Proof-of-concept di un esoscheletro di ginocchio robotico in soggetti sani e pazienti emiparetici durante la deambulazione.

- Breve nome: Proof-of-concept di un esoscheletro di ginocchio robotico unilaterale e valutazione dei suoi effetti sulla simmetria dell'andatura.

- Materiali: i ricercatori hanno sviluppato un'ortesi ginocchio-caviglia-piede (KAFO) composta da due articolazioni allineate al ginocchio e alla caviglia dell'utente. La lunghezza delle sue barre e le posizioni delle sue bretelle possono essere adattate all'antropometria dei diversi utenti. L'articolazione del ginocchio è azionata da un motore DC brushless EC-60 flat 408057 (Maxon ag, Svizzera) accoppiato con un azionamento armonico CSD-20-160-2AGR (Harmonic Drive LLC, EE.UU.). Il rapporto di trasmissione 1:60 di questo sistema consente l'applicazione di una coppia media di 35Nm. L'articolazione della caviglia del prototipo rimane non attivata e illimitata, consentendo il suo libero movimento nel piano sagittale. Il peso totale del KAFO è di circa 4 kg.

Il prototipo è dotato di sensori che forniscono informazioni sulle variabili del sistema utilizzate per il suo controllo in tempo reale, come l'angolo di flessione dell'articolazione del robot o la coppia di interazione tra utente e robot. Inoltre, la cinematica dell'andatura dell'utente viene misurata dalle unità di misura inerziale (IMU) e il contatto di entrambi i piedi con il pavimento dai resistori di rilevamento della forza (FSR).

Il sistema utilizza un Adaptive Frequency Oscillator per stimare la fase continua del passo dell'arto controlaterale e assiste sincronicamente la gamba paretica seguendo due diverse strategie di controllo: (1) Replicare il movimento della gamba sana (Echo Strategy) o (2) Indurre una gamba sana modello di andatura sulla gamba paretica (strategia del modello). L'azione del robot dipende dalla fase di andatura della gamba assistita: durante la fase di stance il robot rinforza l'arto in modo che il sistema composto dalla gamba e dall'esoscheletro possa caricare il peso dell'utente e non crollare, mentre durante la fase di oscillazione il robot guida il movimento dell'arto secondo il paradigma Assisted-A-Needed (AAN) creando un tunnel di forza attorno alla traiettoria prescritta.

- Procedure: i soggetti sono stati istruiti a camminare su un tapis roulant a velocità costante durante le prove di 5 minuti. Tutti i soggetti hanno effettuato quattro diversi tipi di prove: (1) NoExo: i soggetti hanno indossato solo i sensori inerziali ei sensori di pressione della soletta per acquisire il loro movimento basale; (2) Libero: i soggetti indossavano l'esoscheletro sebbene l'attuatore fosse disaccoppiato meccanicamente, quindi consentiva il libero movimento del ginocchio; (3) Echo: il dispositivo ha fornito assistenza alla deambulazione seguendo la strategia di controllo dell'eco; e (4) Pattern: il dispositivo ha fornito assistenza alla deambulazione seguendo la strategia Pattern. Durante le prove, i pazienti indossavano un'imbracatura di sicurezza, sebbene non sostenesse alcun peso. Prima dell'esecuzione delle prove, la velocità dell'andatura è stata autoselezionata dai soggetti a un livello confortevole. I soggetti riposavano tra le prove per almeno cinque minuti, al fine di evitare l'adattamento e gli effetti dell'apprendimento da prova a prova.

I soggetti sani hanno anche eseguito una prova precedente con velocità di andatura variabile (VariableSpeed). Hanno camminato sul tapis roulant come nella condizione NoExo, anche se la velocità dell'andatura varia in modo casuale da 1 km/h a 3 km/h con incrementi di 0,2 km/h per almeno 15 secondi.

- Fornitori di intervento Un fisioterapista e un ingegnere sono presenti durante le prove. Il primo ha il compito di valutare l'andatura basale dei soggetti e valutare il suo stato durante l'assistenza. L'ingegnere è responsabile della gestione del dispositivo e della registrazione dei dati.

Entrambi i ricercatori monitorano la fedeltà all'intervento mediante supervisione diretta.

• Modalità di consegna Il protocollo viene fornito a un partecipante alla volta. Ogni paziente completa il protocollo una volta.
• Sede Ospedale Beata María Ana (Madrid, Spagna)
• Personalizzazione e modifiche Il protocollo rimane inalterato tra le applicazioni. L'unico adattamento ai pazienti è la scelta della velocità di andatura confortevole per le prove.