Forbedring af armfunktion ved hjælp af bærbare exoskeletons

Denne undersøgelse vil indsamle foreløbige data, der evaluerer et kropsmonteret assisterende eksoskelet for at lette brugen af ​​arme, der er svækket af slagtilfælde, til at udføre daglige opgaver. Den centrale hypotese er, at bærbare exoskeletter vil øge det tilgængelige område for at forbedre funktionen og brugen af ​​det svækkede lem. Begrundelsen for denne tilgang bygger på veletableret litteratur om virkningerne af skulderaflastning på øget armarbejdsplads ved slagtilfælde.

En bekvemmelighedsprøve på 30 forsøgspersoner med kronisk funktionsnedsættelse vil blive rekrutteret til at deltage. Deltagerne skal have haft et enkelt slagtilfælde, være mindst 6 måneder efter slagtilfælde og være i stabil tilstand med resterende svækkelse, der påvirker armfunktionen. Patientmetadata vil omfatte alder, race, køn, højde, vægt, berørt side og tid siden slagtilfælde. Standardiserede test af armfunktion vil måle præstationsscore for patienter med kroniske slagtilfælde med og uden assistance fra eksoskeletet. Som et konsistenstjek vil scores blive evalueret af mindst to uafhængige bedømmere på samme dag. Den centrale hypotese vil blive testet for at nå vores mål gennem følgende 3 specifikke mål:

Mål 1. Demonstrere, at tyngdekraftsstøtte fra et bærbart eksoskelet kan øge det tilgængelige arbejdsområde efter et slag. Tyngdekraftsstøtte reducerer unormale muskelsynergier (dvs. co-aktiveringsmønstre) under armrækkende opgaver, men er ikke blevet påvist hos ikke-siddende voksne med funktionsnedsættelse. Tilgangen, der kombinerer kulfiberforstærket 3D-printet plast, naturgummibaseret energilagring og tilpassede kraftprofilmekanismer tillader lignende mekanikker, der har vist succes i stationære armstøtter, men i en bærbar pakke. For at teste, om lignende resultater kan opnås med et nyt letvægtssystem, vil deltagerne forsøge at udføre maksimale områdesweep i hvert af tre retningsplaner (sagittalt, frontalt, tværgående) under to eksperimentelle forhold (uassisteret, assisteret af vores bærbare eksoskelet). Rækkevidden på arbejdsområdet i hvert plan vil blive målt ved hjælp af kinematiske data fra et 5-kamera Optitrack motion capture-system, hvor håndleddets centrum tages som endepunkt for rækkevidde. Det forventes, at brugen af ​​det bærbare eksoskelet vil producere meget betydelige forbedringer i alle tre planar rækkevidde arbejdsrumsretninger sammenlignet med uassisteret bevægelse, svarende til det, der tidligere er blevet demonstreret med stationære (dvs. tunge) robotsystemer i det tværgående plan.

Mål 2. Afgør, om et transportabelt skuldereksoskelet kan forbedre håndfunktionen efter slagtilfælde. Mens skulderaflastning er kendt for at forbedre tilgængeligt arbejdsområde ved at reducere samkontraktion af biceps, kan det eller måske ikke i tilstrækkelig grad reducere samkontraktion af håndledsmuskler, hvilket efterlader personen i stand til at nå, men ikke gribe genstande. Et sekundært hjælpemiddel ved håndleddet kan være nødvendigt af nogle individer for at give dem mulighed for at åbne hånden nok til at interagere med husholdningsgenstande. For at evaluere vil de svækkede deltagere udføre samtidig håndleds- og fingerforlængelse, mens de bærer skuldereksoskeletet og forsøge at opsamle genstande af varierende størrelse fra Action Research Arm Test (ARAT), Wolf Motor Function Test (WMFT) og Box and Blocks ( BBT) testsæt. For dem, der ikke er i stand til at gribe genstande fra ARAT- og WMFT-testsæt, vil håndleds- og fingerledsvinkler blive registreret sammen med mængden af ​​assistance, der kræves for at strække fingrene og tommelfingeren til en funktionel gribestilling. Det forventes, at bemærkelsesværdige forbedringer i vurderingstestresultaterne vil være resultatet af bærbar assistance, og at fingerekstensionstesten vil stratificere befolkningen i to grupper: a) dem, der ikke har brug for yderligere håndhjælp, og b) dem, der har brug for både skulder- og håndhjælp (drevet eller ikke-drevet) for at interagere med testobjekterne.

Mål 3. Kvantificere virkningerne af assistance fra et transportabelt skuldereksoskelet på ændringer i funktionel brug af det svækkede lem i kliniske og hjemmemiljøer. Øget bevægeudslag fører ikke altid til funktionelle forbedringer i daglige opgaver, der involverer både armpositionering og finmotorik i hånden. Dette arbejde vil vurdere ændringer i funktionel brug af daglige genstande ved hjælp af veletablerede kliniske vurderingstests efterfulgt af en hjemmeforsøg af et specialtilpasset bærbart eksoskelet. Deltagere med funktionsnedsættelse vil udføre standardiserede kliniske vurderinger i et laboratoriemiljø, der har vist sig at korrelere med funktionel udførelse af daglige aktiviteter, herunder WMFT, ARAT og BBT. Deltagerne vil derefter udfylde en motorisk aktivitetslog (MAL) baseret på aktivitet udført i den seneste uge som baseline, før de bærer eksoskeletet derhjemme i en periode på 1-2 timer om dagen i mindst 5 dage. Ved afslutningen af ​​in-home-perioden vil deltagerne gennemføre en System Usability Scale og en anden MAL svarende til de aktiviteter, der udføres, mens de bærer exoskeletet. Det forventes, at forsøgspersoner vil udføre flere opgaver på kortere tid, med mindre indsats og med højere succesrater i både kliniktest og hjemmeevalueringer.

Hvis det lykkes, har kropsmonterede exoskeletter potentialet til at tillade allestedsnærværende træning og genopretning af armfunktionen derhjemme, hvilket dramatisk forlænger den terapeutiske træningstid for patienter med langvarige underskud.