片麻痺歩行中の代償戦略と筋肉活動に対する片側ロボット支援の影響

- 材料: 研究者は、ユーザーの膝と足首に位置合わせされた 2 つの関節で構成される膝足首足装具 (KAFO) を開発しました。 バーの長さとブレースの位置は、さまざまなユーザーの人体測定に合わせて調整できます。 膝関節は、ハーモニック ドライブ CSD-20-160-2AGR (Harmonic Drive LLC、EE.UU.) と結合された DC ブラシレス モーター EC-60 flat 408057 (Maxon ag、スイス) によって作動されます。 このシステムの 1:60 の伝達比は、35Nm の平均トルクの適用を可能にします。 試作品の足首関節は作動せず無制限のままで、矢状面での自由な動きを可能にします。 KAFOの総重量は約4kg。

プロトタイプには、ロボット関節の屈曲角度やユーザーとロボット間の相互作用トルクなど、リアルタイムでの制御に使用されるシステム変数に関する情報を提供するセンサーが装備されています。 さらに、ユーザーの歩行運動は慣性測定ユニット (IMU) によって測定され、床と両足の接触は力感知抵抗器 (FSR) によって測定されます。

このシステムは、Adaptive Frequency Oscillator を使用して対側肢の連続歩行フェーズを推定し、健康な歩行パターンを誘導することで麻痺した脚を同期的に支援します。 ロボットの動作は、補助脚の歩行段階に依存します。立脚段階では、ロボットは四肢を補強し、脚と外骨格で構成されるシステムがユーザーの体重を負荷して崩壊しないようにします。遊脚段階では、ロボットは、指定された軌道の周りに力のトンネルを作成する Assisted-As-Needed (AAN) パラダイムに従って四肢の動きをガイドします。

- 手順:

実験プロトコルは 3 つのセッションに分かれています。 それらすべての間、患者は理学療法士の指示に従ってトレッドミルの上を歩き、落下を避けるために安全ハーネスを着用し、麻痺した脚にロボット外骨格を装着します。 2 回目と 3 回目のセッションでは、表面電極 (Trigno System、Delsys Inc.) を使用し、SENIAM ガイドラインに従って筋電図も取得します。 両足の大腿直筋、大腿二頭筋長頭、前脛骨筋、腓腹筋内側の筋活動を測定します。 各実験セッションについて次に説明します。

1. - トレーニング セッション: 患者はロボット外骨格を着用して、デバイスの動作に慣れます。 被験者ごとに快適で最大の速度が識別されます。
2. - ランプ速度セッション: セッションは 5 つの試行に分割されます。(a) 前に、患者はデバイスを装着しません。 (b) フリー、患者はロボットを装着しますが、ロボットは機械的に分離されているため、自由な膝の動きが可能になります。 (c) アクティブ、ロボットは最大歩行速度の 75% まで歩行を支援します。 (d) MaxActive、ロボットは最大歩行速度まで歩行をアシストします。 (e) Post、患者は Pre 状態を繰り返します。 速度は快適な速度から最大まで増加し、その後快適な速度に戻ります。
3. - ランダム速度セッション: セッションは、ランプ速度セッションと同じ試行に分割されます。

RampVel セッションと RandomVel セッションの違いは、患者が歩く一連の歩行速度です。 RampVel の間、快適な速度から最大速度までの 5 つの速度ステップが定義されます (試行によって異なります)。 RandomVel では、同じ範囲のベロシティが使用されますが、範囲全体で 5 つのステップを定義し、それらをランダムな順序で設定します。 両方のセッションで、各歩行速度ステップは 1 分間続くため、すべての試行は 5 分間続きます。 無料トライアル、アクティブ トライアル、MaxActive トライアルも、セッションごとにランダムに並べられます。

合計効果を避けるために、試験の合間に患者は 10 分間休息します。 各セッションは異なる日に行われ、間に 1 日または 2 日あります。

-介入プロバイダー 理学療法士とエンジニアが試験中に立ち会います。 最初の担当者は、被験者の基礎歩行を評価し、支援が提供されている間、被験者の状態を評価する責任があります。 エンジニアは、デバイスの管理とデータの記録を担当します。

両方の研究者は、直接監督によって介入への忠実度を監視します。

• 配信モード プロトコルは、一度に 1 人の参加者に提供されます。 各患者はプロトコルを 1 回完了します。
• ロケーション ベアタ マリア アナ病院 (マドリード、スペイン)
• 調整と変更 プロトコルはアプリケーション間で変更されません。 患者への唯一の適応は、試験のための快適で最大の歩行速度の選択です。