歩行用インタラクティブ外骨格ロボット

脳卒中は、脳組織への動脈供給を遮断し、通常は体の片側に影響を与える中枢神経系の運動経路を損傷する頭蓋内出血または血栓症によって引き起こされます。 影響を受けた側への下行性神経ドライブの減少は、脳卒中生存者の日常生活動作 (ADL) に大きな影響を与える片​​麻痺につながる可能性があります (Singam, Ytterberg, Tham & von Koch, 2015)。 上肢の運動障害は、反対側を使って物を拾ったり操作したりすることで補うことができますが、下肢の運動機能が失われると、可動性と身体のバランスが大幅に制限されます。 多くの脳卒中生存者は、立位と歩行のために介護者からの歩行補助具または手動サポートに依存しています。そうしないと、重大な結果を伴う転倒のリスクが高くなります (Tasseel-Ponche、Yelnik & Bonan、2015)。

最近の研究では、脳卒中患者は、神経可塑性として知られる長期的な適応プロセスを通じて代替神経回路を発達させることにより、歩行能力を再学習できることが示唆されています。 片麻痺の脳卒中患者の歩行回復を促進する鍵は、高強度で反復的でタスク固有の歩行トレーニングです (Kreisei、Hennerici & Bäzner、2007; Kleim & Jones、2008)。 ロボット支援の下肢外骨格デバイスの開発は、脳卒中のリハビリテーションにおいて大きな臨床的可能性を秘めています。 多くの下肢外骨格ロボットは、自重支持型トレッドミル トレーニング (BWSTT) (Morone, et al., 2017).

Lokomat や電気機械的歩行トレーナーなどの既存のロボット支援歩行トレーニング (RAGT) は、股関節と膝の主要な下肢関節に自動、リズミカル、および反復的な電動アシストを提供します (Poli、Morone、Rosati & Masiero、2013)。 これらの RAGT を従来の治療法と組み合わせた大規模なランダム化比較試験 (RCT) では、慢性脳卒中患者が従来の治療法のみを受けた場合よりも機能的歩行の独立性と ADL を大幅に改善したことが示されています (Pohl, et al., 2007; Schwartz, et al., 2009) ;Hidler, et al., 2009; Mehrholz, et al., 2013)。 しかし、Hesse、Schmidt、Werner、Bardeleben (2003) は、ロボットを歩行リハビリテーションに統合することは、セラピストがワークロードを増やさずにトレーニング強度と安全性を高める補助ツールにすぎないと示唆しています。 臨床的に利用可能なほとんどの RAGT は、受動的な補助を伴うトレッドミルに限定されています (van Peppen, et al., 2004; Morone, et al., 2017) が、研究では、タスクのバリエーションと歩行トレーニングへの積極的な参加が、新しく学んだ学習の維持を改善する可能性があることを示しています。トレーニング効果の一般化を促進する可能性があります (Salbach, et al., 2004; Kwon, Woo, Lee & Kim, 2015)。 アクティブな地上歩行トレーニングを可能にするポータブル RAGT は、特に外来脳卒中患者にとってより有望です。

ロボット支援足関節装具 (AFO) と膝ブレースは、片麻痺の脳卒中患者の RAGT 用のポータブル外骨格デバイスの良い候補です (Duerinck, et al., 2012; Zhang, Davies & Xie, 2013; Mehrholz, et al., 2017)。 . 従来のAFOは、主に下垂足歩行異常を治療するために設計されており、遊脚期の足のクリアランスと負荷応答の衝撃吸収のための足首の背屈の受動的なサポートを備えています。 従来のニーブレースは、主に立脚期の身体サポートを目的として設計されています。 影響を受けた足首および/または膝関節へのロボット支援の統合は、患者の自発的な残りの足首および/または膝の動きに同期するアクティブパワー支援を提供できます。 長期的なアクティブパワーアシストは、経験に基づく歩行回復を刺激するか、歩行を容易にする代償性歩行パターンを発達させる可能性があります (Kleim & Jones, 2008)。

ロボット リハビリテーションの研究を臨床応用に移すためには、証拠に基づいた臨床研究を実施して、脳卒中患者に対する新しいデバイスまたは介入の安全性と有効性をテストする必要があります (Backus, Winchester & Tefertiller, 2010)。 ロボット支援の AFO と膝装具の多くの設計がさまざまな研究グループによって提案されてきましたが、それらのほとんどは、主に小さなサンプルサイズの健康な被験者を対象とした実現可能性テストの結果のみを報告しています (Dollar & Herr, 2008; Shorter, et al. 、2013; Alam、Choudhury & Bin Mamat、2014)。 これまでの研究の大半は、歩行中にロボット支援の AFO と膝ブレースを装着した場合の即時の影響を懸念していましたが、脳卒中患者の RAGT に対するデバイスの装着による長期的な治療効果を調査した研究はほとんどありませんでした (Lo, 2012)。 特に、Mehrholz らによる系統的レビュー。 (2017) は、ロボット支援 AFO を使用した足首トレーニングの有効性を評価した RCT は 1 つだけであることを示していますが、座位では、地上歩行と階段歩行の両方でロボット支援 AFO を使用した歩行トレーニングを評価した RCT はありません。

この研究では、Exoskeleton Ankle Robot と Knee Robot が、下垂足歩行異常のある脳卒中患者の歩行訓練用のロボット支援 AFO および膝ブレースとして提案され、評価されています。 脳卒中患者へのロボット支援 AFO と膝装具の臨床応用には、脚への重量負荷の軽減、さまざまな歩行環境への携帯性と適応性の実現など、いくつかの重要な課題を克服する必要があります。 Exoskeleton Ankle Robot and Knee Brace の目的は次のとおりです。(1) 同期されたアクティブな足首および/または膝の力のアシストを提供して歩行を容易にすること、(2) 地上歩行および階段歩行においてユーザーの歩行意図を分類するための正確で信頼性の高い方法を開発すること、 (3)下垂足歩行異常のある脳卒中患者のRAGTのトレーニングプロトコールを提供する。 Exoskeleton Ankle Robot と Knee Brace の実現可能性テストと RCT は、この新しいリハビリテーション ロボットの臨床的価値を検証し、脳卒中患者の歩行リハビリテーションの新しい介入を確立する可能性があります。