ウェアラブル外骨格を使用した腕の機能の改善

この研究では、脳卒中により障害を受けた腕の使用を容易にして日常の作業を完了するために、身体に取り付けられた補助外骨格を評価する予備データを収集します。 中心的な仮説は、ポータブル外骨格により到達可能な領域が増加し、障害のある四肢の機能と使用が強化されるというものです。 このアプローチの理論的根拠は、肩の除荷が脳卒中における腕の作業スペースの増加に及ぼす影響に関する十分に確立された文献に基づいています。

慢性障害のある被験者 30 名からなる便宜的なサンプルが参加のために募集されます。 参加者は、一度の脳卒中を経験しており、脳卒中後少なくとも6か月が経過しており、腕の機能に影響を与える障害が残っているものの状態が安定している必要があります。 患者のメタデータには、年齢、人種、性別、身長、体重、患側、脳卒中からの時間が含まれます。 腕の機能の標準化された検査では、外骨格の補助の有無にかかわらず、慢性期の脳卒中障害のある被験者のパフォーマンススコアを測定します。 一貫性チェックとして、スコアは同日に少なくとも 2 人の独立した評価者によって評価されます。 中心となる仮説は、次の 3 つの具体的な目的を通じて目的を達成するためにテストされます。

目的 1. ポータブル外骨格からの重力サポートにより、脳卒中後の到達可能な作業スペースが増加する可能性があることを実証します。 重力サポートは、腕を伸ばす作業中の異常な筋肉の相乗効果（つまり、同時活性化パターン）を軽減しますが、障害のある座りっぱなしの成人では実証されていません。 炭素繊維強化 3D プリント プラスチック、天然ゴムベースのエネルギー貯蔵、およびカスタマイズされた力プロファイル機構を組み合わせたアプローチにより、固定アーム サポートで成功を実証した同様の機構を、ポータブルなパッケージでも実現できます。 新しい軽量システムで同様の結果が得られるかどうかをテストするために、参加者は 2 つの実験条件 (支援なし、ポータブル外骨格による支援) の下で 3 つの方向面 (矢状面、正面、横面) のそれぞれで最大エリア スイープを実行しようとします。 各平面のリーチ ワークスペースは、手首の中心をリーチ エンドポイントとして、5 台のカメラ Optitrack モーション キャプチャ システムからの運動学データによって測定されます。 ポータブル外骨格を使用すると、横断面での静止（つまり重い）ロボットシステムで以前に実証されたものと同様、補助なしの動きと比較して、平面のリーチワークスペースの3方向すべてで非常に大幅な改善がもたらされることが予想されます。

目的 2. ポータブル肩外骨格が脳卒中後の手の機能を改善できるかどうかを確認します。 肩の除荷は上腕二頭筋の共収縮を減少させることで到達可能な作業領域を改善することが知られていますが、手首の筋肉の共収縮を十分に減少させることができない場合もあり、対象者は物体に手を伸ばせても物を掴むことはできなくなります。 人によっては、手を十分に開いて家庭内の物品を操作できるようにするために、手首に補助的な補助装置が必要になる場合があります。 評価するために、障害のある参加者は、肩の外骨格を装着しながら手首と指の伸展を同時に行い、アクション リサーチ腕テスト (ARAT)、ウルフ運動機能テスト (WMFT)、およびボックスとブロックからさまざまなサイズの物体を拾おうとします ( BBT）検査キット。 ARAT および WMFT テストキットで物体を掴むことができない患者の場合、手首と指の関節の角度が、指と親指を機能的な掴みポーズに伸ばすのに必要な補助の量とともに記録されます。 携帯型介助によって評価テストのスコアが顕著に改善され、指伸展テストによって母集団が 2 つのグループに階層化されることが予想されます: a) さらなる手の介助を必要としないグループ、b) 肩と肩の両方のサポートが必要なグループテスト対象物と対話するための手の補助（電動または非電動）。

目的 3. 臨床および家庭環境における障害のある四肢の機能的使用の変化に対する、ポータブル肩外骨格による補助の効果を定量化する。 可動域の拡大は、腕の位置決めと手の細かい運動制御の両方を伴う日常作業の機能向上に必ずしもつながるわけではありません。 この研究では、十分に確立された臨床評価テストとそれに続くカスタムフィットのポータブル外骨格の家庭内トライアルを使用して、日用品の機能的使用の変化を評価します。 障害のある参加者は、WMFT、ARAT、BBT などの日常生活活動の機能的パフォーマンスと相関することが示されている研究室環境で標準化された臨床評価を実施します。 参加者はその後、ベースラインとして過去 1 週間に実行された活動に基づいて運動活動ログ (MAL) を作成した後、自宅で 1 日あたり 1 ～ 2 時間、少なくとも 5 日間外骨格を装着します。 在宅期間の終わりに、参加者はシステム ユーザビリティ スケールと、外骨格を装着している間に実行された活動に対応する 2 番目の MAL を完了します。 被験者は、より少ない時間で、より少ない労力で、より多くのタスクを完了し、臨床検査と自宅での評価の両方でより高い成功率で完了できることが予想されます。

成功すれば、身体装着型外骨格は自宅でどこでも腕の機能をトレーニングして回復できる可能性があり、長期的な機能不全を抱えた患者の治療トレーニング時間を劇的に延長できる可能性がある。