痙縮のある人向けのオンデマンド外骨格を使用した脚のストレッチ

上位運動ニューロン損傷を患っている人を含む神経学的疾患のある人は、運動障害や感覚障害、筋力低下、可動域の制限、体重支持能力の低下、平衡感覚の障害などを経験しており、これらにより歩行が制限され、日常生活活動を行う能力が妨げられます。 。 下肢リハビリロボットは理学療法を支援し、介護者や看護師の負担を軽減します。 したがって、このプロジェクトの目標は、脚の動きとストレッチを支援し、それに応じて痙縮を経験する神経疾患を持つ人々の筋肉を活性化するウェアラブルでポータブルな技術を開発することです。

痙縮は筋緊張の亢進によって生じ、四肢の調整や可動域のために随意筋収縮を機能的に利用する能力を妨げ、体の移動、歩行、運動を制限します。 重度または難治性の痙縮は、体のコントロールやバランスの喪失につながり、転倒や怪我、皮膚の圧傷、拘縮、痛み、車椅子の着座困難などを引き起こす可能性があります。 痙縮を管理し、痙縮に関連する機能障害を克服するための既存の治療法には、薬物療法、脳神経外科手術、全身または四肢の振動、理学療法、受動的サイクリング、機能的電気刺激（FES）、およびその他の方法が含まれます。 ただし、薬物療法は、眠気、倦怠感、筋力低下、痛み（注射部位など）などの重大な副作用を引き起こす可能性があります。さらに、それらの有効性は投与量の変動に敏感です。 脳神経外科と脊髄直接刺激は難治性または局所性痙縮を治療できますが、手術のリスクが伴い、長期的な利点は個人によって異なります。

ストレッチは、運動ニューロンの興奮性を低下させ、筋肉と関節の粘弾性特性を維持し、筋肉のけいれんを軽減し、可動域と歩行機能を改善します。さらに、ストレッチを経口薬と組み合わせて痙縮を管理することもできます。 ストレッチは、筋肉を伸ばしたり、悪影響を比較的低く抑えて関節の可動域を確保したりするために、セラピスト、看護師、介護者によって日常的に行われています。 しかし、オンデマンドで信頼性の高い手作業による四肢ストレッチングを昼夜を問わず提供することは、自宅と医療施設の両方の介護者や看護師に大きな負担を強いることになります。 したがって、SCI後の痙縮を管理するために、オンデマンドで安全かつカスタマイズされた動的ストレッチングを適用し、介護者や看護師の負担を最小限に抑えることができるウェアラブルなアプローチを開発することが重要な必要性があります。

このプロジェクトは、シラキュース大学での以前の研究プロトコルでは活用（開発）されていなかった、ウェアラブル センサーと、フォーム ファクタと重量を削減した完全ウェアラブル外骨格における最近の技術進歩を活用します。 これらの新しいウェアラブル外骨格は、人体に適合し、筋力低下や片麻痺のある人の脚を補助するスマートな衣服です。 軽量外骨格は、外骨格が使用されるタスクや環境の幅を広げる可能性があります。 したがって、このプロジェクトでは、さまざまな姿勢（マットやベッドに横たわっているとき、椅子や車椅子に座っているときなど）で脚の動きとストレッチを支援する（たとえば、けいれんのある人を対象とした）軽量でウェアラブルな外骨格を導入しています。

目的 1 では、ウェアラブル デバイスとその閉ループ制御アルゴリズムのパフォーマンスを特徴付け、安全かつ自動的に手足を伸ばしたり、単一の関節 (マットの上に座ったり横になったりしているときに単独で動作する関節など) の動きを正確に調整します。 この目的の方法には以下が含まれます: 1) ウェアラブル センサーを使用して関節の運動学と慣性フィードバック データを利用して安全な脚の力を加える制御アルゴリズムを設計する、2) 股関節、膝、足首の関節に加えられる力の大きさとタイミングを調べる、そしてつま先。 この目的の研究タスクにより、参加者間で適用される力をカスタマイズできるようになります。

目的 2 では、目的 1 の閉ループ コントローラーの実装を、多関節制御を伴うさまざまな体の姿勢やアクティビティに拡張します。 参加者はデバイスを装着し、ベッド/マットの上に横たわったり座ったりしながら、ウェアラブル外骨格によって加えられる力を体験します。 このデバイスは完全にウェアラブルであるため、神経学的症状や痙縮のある人の動きや手足のストレッチを検査するための強力なツールとして機能します。 したがって、この装置は固定/静止実験条件に限定されません。

最後の目的は、参加者、介護者、看護師、臨床医 (関与している場合) からウェアラブル デバイスの使いやすさと満足度に関する定性データを収集することです。 アンケートやアンケートは定性的なデータを収集するために使用されます。 ウェアラブル デバイスの使いやすさは、外骨格を着脱する時間を含む予想期間内にプロトコルを実装できるかどうかを調べることによって評価されます。さらに、参加者全員がプロトコルを順守しているかどうかが判断されます。

研究デザイン - 方法論

研究の候補者は、資格があるかどうかを確認するために、電話または直接対面してスクリーニング質問票に記入するよう求められます。 潜在的な参加者が研究に登録する資格がある場合、参加者は登録プロセスに関する詳細情報を受け取ります。 次に、参加者は人口統計アンケートに記入し、個人の健康と身体機能に関する質問に答えます。

各ラボ訪問には最大 2 時間かかる場合があります (デバイスの取り付け、ウォームアップ、テスト手順、休憩、デバイスの取り外し、電極とウェアラブル センサーの取り外しを含む)。

関節角度、3D 脚の動き、筋電図 (EMG)、ウェアラブル デバイスからのモーター電流などの生データがウェアラブル センサーから収集されます。 実験で記録されたデジタルデータは .mat に保存されます。 ファイル (または .csv)、 守られたパスワード。 生物学的標本は収集されていません。

データを適切にアーカイブできるように準備するために、取得後にメタデータがデータセットの各コンポーネントに適用されます。 メタデータには、データのタイプ、形式、日付、時刻、保存場所、およびコンテキストが含まれます。 このプロジェクト中に生成されたデータは、次のような従来のデジタル形式を使用します。

• MS Word、Power Point、Excel、Portable Data Format (PDF)、および LaTeX (tex) ファイル
• グラフィック、図、表、アニメーション、テストのビデオ (jpeg、png、eps、mp4 ファイル)
• MATLAB/Simulink ファイル、C++ コード、ASCII テキスト ファイルを含むコード

紙の参加記録は研究室および/またはオフィスの施錠されたファイルキャビネットに保管され、デジタルデータは PI の研究チームのオフィスおよび研究室にあるパスワードで保護されたコンピュータ/サーバーまたは暗号化された電子記憶装置に保管されます。