistovaného AFO, ale v sedě žádná RCT nehodnotila nácvik chůze pomocí robotem asistovaného AFO jak při chůzi nad zemí, tak při chůzi po schodech.

V této studii byly navrženy a vyhodnoceny roboty Exoskeleton Ankle Robot a Knee Robot jako roboticky asistované AFO a kolenní ortéza pro trénink chůze pacientů po cévní mozkové příhodě s abnormální chůzí poklesem chodidla. Klinická aplikace roboticky asistovaného AFO a kolenní ortézy u pacientů po cévní mozkové příhodě musí překonat některé důležité problémy, jako je snížení zátěže nohy a dosažení přenositelnosti a adaptability na různá prostředí pro chůzi. Exoskeleton kotníkový robot a kolenní ortéza si klade za cíl: (1) poskytovat synchronizovanou aktivní podporu kotníku a/nebo kolena pro usnadnění chůze, (2) vyvinout přesnou a spolehlivou metodu pro klasifikaci záměru uživatele při chůzi v nadzemní chůzi a chůzi po schodech, (3) poskytnout tréninkový protokol pro RAGT pacientů po cévní mozkové příhodě s abnormální chůzí drop drop. Testy proveditelnosti a RCT robota Exoskeleton Ankle Robot a kolenní ortézy by mohly potvrdit klinickou hodnotu tohoto nového rehabilitačního robota a mohly by potenciálně zavést nový zásah do rehabilitace chůze u pacientů s mrtvicí.