在宅脳卒中片麻痺歩行リハビリテーションのためのアクティブ肢装具

片麻痺およびその他の機能障害は、脳卒中の頻繁で障害をもたらす結果であり、非対称で非効率的な歩行パターンにつながる可能性があります。 2 つの別個のトレッドが各脚を異なる速度で駆動するスプリットベルト トレッドミルでのトレーニングは、脳卒中後の歩行の非対称性を修正することができます。 ただし、スプリットベルト トレッドミル トレーニングの効果は、毎日の地上歩行に部分的にしか移行せず、長期にわたる効果を得るには長時間のトレーニング セッションが必要です。 私たちの以前の研究は、私たちの研究室で開発された iStride デバイスが脳卒中患者の代替歩行トレーニング デバイスとして使用できることを示唆しています。 iStride デバイスは、スプリットベルト トレッドミルの動作を模倣していますが、地面を歩いているときや自宅で使用できるため、長期的なトレーニングが可能です。 iStride デバイスは外部電源を一切必要とせず、完全に受動的です。着用者の体重を利用して動きを生成するため、歩行中に存在する自然な力から必要なすべての力がリダイレクトされます。 iStride デバイスの動きはスプリット ベルト トレッドミルに似ており、iStride デバイスは同様の後遺症を生成しますが、脳卒中のある個人の歩行を修正する際のこの靴の有効性はまだ検証されていません。 この研究は、脳卒中患者に対するiStrideデバイスのテストを継続して、クリニック環境での関連する効果が家庭環境でも有益で安全であるかどうかを判断することを目的としています.

この研究では、診療所と自宅で脳卒中患者に対する iStride デバイスの有効性をテストします。 有効性は、歩行調整の変化に基づいて評価され、被験者の自己報告されたデバイスの快適さにも基づいて評価されます。 iStride デバイスは、四肢間の歩行協調に変化をもたらし、自宅で使用する安全で効果的なデバイスであることが証明されると予測しています。

片麻痺歩行の非対称性は、機能的な歩行能力に大きな影響を与える可能性があります。 たとえば、スイング位相の非対称性は、運動回復、歩行速度、および転倒の段階と強く相関するため、片麻痺の歩行パフォーマンスの重要な予測因子です。 時間的非対称性のもう 1 つの尺度である二重支持持続時間は、同様に歩行速度と相関しています。 さらに、空間 (例: 歩幅）の非対称性は、麻痺した脚の推進力の減少に関連しており、体の前方への動きを制限し、歩行効率を低下させます。 歩行効率の重要性は控えめに言っても過言ではありません - 脳卒中後の身体的衰弱と組み合わされた片麻痺歩行のエネルギー需要の上昇は、日常生活の活動のパフォーマンスを大幅に制限し、心臓血管の健康状態の低下やメタボリックシンドロームに寄与する可能性があります. 次に、これは 2 回目の脳卒中または心血管イベントのリスクを高める可能性があり、罹患率と死亡率の増加に関連しています。 したがって、歩行の対称性を改善することは、機能的可動性を改善し、損傷を減らすだけでなく、脳卒中後の一般的な健康と幸福を高めるためにも、治療の重要な目標である必要があります。

スプリットベルト トレッドミルでのウォーキングの練習は、脳卒中や他の中枢神経系の損傷後に片麻痺を患っている個人の歩行の異常な四肢間の協調を修正することができます. 非対称歩行は空間的非対称性として現れることがあり、片側の歩数が反対側の歩数よりも長くなります。 また、麻痺側と非麻痺側でタイミングが不均一な時間的非対称性として現れることもあります。 時間的非対称性は、多くの場合、両足が同時に地面に接触している時間である二重支持期間の持続時間の差として測定され、麻痺側と非麻痺側で別々に測定されます。 iStride デバイスは、歩行の空間的および時間的対称性を変化させるように設計されています。 iStride デバイスを使用すると、iStride デバイスのある側のステップが大きくなると予測されます。これは、個人が足を前方に配置することで後方へのローリング動作を補償し、2 つの足の間の距離が長くなるためです。 同様に、ストライドが長いため、反対側に比べてスタンスの持続時間が短くなる可能性もあります。 スタンスの持続時間が短縮されると、スタンスの終了時にダブルサポートに費やされる時間も減少する可能性があります。

