Mejorar la función del brazo usando exoesqueletos portátiles

Este estudio recopilará datos preliminares que evalúen un exoesqueleto de asistencia montado en el cuerpo para facilitar el uso de los brazos dañados por un accidente cerebrovascular para completar las tareas cotidianas. La hipótesis central es que los exoesqueletos portátiles aumentarán el área accesible para mejorar la función y el uso de la extremidad afectada. La justificación de este enfoque se basa en literatura bien establecida sobre los efectos de la descarga del hombro en el aumento del espacio de trabajo del brazo durante la brazada.

Se reclutará para participar una muestra de conveniencia de 30 sujetos con deterioro crónico. Los participantes deben haber sufrido un solo accidente cerebrovascular, estar al menos 6 meses después del accidente cerebrovascular y estar en condición estable con deterioro residual que afecte la función del brazo. Los metadatos del paciente incluirán la edad, la raza, el sexo, la altura, el peso, el lado afectado y el tiempo transcurrido desde el accidente cerebrovascular. Las pruebas estandarizadas de la función del brazo medirán las puntuaciones de rendimiento de los sujetos con problemas de apoplejía en etapa crónica con y sin la ayuda del exoesqueleto. Como verificación de consistencia, los puntajes serán evaluados por al menos dos evaluadores independientes el mismo día. La hipótesis central se contrastará para lograr nuestro objetivo a través de los siguientes 3 objetivos específicos:

Objetivo 1. Demostrar que el apoyo de la gravedad de un exoesqueleto portátil puede aumentar el espacio de trabajo alcanzable después de un accidente cerebrovascular. El soporte de gravedad reduce las sinergias musculares anormales (es decir, los patrones de coactivación) durante las tareas de extensión de brazos, pero no se ha demostrado en adultos no sedentarios con discapacidad. El enfoque que combina plásticos impresos en 3D reforzados con fibra de carbono, almacenamiento de energía a base de caucho natural y mecanismos de perfil de fuerza personalizados permite una mecánica similar que ha demostrado tener éxito en soportes de brazos estacionarios pero en un paquete portátil. Para probar si se pueden lograr resultados similares con un nuevo sistema liviano, los participantes intentarán realizar barridos de área máxima en cada uno de los tres planos direccionales (sagital, frontal, transversal) en dos condiciones experimentales (sin ayuda, asistido por nuestro exoesqueleto portátil). El espacio de trabajo de alcance en cada plano se medirá mediante datos cinemáticos de un sistema de captura de movimiento Optitrack de 5 cámaras con el centro de la muñeca tomado como punto final de alcance. Se anticipa que el uso del exoesqueleto portátil producirá mejoras muy significativas en las tres direcciones del espacio de trabajo de alcance plano en comparación con el movimiento sin asistencia, similar a lo que se demostró anteriormente con sistemas robóticos estacionarios (es decir, pesados) en el plano transversal.

Objetivo 2. Determinar si un exoesqueleto de hombro portátil puede mejorar la función de la mano después de un accidente cerebrovascular. Si bien se sabe que la descarga del hombro mejora el área de trabajo alcanzable al reducir la contracción conjunta de los bíceps, puede o no reducir suficientemente la contracción conjunta de los músculos de la muñeca, lo que deja al sujeto capaz de alcanzar pero no agarrar objetos. Algunas personas pueden necesitar un dispositivo de asistencia secundario en la muñeca para permitirles abrir la mano lo suficiente como para interactuar con los objetos domésticos. Para evaluar, los participantes discapacitados realizarán la extensión simultánea de la muñeca y los dedos mientras usan el exoesqueleto del hombro e intentarán recoger objetos de diferentes tamaños de la Prueba de brazo de investigación de acción (ARAT), Prueba de función motora de lobo (WMFT) y Caja y bloques ( BBT) kits de prueba. Para aquellos que no pueden agarrar objetos de los kits de prueba ARAT y WMFT, se registrarán los ángulos de las articulaciones de la muñeca y los dedos junto con la cantidad de asistencia necesaria para extender los dedos y el pulgar en una postura de agarre funcional. Se anticipa que la asistencia portátil producirá mejoras notables en los puntajes de las pruebas de evaluación y que la prueba de extensión de los dedos estratificará a la población en dos grupos: a) aquellos que no necesitan asistencia manual adicional, y b) aquellos que necesitan tanto el hombro como la mano. asistencia manual (con o sin motor) para interactuar con los objetos de prueba.

Objetivo 3. Cuantificar los efectos de la asistencia de un exoesqueleto de hombro portátil sobre los cambios en el uso funcional de la extremidad afectada en entornos clínicos y domésticos. El aumento del rango de movimiento no siempre conduce a mejoras funcionales en las tareas diarias que involucran tanto el posicionamiento del brazo como el control de la motricidad fina en la mano. Este trabajo evaluará los cambios en el uso funcional de los objetos cotidianos mediante pruebas de evaluación clínica bien establecidas seguidas de una prueba en el hogar de un exoesqueleto portátil personalizado. Los participantes con discapacidad realizarán evaluaciones clínicas estandarizadas en un entorno de laboratorio que se ha demostrado que se correlacionan con el desempeño funcional de las actividades de la vida diaria, incluidas WMFT, ARAT y BBT. Luego, los participantes completarán un Registro de actividad motora (MAL, por sus siglas en inglés) basado en la actividad realizada en la última semana como referencia, antes de usar el exoesqueleto en casa durante un período de 1 a 2 horas por día durante al menos 5 días. Al final del período en el hogar, los participantes completarán una Escala de usabilidad del sistema y un segundo MAL correspondiente a las actividades realizadas mientras usan el exoesqueleto. Se anticipa que los sujetos completarán más tareas en menos tiempo, con menos esfuerzo y con mayores tasas de éxito tanto en las pruebas clínicas como en las evaluaciones en el hogar.

Si tienen éxito, los exoesqueletos montados en el cuerpo tienen el potencial de permitir el entrenamiento ubicuo y la recuperación de la función del brazo en el hogar, extendiendo drásticamente el tiempo de entrenamiento terapéutico de los pacientes con déficits a largo plazo.