Robot esoscheletro interattivo per camminare

L'ictus è causato da emorragia intracranica o trombosi, che interrompe l'afflusso arterioso al tessuto cerebrale e di solito danneggia la via motoria del sistema nervoso centrale che colpisce un lato del corpo. La ridotta spinta neurale discendente verso il lato colpito potrebbe portare all'emiplegia, che influenza in modo significativo l'attività della vita quotidiana (ADL) dei sopravvissuti all'ictus (Singam, Ytterberg, Tham & von Koch, 2015). Mentre la compromissione motoria dell'arto superiore potrebbe essere compensata utilizzando il lato controlaterale per raccogliere o manipolare oggetti, la perdita della funzionalità motoria dell'arto inferiore limiterebbe sostanzialmente la mobilità e l'equilibrio del corpo. Molti sopravvissuti all'ictus dipendono dagli ausili per la deambulazione o dal supporto manuale degli operatori sanitari per stare in piedi e camminare, altrimenti correrebbero un grande rischio di cadere con gravi conseguenze (Tasseel-Ponche, Yelnik & Bonan, 2015).

Studi recenti suggeriscono che i pazienti con ictus potrebbero riapprendere la capacità di camminare sviluppando circuiti neurali alternativi attraverso un processo di adattamento a lungo termine, noto come neuroplasticità. L'allenamento della deambulazione ad alta intensità, ripetitivo e specifico per attività è la chiave per migliorare il recupero della deambulazione dei pazienti con ictus emiplegico (Kreisei, Hennerici & Bäzner, 2007; Kleim & Jones, 2008). Lo sviluppo di dispositivi di esoscheletro degli arti inferiori assistiti da robot ha un grande potenziale clinico nella riabilitazione dell'ictus. Molti robot esoscheletrici degli arti inferiori sono clinicamente disponibili per i pazienti con ictus non deambulanti per esercitarsi a camminare con assistenza passiva sull'allenamento su tapis roulant supportato dal peso corporeo (BWSTT) (Morone, et al., 2017).

L'attuale addestramento alla deambulazione assistito da robot (RAGT) come Lokomat e il Gait Trainer elettromeccanico forniscono assistenza automatica, ritmica e ripetitiva alle principali articolazioni degli arti inferiori a livello di anche e ginocchia bilateralmente (Poli, Morone, Rosati & Masiero, 2013). Studi randomizzati controllati su larga scala (RCT) di questi RAGT in combinazione con terapie convenzionali mostrano significativamente più pazienti con ictus cronico migliorano l'indipendenza funzionale dell'andatura e l'ADL rispetto alla sola terapia convenzionale (Pohl, et al., 2007; Schwartz, et al., 2009 ; Hidler, et al., 2009; Mehrholz, et al., 2013). Tuttavia, Hesse, Schmidt, Werner & Bardeleben (2003) suggeriscono che l'integrazione dei robot nella riabilitazione dell'andatura potrebbe essere semplicemente uno strumento ausiliario per i terapisti per migliorare l'intensità e la sicurezza dell'allenamento senza aumentare il loro carico di lavoro. La maggior parte dei RAGT clinicamente disponibili sono legati al tapis roulant con assistenza passiva (van Peppen, et al., 2004; Morone, et al., 2017), ma le ricerche mostrano che le variazioni delle attività e la partecipazione attiva all'allenamento della deambulazione potrebbero migliorare la ritenzione dei nuovi apprendimenti competenze e potrebbe promuovere la generalizzazione degli effetti dell'allenamento (Salbach, et al., 2004; Kwon, Woo, Lee & Kim, 2015). Il RAGT portatile che consente un allenamento attivo dell'andatura fuori terra sarebbe più promettente soprattutto per i pazienti con ictus ambulatoriale.

L'ortesi caviglia-piede assistita da robot (AFO) e la ginocchiera sono buoni candidati come dispositivi esoscheletrici portatili per RAGT di pazienti con ictus emiplegico (Duerinck, et al., 2012; Zhang, Davies & Xie, 2013; Mehrholz, et al., 2017) . L'AFO convenzionale è progettata principalmente per il trattamento dell'anomalia dell'andatura cadente del piede con supporto passivo nella dorsiflessione della caviglia per la distanza del piede nella fase dinamica e l'assorbimento degli urti nella risposta al carico. La ginocchiera convenzionale è progettata principalmente per il supporto del corpo nella fase di appoggio. L'integrazione dell'assistenza robotica nell'articolazione della caviglia e/o del ginocchio colpita potrebbe fornire un'assistenza elettrica attiva che si sincronizza con il movimento residuo volontario della caviglia e/o del ginocchio dei pazienti. L'assistenza di potenza attiva a lungo termine potrebbe stimolare il recupero dell'andatura guidato dall'esperienza o sviluppare un modello di andatura compensatoria per facilitare l'andatura (Kleim & Jones, 2008).

Al fine di tradurre la ricerca sulla riabilitazione robotica in applicazione clinica, dovrebbe essere condotta una ricerca clinica basata sull'evidenza per testare la sicurezza e l'efficacia dei nuovi dispositivi o interventi sui pazienti colpiti da ictus (Backus, Winchester & Tefertiller, 2010). Molti progetti di AFO e ginocchiere assistite da robot sono stati proposti da diversi gruppi di ricerca, ma la maggior parte di essi ha riportato solo i risultati di test di fattibilità, principalmente su soggetti sani con campioni di piccole dimensioni (Dollar & Herr, 2008; Shorter, et al. , 2013; Alam, Choudhury & Bin Mamat, 2014). La maggior parte degli studi precedenti riguardava gli effetti immediati dell'indossare gli AFO assistiti da robot e le ginocchiere durante la deambulazione, ma pochi studi hanno studiato gli effetti terapeutici a lungo termine dell'indossare i dispositivi per RAGT dei pazienti con ictus (Lo, 2012). In particolare, la revisione sistematica di Mehrholz, et al. (2017) mostra che solo un RCT ha valutato l'efficacia dell'allenamento della caviglia utilizzando l'AFO robot-assistita, ma in posizione seduta, nessun RCT ha valutato l'allenamento della deambulazione utilizzando l'AFO robot-assistita sia sulla camminata in superficie che sulla deambulazione su scale.

In questo studio, l'Exoskeleton Ankle Robot e il Knee Robot sono stati proposti e valutati come AFO e ginocchiera assistiti da robot per l'allenamento della deambulazione di pazienti colpiti da ictus con anormalità dell'andatura cadente. L'applicazione clinica di AFO e ginocchiere assistite da robot su pazienti con ictus deve superare alcune sfide importanti, come ridurre il carico di peso sulla gamba e ottenere portabilità e adattabilità a vari ambienti di deambulazione. Exoskeleton Ankle Robot and Knee Brace mira a: (1) fornire un'assistenza attiva sincronizzata alla caviglia e/o al ginocchio per facilitare la deambulazione, (2) sviluppare un metodo accurato e affidabile per classificare l'intenzione di deambulazione dell'utente nella deambulazione fuori terra e sulle scale, (3) fornire un protocollo di allenamento per RAGT di pazienti con ictus con anomalia dell'andatura cadente. I test di fattibilità e RCT dell'Exoskeleton Ankle Robot e del Knee Brace potrebbero convalidare il valore clinico di questo nuovo robot riabilitativo e potrebbero potenzialmente stabilire un nuovo intervento di riabilitazione della deambulazione per i pazienti colpiti da ictus.