Prueba de concepto de un exoesqueleto de rodilla robótico en sujetos sanos y pacientes hemiparéticos durante la marcha.

- Nombre abreviado: Prueba de concepto de un exoesqueleto de rodilla robótica unilateral y evaluación de sus efectos sobre la simetría de la marcha.

- Materiales: Los investigadores han desarrollado una órtesis Rodilla-Tobillo-Pie (KAFO) compuesta por dos articulaciones alineadas a la rodilla y el tobillo del usuario. La longitud de sus barras y las posiciones de sus tirantes se pueden adaptar a la antropometría de los diferentes usuarios. La articulación de la rodilla es accionada por un motor DC brushless EC-60 flat 408057 (Maxon ag, Suiza) acoplado a un accionamiento armónico CSD-20-160-2AGR (Harmonic Drive LLC, EE.UU.). La relación de transmisión de 1:60 de este sistema permite aplicar un par medio de 35Nm. La articulación del tobillo del prototipo permanece sin accionar e ilimitada, lo que permite su libre movimiento en el plano sagital. El peso total del KAFO es de unos 4 kg.

El prototipo está equipado con sensores que proporcionan información sobre las variables del sistema que se utilizan para su control en tiempo real, como el ángulo de flexión de la articulación del robot o el par de interacción entre el usuario y el robot. Además, la cinemática de la marcha del usuario se mide mediante Unidades de Medición Inercial (IMU) y el contacto de ambos pies con el suelo mediante Force Sensing Resistors (FSR).

El sistema utiliza un oscilador de frecuencia adaptativa para estimar la fase de marcha continua de la extremidad contralateral y asiste sincrónicamente a la pierna parética siguiendo dos estrategias de control diferentes: (1) replicar el movimiento de la pierna sana (estrategia de eco) o (2) inducir una sana patrón de marcha en la pierna parética (estrategia de patrón). La acción del robot depende de la fase de marcha de la pierna asistida: durante el apoyo el robot refuerza la extremidad para que el sistema compuesto por la pierna y el exoesqueleto pueda cargar el peso del usuario y no colapsar, mientras que durante la fase de balanceo el robot guía la el movimiento de la extremidad de acuerdo con el paradigma Assisted-As-Needed (AAN) creando un túnel de fuerza alrededor de la trayectoria prescrita.

- Procedimientos: Se instruyó a los sujetos para que caminaran en una cinta rodante a una velocidad constante durante pruebas de 5 minutos. Todos los sujetos realizaron cuatro tipos diferentes de pruebas: (1) NoExo: los sujetos solo usaron los sensores de inercia y los sensores de presión de la plantilla para adquirir su movimiento basal; (2) Libre: los sujetos llevaban el exoesqueleto aunque el actuador estaba mecánicamente desacoplado, por lo que permitía el libre movimiento de la rodilla; (3) Eco: el dispositivo proporcionó asistencia para la marcha siguiendo la estrategia de control de eco; y (4) Patrón: el dispositivo proporcionó asistencia para la marcha siguiendo la estrategia Patrón. Durante los ensayos, los pacientes llevaban un arnés de seguridad, aunque no soportaba ningún peso. Previamente a la ejecución de las pruebas, la velocidad de la marcha fue autoseleccionada por los sujetos a un nivel cómodo. Los sujetos descansaron entre pruebas durante al menos cinco minutos, para evitar efectos de adaptación y aprendizaje de una prueba a otra.

Los sujetos sanos también realizaron una prueba previa con velocidad de marcha variable (VariableSpeed). Caminaron sobre la cinta como en la condición NoExo, aunque la velocidad de la marcha varía aleatoriamente de 1 km/h a 3 km/h en pasos de 0,2 km/h durante al menos 15 segundos.

- Proveedores de intervención Un fisioterapeuta y un ingeniero están presentes durante las pruebas. El primero es responsable de evaluar la marcha basal de los sujetos y evaluar su estado mientras se brinda la asistencia. El ingeniero es responsable de administrar el dispositivo y registrar los datos.

Ambos investigadores monitorean la fidelidad a la intervención mediante supervisión directa.

• Modos de entrega El protocolo se proporciona a un participante a la vez. Cada paciente completa el protocolo una vez.
• Ubicación Hospital Beata María Ana (Madrid, España)
• Adaptación y modificaciones El protocolo permanece inalterado en todas las aplicaciones. La única adaptación a los pacientes es la elección de la velocidad de marcha cómoda para las pruebas.