Effetti dell'assistenza robotica unilaterale sulle strategie di compensazione e sull'attività muscolare durante l'andatura emiparetica

- 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 oscillatore di frequenza adattivo per stimare la fase continua dell'andatura dell'arto controlaterale e assiste sincronicamente la gamba paretica inducendo un modello di andatura sano. L'azione del robot dipende dalla fase di andatura della gamba assistita: durante la fase di appoggio, 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 il robot guida il movimento dell'arto secondo il paradigma Assisted-As-Needed (AAN) creando un tunnel di forza attorno alla traiettoria prescritta.

- Procedure:

Il protocollo sperimentale è suddiviso in tre sessioni. Durante tutti questi, il paziente camminerà su un tapis roulant comandato dal fisioterapista indossando un'imbracatura di sicurezza per evitare cadute e indossando l'esoscheletro robotico nella gamba paretica. Durante la seconda e la terza seduta verrà inoltre acquisita l'elettromiografia mediante l'utilizzo di elettrodi di superficie (Trigno System, Delsys Inc.) e secondo le linee guida SENIAM. Con questo metodo verrà misurata l'attività muscolare del retto femorale, del capo lungo del bicipite femorale, del tibiale anteriore e del gastrocnemio mediale di entrambe le gambe. Ogni sessione sperimentale è descritta di seguito:

1. - Sessione di allenamento: il paziente indosserà l'esoscheletro robotico per familiarizzare con l'azione del dispositivo. Per ogni soggetto saranno identificate velocità di comodo e velocità massime.
2. - Ramp Velocity Session: la sessione sarà suddivisa in cinque prove: (a) Pre, il paziente non indosserà il dispositivo; (b) Libero, il paziente indosserà il robot ma è disaccoppiato meccanicamente in modo da consentire il movimento libero del ginocchio; (c) Attivo, il robot assisterà l'andatura fino al 75% della velocità massima dell'andatura; (d) MaxActive, il robot assisterà l'andatura fino alla velocità massima dell'andatura; e (e) Post, il paziente ripeterà la condizione Pre. La velocità aumenterà da una velocità confortevole al massimo e poi tornerà a quella confortevole.
3. - Sessione Random Velocity: la sessione sarà suddivisa nelle stesse prove della sessione Ramp Velocity.

La differenza tra le sessioni RampVel e RandomVel sarà la sequenza delle velocità di deambulazione alla quale il paziente camminerà. Durante RampVel, verranno definiti cinque livelli di velocità dalla velocità confortevole alla velocità massima con o senza exo (a seconda della prova) e ritorno alla velocità confortevole. Durante RandomVel, verrà utilizzato lo stesso intervallo di velocità, ma definendo cinque passi nell'intero intervallo e impostandoli in ordine casuale. In entrambe le sessioni, ogni passo di velocità del passo durerà un minuto, quindi tutte le prove dureranno cinque minuti. Anche le prove Free, Active e MaxActive saranno ordinate casualmente in ogni sessione.

Tra le prove, i pazienti riposeranno per 10 minuti per evitare effetti di sommatoria. Ogni sessione si svolgerà in giorni diversi, lasciando 1 o 2 giorni in mezzo.

- Fornitori di intervento Un fisioterapista e un ingegnere saranno presenti durante le prove. Il primo avrà il compito di valutare l'andatura basale dei soggetti e valutare il suo stato durante l'assistenza. L'ingegnere sarà 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 delle velocità di deambulazione comode e massime per le prove.