Účinky jednostranné robotické asistence na kompenzační strategie a svalovou aktivitu během hemiparetické chůze

- Materiály: Výzkumníci vyvinuli ortézu koleno-kotník-noha (KAFO) složenou ze dvou kloubů zarovnaných s kolenem a kotníkem uživatele. Délku jeho tyčí a polohy jeho rovnátek lze přizpůsobit antropometrii různých uživatelů. Kolenní kloub je poháněn stejnosměrným bezkomutátorovým motorem EC-60 flat 408057 (Maxon ag, Švýcarsko) spojeným s harmonickým pohonem CSD-20-160-2AGR (Harmonic Drive LLC, EE.UU.). Převodový poměr 1:60 tohoto systému umožňuje aplikaci středního točivého momentu 35 Nm. Hlezenní kloub prototypu zůstává neaktivovaný a neomezený, což umožňuje jeho volný pohyb v sagitální rovině. Celková hmotnost KAFO je cca 4kg.

Prototyp je vybaven senzory, které poskytují informace o systémových proměnných, které se používají pro jeho řízení v reálném čase, jako je úhel ohybu kloubu robota nebo moment interakce mezi uživatelem a robotem. Kromě toho je kinematika chůze uživatele měřena inerciálními měřicími jednotkami (IMU) a kontakt obou nohou s podlahou pomocí silových odporů (FSR).

Systém používá adaptivní frekvenční oscilátor k odhadu kontinuální fáze chůze kontralaterální končetiny a synchronně pomáhá paretické noze navozením zdravého vzoru chůze. Činnost robota závisí na fázi chůze asistované nohy: během fáze postoje robot posiluje končetinu, takže systém složený z nohy a exoskeletu může zatížit váhu uživatele a nezkolabovat, zatímco během fáze švihu robot řídí pohyb končetiny podle paradigmatu Assisted-As-Needed (AAN) a vytváří silový tunel kolem předepsané trajektorie.

- Postupy:

Experimentální protokol je rozdělen do tří relací. Během všech bude pacient chodit na běžeckém pásu pod velením fyzioterapeuta s bezpečnostním postrojem proti pádu a s robotickým exoskeletem v paretické noze. Během druhého a třetího sezení bude také provedena elektromyografie pomocí povrchových elektrod (Trigno System, Delsys Inc.) a podle pokynů SENIAM. Touto metodou bude měřena svalová aktivita přímého stehenního svalu, dlouhého bicepsu stehenního, předního tibialis a mediálního svalu gastrocnemia obou nohou. Každá experimentální relace je popsána dále:

1. - Trénink: Pacient bude nosit robotický exoskelet, aby se seznámil s funkcí zařízení. Pro každý subjekt budou identifikovány pohodlné a maximální rychlosti.
2. - Ramp Velocity Session: relace bude rozdělena do pěti zkoušek: (a) Předtím pacient nebude nosit zařízení; (b) Volně, pacient bude nosit robota, ale je mechanicky oddělený, takže umožní volný pohyb kolena; (c) Aktivní, robot bude pomáhat při chůzi až do 75% maximální rychlosti chůze; (d) MaxActive, robot bude pomáhat při chůzi až do maximální rychlosti chůze; a (e) Post, pacient zopakuje předběžnou podmínku. Rychlost se zvýší z pohodlné rychlosti na maximum a poté se vrátí na pohodlnou.
3. - Random Velocity session: relace bude rozdělena do stejných zkoušek jako Ramp Velocity Session.

Rozdíl mezi sezeními RampVel a RandomVel bude v sekvenci rychlostí chůze, kterou bude pacient chodit. Během RampVel bude definováno pět rychlostních kroků od pohodlné po maximální rychlost s nebo bez exo (v závislosti na testu) a návrat k pohodlné rychlosti. Během RandomVel bude použit stejný rozsah rychlosti, ale definování pěti kroků v celém rozsahu a jejich nastavení v náhodném pořadí. V obou relacích bude každý krok rychlosti chůze trvat jednu minutu, takže všechny zkoušky budou trvat pět minut. Trials Free, Active a MaxActive budou také náhodně seřazeny v každé relaci.

Mezi studiemi budou pacienti 10 minut odpočívat, aby se předešlo sumačním efektům. Každá relace proběhne v různých dnech, přičemž mezi nimi bude 1 nebo 2 dny.

- Poskytovatelé intervence Během zkoušek budou přítomni fyzioterapeut a inženýr. První bude odpovídat za hodnocení bazální chůze subjektů a hodnocení jejich stavu během poskytování pomoci. Technik bude zodpovědný za správu zařízení a záznam dat.

Oba výzkumníci sledují věrnost zásahu přímým dohledem.

• Způsoby doručení Protokol je poskytován vždy jednomu účastníkovi. Každý pacient vyplní protokol jednou.
• Umístění Nemocnice Beata María Ana (Madrid, Španělsko)
• Přizpůsobení a úpravy Protokol zůstává mezi aplikacemi nezměněn. Jediným přizpůsobením pacientům je volba pohodlné a maximální rychlosti chůze pro zkoušky.