Robot Exoesqueleto Interactivo para Caminar

El accidente cerebrovascular es causado por una hemorragia o trombosis intracraneal, que interrumpe el suministro arterial al tejido cerebral y, por lo general, daña la vía motora del sistema nervioso central que afecta un lado del cuerpo. La reducción del impulso neural descendente hacia el lado afectado podría provocar hemiplejía, lo que influye significativamente en la actividad de la vida diaria (AVD) de los supervivientes de un accidente cerebrovascular (Singam, Ytterberg, Tham & von Koch, 2015). Mientras que el deterioro motor del miembro superior podría compensarse utilizando el lado contralateral para recoger o manipular objetos, la pérdida de funcionalidad motora en el miembro inferior limitaría sustancialmente la movilidad y el equilibrio corporal. Muchos sobrevivientes de accidentes cerebrovasculares dependen de ayudas para caminar o del apoyo manual de los cuidadores para ponerse de pie y caminar, de lo contrario, correrían un gran riesgo de caerse con graves consecuencias (Tasseel-Ponche, Yelnik & Bonan, 2015).

Estudios recientes sugieren que los pacientes con accidente cerebrovascular podrían volver a aprender la capacidad de caminar mediante el desarrollo de circuitos neuronales alternativos a través de un proceso de adaptación a largo plazo, conocido como neuroplasticidad. El entrenamiento de la marcha de alta intensidad, repetitivo y específico para tareas es la clave para mejorar la recuperación de la marcha de los pacientes hemipléjicos con accidente cerebrovascular (Kreisei, Hennerici & Bäzner, 2007; Kleim & Jones, 2008). El desarrollo de dispositivos de exoesqueleto de miembros inferiores asistidos por robot tiene un gran potencial clínico en la rehabilitación de accidentes cerebrovasculares. Muchos robots de exoesqueleto de extremidades inferiores están clínicamente disponibles para que los pacientes con accidente cerebrovascular no ambulatorios practiquen caminar con asistencia pasiva en el entrenamiento en cinta rodante soportado por el peso corporal (BWSTT) (Morone, et al., 2017).

El entrenamiento de la marcha asistido por robot (RAGT) existente, como Lokomat y el Gait Trainer electromecánico, brinda asistencia motorizada automática, rítmica y repetitiva a las principales articulaciones de las extremidades inferiores en las caderas y las rodillas de forma bilateral (Poli, Morone, Rosati y Masiero, 2013). Los ensayos controlados aleatorios (RCT) a gran escala de estos RAGT en combinación con terapias convencionales muestran que más pacientes con accidente cerebrovascular crónico mejoraron significativamente la independencia funcional de la marcha y las AVD en comparación con las terapias convencionales solas (Pohl, et al., 2007; Schwartz, et al., 2009). ; Hidler, et al., 2009; Mehrholz, et al., 2013). Sin embargo, Hesse, Schmidt, Werner y Bardeleben (2003) sugieren que la integración de robots en la rehabilitación de la marcha podría ser simplemente una herramienta auxiliar para que los terapeutas mejoren la intensidad y la seguridad del entrenamiento sin aumentar su carga de trabajo. La mayoría de los RAGT clínicamente disponibles están limitados a la cinta rodante con asistencia pasiva (van Peppen, et al., 2004; Morone, et al., 2017), pero las investigaciones muestran que las variaciones de tareas y la participación activa en el entrenamiento de la marcha podrían mejorar la retención de los aprendizajes recién aprendidos. habilidades y podría promover la generalización de los efectos del entrenamiento (Salbach, et al., 2004; Kwon, Woo, Lee & Kim, 2015). El RAGT portátil que permite el entrenamiento activo de la marcha sobre el suelo sería más prometedor, especialmente para los pacientes ambulatorios con accidente cerebrovascular.

La órtesis de pie y tobillo (AFO) asistida por robot y la rodillera son buenos candidatos de dispositivos de exoesqueleto portátiles para RAGT de pacientes hemipléjicos con accidente cerebrovascular (Duerinck, et al., 2012; Zhang, Davies & Xie, 2013; Mehrholz, et al., 2017) . La AFO convencional está diseñada principalmente para tratar la anomalía de la marcha del pie caído con soporte pasivo en la dorsiflexión del tobillo para el espacio libre del pie en la fase de balanceo y la absorción de impactos en la respuesta de carga. La rodillera convencional está diseñada principalmente para el soporte del cuerpo en la fase de apoyo. La integración de la asistencia robótica en la articulación del tobillo y/o la rodilla afectada podría proporcionar asistencia eléctrica activa que se sincroniza con el movimiento residual voluntario del tobillo y/o la rodilla del paciente. La asistencia de potencia activa a largo plazo podría estimular la recuperación de la marcha impulsada por la experiencia o desarrollar un patrón de marcha compensatorio para facilitar la marcha (Kleim & Jones, 2008).

Para traducir la investigación de rehabilitación robótica en una aplicación clínica, se debe llevar a cabo una investigación clínica basada en la evidencia para probar la seguridad y eficacia de los nuevos dispositivos o intervenciones en pacientes con accidente cerebrovascular (Backus, Winchester y Tefertiller, 2010). Diferentes grupos de investigación han propuesto muchos diseños de AFO y rodilleras asistidos por robot, pero la mayoría de ellos informaron solo los resultados de las pruebas de viabilidad, principalmente en sujetos sanos con muestras pequeñas (Dollar & Herr, 2008; Shorter, et al. , 2013; Alam, Choudhury & Bin Mamat, 2014). La mayoría de los estudios anteriores se preocuparon por los efectos inmediatos del uso de AFO y rodilleras asistidas por robot al caminar, pero pocos estudios investigaron los efectos terapéuticos a largo plazo del uso de dispositivos para RAGT en pacientes con accidente cerebrovascular (Lo, 2012). En particular, la revisión sistemática de Mehrholz, et al. (2017) muestra que solo un ECA evaluó la eficacia del entrenamiento del tobillo usando AFO asistido por robot pero en posición sentada, ningún ECA evaluó el entrenamiento de la marcha usando AFO asistido por robot tanto en la marcha sobre el suelo como en la deambulación por escaleras.

En este estudio, se propusieron y evaluaron el robot exoesquelético para tobillo y rodilla como una AFO asistida por robot y un aparato ortopédico para la rodilla para el entrenamiento de la marcha de pacientes con accidentes cerebrovasculares con anomalías en la marcha del pie caído. La aplicación clínica de AFO asistida por robot y rodillera en pacientes con accidente cerebrovascular tiene que superar algunos desafíos importantes, como reducir la carga de peso en la pierna y lograr portabilidad y adaptabilidad a diversos entornos para caminar. El exoesqueleto de tobillo robot y rodillera tiene como objetivo: (1) proporcionar asistencia eléctrica sincronizada activa en el tobillo y/o la rodilla para facilitar la marcha, (2) desarrollar un método preciso y fiable para clasificar la intención de caminar del usuario en la marcha sobre el suelo y la deambulación por escaleras, (3) para entregar el protocolo de entrenamiento para RAGT de pacientes con accidente cerebrovascular con anormalidad en la marcha del pie caído. Las pruebas de viabilidad y RCT del Exoskeleton Ankle Robot and Knee Brace podrían validar el valor clínico de este nuevo robot de rehabilitación, y potencialmente podrían establecer una nueva intervención de rehabilitación de la marcha para pacientes con accidente cerebrovascular.