Zlepšení funkce paží pomocí nositelných exoskeletonů

Tato studie bude shromažďovat předběžná data hodnotící pomocný exoskelet namontovaný na těle, aby se usnadnilo použití paží poškozených mrtvicí k plnění každodenních úkolů. Ústřední hypotézou je, že přenosné exoskelety zvětší dosažitelnou plochu pro zlepšení funkce a využití poškozené končetiny. Odůvodnění tohoto přístupu staví na dobře zavedené literatuře o účincích odlehčení ramene na zvětšení pracovní plochy paží při mrtvici.

K účasti bude vybrán vhodný vzorek 30 subjektů s chronickým postižením. Účastníci musí prodělat jednu mrtvici, být alespoň 6 měsíců po mrtvici a být ve stabilním stavu se zbytkovým poškozením ovlivňujícím funkci paže. Metadata pacienta budou zahrnovat věk, rasu, pohlaví, výšku, váhu, postiženou stranu a čas od mrtvice. Standardizované testy funkce paže budou měřit výkonnostní skóre subjektů s chronickým stadiu cévní mozkové příhody s a bez pomoci exoskeletu. Pro kontrolu konzistence budou skóre hodnocena alespoň dvěma nezávislými hodnotiteli ve stejný den. Ústřední hypotéza bude testována k dosažení našeho cíle prostřednictvím následujících 3 konkrétních cílů:

Cíl 1. Ukázat, že gravitační podpora z přenosného exoskeletu může zvětšit dosažitelný pracovní prostor po mrtvici. Gravitační podpora snižuje abnormální svalové synergie (tj. koaktivační vzorce) během úkolů s dosahem paže, ale nebyla prokázána u nesedavých dospělých s poruchou. Přístup kombinující 3D tištěné plasty vyztužené uhlíkovými vlákny, ukládání energie na bázi přírodního kaučuku a přizpůsobené mechanismy silového profilu umožňuje podobnou mechaniku, která prokázala úspěch ve stacionárních podpěrách rukou, ale v přenosném balení. Aby bylo možné otestovat, zda lze podobných výsledků dosáhnout s novým lehkým systémem, pokusí se účastníci provést maximální plošné rozmítání v každé ze tří směrových rovin (sagitální, čelní, příčná) za dvou experimentálních podmínek (bez pomoci, s pomocí našeho přenosného exoskeletu). Pracovní prostor dosahu v každé rovině bude měřen kinematickými daty z 5-kamerového systému pro snímání pohybu Optitrack, přičemž střed zápěstí se bere jako koncový bod dosahu. Očekává se, že použití přenosného exoskeletu povede k vysoce významným zlepšením ve všech třech směrech rovinného dosahu pracovního prostoru ve srovnání s pohybem bez pomoci, podobně jako tomu bylo dříve u stacionárních (tj. těžkých) robotických systémů v příčné rovině.

Cíl 2. Zjistit, zda přenosný exoskelet ramene může zlepšit funkci ruky po mrtvici. Zatímco je známo, že odlehčení ramen zlepšuje dosažitelnou pracovní oblast snížením kokontrakce bicepsů, může nebo nemusí dostatečně snížit kokontrakce svalů zápěstí, takže subjekt může dosáhnout, ale neuchopit předměty. Někteří jedinci mohou potřebovat sekundární pomocné zařízení na zápěstí, které jim umožní dostatečně otevřít ruku pro interakci s předměty v domácnosti. Za účelem vyhodnocení provedou postižení účastníci simultánní extenzi zápěstí a prstů při nošení exoskeletu ramene a pokusí se sebrat předměty různé velikosti z testu Action Research Arm Test (ARAT), Wolf Motor Function Test (WMFT) a Box and Blocks ( BBT) testovací sady. U těch, kteří nejsou schopni uchopit předměty z testovacích souprav ARAT a WMFT, budou zaznamenány úhly zápěstí a kloubů prstů spolu s množstvím pomoci potřebné k natažení prstů a palce do funkční polohy uchopení. Očekává se, že značná zlepšení ve výsledcích hodnotících testů vyplynou z přenosné pomoci a že test extenze prstů rozdělí populaci do dvou skupin: a) ti, kteří nepotřebují další pomoc rukou, a b) ti, kteří potřebují jak rameno, tak pomoc rukou (napájená nebo bez pohonu) za účelem interakce s testovacími objekty.

Cíl 3. Kvantifikovat účinky asistence přenosného exoskeletu ramene na změny ve funkčním využití postižené končetiny v klinických a domácích podmínkách. Zvýšení rozsahu pohybu ne vždy vede k funkčním zlepšením v každodenních úkolech, které zahrnují jak polohování paže, tak jemné ovládání motoriky v ruce. Tato práce posoudí změny ve funkčním používání každodenních předmětů pomocí dobře zavedených klinických hodnotících testů, po nichž bude následovat domácí zkouška přenosného exoskeletu přizpůsobeného na míru. Účastníci s postižením budou provádět standardizovaná klinická hodnocení v laboratorních podmínkách, u kterých bylo prokázáno, že korelují s funkčním výkonem činností každodenního života včetně WMFT, ARAT a BBT. Účastníci poté vyplní záznam o motorické aktivitě (MAL) na základě aktivity provedené v minulém týdnu jako výchozí, předtím, než budou exoskeleton nosit doma po dobu 1-2 hodin denně po dobu alespoň 5 dnů. Na konci domácího období účastníci vyplní stupnici použitelnosti systému a druhou MAL odpovídající činnostem prováděným při nošení exoskeletu. Očekává se, že subjekty dokončí více úkolů za kratší dobu, s menším úsilím a s vyšší mírou úspěšnosti jak v klinických testech, tak v domácím hodnocení.

Pokud budou úspěšné, mají exoskeletony namontované na těle potenciál umožnit všudypřítomný trénink a obnovu funkce paží doma, čímž se dramaticky prodlouží doba terapeutického tréninku pacientů s dlouhodobým deficitem.