iStride デバイスの元のアイデアは、スプリットベルト トレッドミルの動きから派生したものですが、デバイス上を歩くことと、ベルト速度が非対称なスプリットベルト トレッドミルを歩くことには明確な違いがあります。 スプリットベルト トレッドミルでは、地面に対する身体の速度はゼロですが、iStride デバイスの相対速度はゼロではなく前方です。 デバイスは着用者の足を前後に動かしますが、トレッドミルは両足を後ろに動かしますが、速度は異なります。 スプリットベルト トレッドミルと iStride デバイスの両方で、両足の相対速度は類似しており、後方に移動する iStride デバイスがより速いトレッドの代わりになります。

地上でのトレーニングは、非対称歩行を持つ個人の四肢間の調整の変化につながり、個人がより永続的な対称歩行を発達させることを可能にするという仮説を立てています. 地上でのトレーニングとトレッドミルでのトレーニングにはいくつかの違いがあります。視覚的な流れや前方への動きを知らせる前庭情報など、トレッドミルでトレーニングしたときに地上での学習の表現を制限する可能性があります。 視覚的な合図は、コンテキスト認識にとって特に重要であると思われます。 視覚的な手がかりは、以前の経験と相まって非常に強力であるため、動いていないエスカレーターに足を踏み入れると、予測的な姿勢反応によって個人がつまずく. 体はエスカレーターに乗るときに加速度を期待する内部モデルを学習していますが、その加速度が発生しないと人はつまずきます。 スプリット ベルト ウォーキングの研究では、被験者がトレッドミルでのトレーニング中に目隠しをして地上でテストすると、地上歩行への移行が強化されることが示されました。 目隠しは環境に関する視覚的な手がかりを排除するため、視覚が学習の文脈依存性を決定する重要な要因であることも示唆しています。 歩行訓練中に脳卒中患者を目隠しすることは現実的ではないため、地上歩行中に訓練が行われるように iStride デバイスを設計しました。

以前のバージョンの iStride デバイス (当時は GEMS と呼ばれていました) を使用した対照被験者からのデータが公開されており、この以前のバージョンのビデオは http://reedlab.eng.usf.edu/publications/handzic2011GEMS にあります。 .mp4。 この研究では、デバイスのこの以前のバージョンは予測どおりに歩幅を変更できることがわかりましたが、以前の設計は重すぎて高すぎて、脳卒中集団でのテストには実用的とは見なされませんでした。 iStride デバイスの現在のバージョンは、以前のバージョンと同様の動きを生成しますが、重量が軽く (1 kg 未満)、短くなっています (~4.4 cm)。 現在のiStrideデバイスをクリニックや自宅で脳卒中患者の地面を歩く際の歩行調整に装着することの有効性をテストします. すべての歩行は、被験者が転倒を防ぐために経験豊富な理学療法士によって厳重に守られている間に行われます。 歩行協調に対する iStride デバイスの効果を、スプリットベルト トレッドミルで誘発される効果と比較します。

提案されたプロジェクトは、地面を歩いているときに歩行の対称性を修正するデバイスを構築する最初の試みの 1 つです。 これにより、人々は通常の動きをしながら歩行矯正を体験できるようになるだけでなく、これらのデバイスのシンプルさと比較的低コストにより、自宅でトレーニングする機会が開かれます (監督下の高機能個人向け)。・ベルト式トレッドミルはご利用いただけません。 ここで概説した研究は、iStride デバイスが歩行の四肢間の調整を変更できるかどうか、および脳卒中患者がこれらのデバイスをリハビリ目的で使用できるかどうかを立証するものです。 したがって、この作業は、対称歩行パターンを改善するための iStride デバイスの長期使用の有効性を調べる、将来のトレーニング研究の基盤を構築します。

この研究が対象とする問題は、脳卒中のリハビリテーションに使用するための人間の歩行パターンの修正です。 iStride デバイスが人の時間的および空間的な歩行の非対称性を対称的な歩行に変えることができることを示すことが、私たちの最終的な目的です。 これはクリニックの設定で実証されており、今度は参加者の自宅でデバイスをテストします。 基準点は、スプリットベルト トレッドミルを使用した以前の研究で得られた結果です。 また、足と地面の間の界面を変更することが、新しい歩行パターンへの適応にどのように影響するかにも関心があります。