Yksipuolisen robottiavun vaikutukset kompensaatiostrategioihin ja lihastoimintaan hemipareettisen kävelyn aikana

- Materiaalit: Tutkijat ovat kehittäneet polvi-nilkka-jalka-ortoosin (KAFO), joka koostuu kahdesta nivelestä, jotka on kohdistettu käyttäjän polven ja nilkan kanssa. Sen tankojen pituus ja kannattimien asennot voidaan räätälöidä eri käyttäjien antropometrian mukaan. Polviniveltä ohjaa DC-harjaton moottori EC-60 flat 408057 (Maxon ag, Sveitsi) yhdistettynä harmoniseen käyttölaitteeseen CSD-20-160-2AGR (Harmonic Drive LLC, EE.UU.). Tämän järjestelmän välityssuhde 1:60 mahdollistaa 35 Nm:n keskimääräisen vääntömomentin käyttämisen. Prototyypin nilkkanivel pysyy toimimattomana ja rajoittamattomana, mikä mahdollistaa sen vapaan liikkeen sagittaalisessa tasossa. KAFOn kokonaispaino on noin 4kg.

Prototyyppi on varustettu antureilla, jotka antavat tietoa sen ohjaamiseen käytettävistä järjestelmämuuttujista reaaliajassa, kuten robottinivelen taivutuskulmasta tai käyttäjän ja robotin välisestä vuorovaikutusmomentista. Lisäksi käyttäjän kävelykinematiikka mitataan inertiamittausyksiköillä (IMU) ja molempien jalkojen kosketus lattiaan Force Sensing Resistors (FSR) -vastuksilla.

Järjestelmä käyttää adaptiivista taajuusoskillaattoria kontralateraalisen raajan jatkuvan kävelyvaiheen arvioimiseen ja avustaa synkronisesti pareettista jalkaa indusoimalla terveen kävelykuvion. Robotin toiminta riippuu avustettavan jalan kävelyvaiheesta: asennon aikana robotti vahvistaa raajaa niin, että jalasta ja ulkopuolisesta luurangosta muodostuva järjestelmä voi kuormittaa käyttäjän painoa eikä romahtaa, kun taas heilutusvaiheessa robotti ohjaa raajan liikettä AAN-paradigman (Assisted-As-Needed) mukaisesti luoden voimatunnelin määrätyn liikeradan ympärille.

- Toimenpiteet:

Kokeellinen protokolla on jaettu kolmeen istuntoon. Kaikkien näiden aikana potilas kävelee fysioterapeutin ohjaamalla juoksumatolla turvavaljaat päällä kaatumisen välttämiseksi ja robotti-ulkoranka pareettisessa jalassa. Toisen ja kolmannen istunnon aikana tehdään myös elektromyografia käyttämällä pintaelektrodeja (Trigno System, Delsys Inc.) ja SENIAM-ohjeiden mukaisesti. Tällä menetelmällä mitataan molempien jalkojen Rectus Femoriksen, Femoriksen pitkäpään, Tibialis Anteriorin ja Mediaal Gastrocnemius -lihasten aktiivisuus. Jokainen kokeellinen istunto kuvataan seuraavassa:

1. - Harjoittelu: Potilas käyttää robotti-exoskeletonia perehtyäkseen laitteen toimintaan. Mukavat ja suurimmat nopeudet tunnistetaan jokaiselle aiheelle.
2. - Ramp Velocity Session: istunto jaetaan viiteen kokeeseen: (a) Ennen, potilas ei käytä laitetta; (b) Vapaa, potilas käyttää robottia, mutta se on mekaanisesti irrotettu niin, että se mahdollistaa vapaan polven liikkeen; (c) Aktiivinen, robotti auttaa kävelyä 75 %:n maksimikäyntinopeuteen asti; (d) MaxActive, robotti avustaa kävelyä maksimikäyntinopeuteen asti; ja (e) Post, potilas toistaa esikunnon. Nopeus kasvaa mukavasta nopeudesta maksimiin ja palaa sitten mukavaan.
3. - Random Velocity -istunto: istunto jaetaan samoihin kokeisiin kuin Ramp Velocity Session.

Ero RampVel- ja RandomVel-istuntojen välillä on askelnopeusjärjestys, jolla potilas kävelee. RampVelin aikana määritellään viisi nopeusaskelta mukavasta maksiminopeuteen exon kanssa tai ilman (kokeen mukaan) ja palataan mukavaan nopeuteen. RandomVelin aikana käytetään samaa nopeusaluetta, mutta määritetään viisi askelta koko alueella ja asetetaan ne satunnaiseen järjestykseen. Molemmissa istunnoissa jokainen askelnopeusaste kestää yhden minuutin, joten kaikki kokeet kestävät viisi minuuttia. Kokeilujaksot Free, Active ja MaxActive tilataan myös satunnaisesti jokaisessa istunnossa.

Kokeiden välillä potilaat lepäävät 10 minuuttia summautumisvaikutusten välttämiseksi. Jokainen istunto tapahtuu eri päivinä, jolloin väliin jää 1 tai 2 päivää.

- Interventiotarjoajat Kokeissa on paikalla fysioterapeutti ja insinööri. Ensimmäisen tehtävänä on arvioida koehenkilöiden peruskävelyä ja arvioida hänen tilaansa avun antamisen aikana. Insinööri vastaa laitteen hallinnasta ja tietojen tallentamisesta.

Molemmat tutkijat seuraavat interventioon kohdistuvaa uskollisuutta suoralla valvonnalla.

• Toimitustavat Protokolla toimitetaan yhdelle osallistujalle kerrallaan. Jokainen potilas suorittaa protokollan kerran.
• Sijainti Sairaala Beata María Ana (Madrid, Espanja)
• Räätälöinti ja muutokset Protokolla pysyy muuttumattomana kaikissa sovelluksissa. Ainoa mukautus potilaiden tarpeisiin on mukavan ja maksimaalisen kävelynopeuden valinta kokeita varten.