Interactieve exoskeletrobot om te wandelen

Beroerte wordt veroorzaakt door intracraniële bloeding of trombose, die de arteriële toevoer naar hersenweefsel afsnijdt en gewoonlijk de motorische baan van het centrale zenuwstelsel beschadigt en één kant van het lichaam aantast. Een verminderde neerwaartse neurale aandrijving naar de aangedane zijde kan leiden tot hemiplegie, wat een significante invloed heeft op de activiteit van het dagelijks leven (ADL) van overlevenden van een beroerte (Singam, Ytterberg, Tham & von Koch, 2015). Hoewel de motorische stoornis van de bovenste ledematen zou kunnen worden gecompenseerd door de contralaterale zijde te gebruiken voor het oppakken of manipuleren van voorwerpen, zou het verlies van motorische functionaliteit aan de onderste ledematen de mobiliteit en het evenwicht van het lichaam aanzienlijk beperken. Veel overlevenden van een beroerte zijn afhankelijk van loophulpmiddelen of manuele ondersteuning van zorgverleners om op te staan ​​en te lopen, anders zouden ze een groot risico lopen om te vallen met ernstige gevolgen (Tasseel-Ponche, Yelnik & Bonan, 2015).

Recente studies suggereren dat patiënten met een beroerte het loopvermogen opnieuw zouden kunnen leren door alternatieve neurale circuits te ontwikkelen door middel van een langdurig aanpassingsproces, bekend als neuroplasticiteit. Intensieve, repetitieve en taakspecifieke looptraining is de sleutel tot het verbeteren van het loopherstel van patiënten met een beroerte met een hemiplegie (Kreisei, Hennerici & Bäzner, 2007; Kleim & Jones, 2008). De ontwikkeling van robotondersteunde apparaten voor het exoskelet van de onderste ledematen heeft een groot klinisch potentieel in de revalidatie na een beroerte. Veel exoskeletrobots van de onderste ledematen zijn klinisch beschikbaar voor niet-ambulante patiënten met een beroerte om te oefenen met lopen met passieve ondersteuning tijdens loopbandtraining met lichaamsgewicht (BWSTT) (Morone, et al., 2017).

Bestaande robotondersteunde looptraining (RAGT) zoals Lokomat en elektromechanische Gait Trainer bieden automatische, ritmische en repetitieve aangedreven assistentie aan de belangrijkste gewrichten van de onderste ledematen aan heupen en knieën bilateraal (Poli, Morone, Rosati & Masiero, 2013). Grootschalige gerandomiseerde gecontroleerde studies (RCT) van deze RAGT in combinatie met conventionele therapieën tonen aan dat significant meer patiënten met een chronische beroerte de functionele looponafhankelijkheid en ADL verbeterden dan wanneer ze alleen conventionele therapieën kregen (Pohl, et al., 2007; Schwartz, et al., 2009 ; Hidler, et al., 2009; Mehrholz, et al., 2013). Hesse, Schmidt, Werner & Bardeleben (2003) suggereren echter dat de integratie van robots in looprevalidatie slechts een hulpmiddel voor therapeuten zou kunnen zijn om de trainingsintensiteit en veiligheid te verbeteren zonder hun werklast te verhogen. De meeste klinisch beschikbare RAGT zijn gebonden aan loopband met passieve ondersteuning (van Peppen, et al., 2004; Morone, et al., 2017), maar onderzoek toont aan dat taakvariaties en actieve deelname aan looptraining het vasthouden van nieuw geleerde vaardigheden kan verbeteren. vaardigheden en zou generalisatie van trainingseffecten kunnen bevorderen (Salbach, et al., 2004; Kwon, Woo, Lee & Kim, 2015). Draagbare RAGT die actieve looptraining over de grond mogelijk maakt, zou veelbelovend zijn, vooral voor ambulante patiënten met een beroerte.

Robotondersteunde enkel-voetorthese (AFO) en kniebrace zijn goede kandidaten voor draagbare exoskeletapparaten voor RAGT van patiënten met een hemiplegische beroerte (Duerinck, et al., 2012; Zhang, Davies & Xie, 2013; Mehrholz, et al., 2017) . Conventionele EVO is hoofdzakelijk ontworpen voor het behandelen van een gangafwijking door een klapvoet met passieve ondersteuning bij dorsaalflexie van de enkel voor voetvrijheid in de zwaaifase en schokabsorptie bij belastingsrespons. Conventionele kniebrace is voornamelijk ontworpen voor lichaamsondersteuning in de standfase. De integratie van robotassistentie in het aangetaste enkel- en/of kniegewricht zou actieve krachtondersteuning kunnen bieden die synchroniseert met de vrijwillige resterende enkel- en/of kniebeweging van de patiënt. Langdurige actieve krachtondersteuning kan ervaringsgericht loopherstel stimuleren of een compenserend looppatroon ontwikkelen om het lopen te vergemakkelijken (Kleim & Jones, 2008).

Om robotrevalidatieonderzoek te vertalen naar klinische toepassing, moet evidence-based klinisch onderzoek worden uitgevoerd om de veiligheid en effectiviteit van de nieuwe apparaten of interventies bij patiënten met een beroerte te testen (Backus, Winchester & Tefertiller, 2010). Er zijn veel ontwerpen van robotondersteunde EVO en kniebraces voorgesteld door verschillende onderzoeksgroepen, maar de meeste rapporteerden alleen de resultaten van haalbaarheidstesten, voornamelijk bij gezonde proefpersonen met kleine steekproeven (Dollar & Herr, 2008; Shorter, et al. , 2013; Alam, Choudhury & Bin Mamat, 2014). De meeste eerdere onderzoeken waren bezorgd over de onmiddellijke effecten van het dragen van de robotondersteunde EVO's en kniebraces tijdens het lopen, maar weinig onderzoeken onderzochten de therapeutische effecten op de lange termijn van het dragen van de apparaten voor RAGT van patiënten met een beroerte (Lo, 2012). Met name de systematische review door Mehrholz, et al. (2017) laat zien dat slechts één RCT de effectiviteit van enkeltraining met behulp van robotondersteunde EVO maar in zittende positie heeft geëvalueerd, geen enkele RCT evalueerde looptraining met behulp van robotondersteunde EVO bij zowel lopen over de grond als traplopen.

In deze studie zijn de Exoskeleton Ankle Robot en Knee Robot voorgesteld en geëvalueerd als een robotondersteunde EVO en kniebrace voor looptraining van patiënten met een beroerte met een voetvalafwijking. Klinische toepassing van robotondersteunde EVO en kniebrace bij patiënten met een beroerte moet een aantal belangrijke uitdagingen overwinnen, zoals het verminderen van de gewichtsbelasting op het been en het bereiken van draagbaarheid en aanpasbaarheid aan verschillende loopomgevingen. De Exoskeleton Ankle Robot and Knee Brace heeft als doel: (1) gesynchroniseerde actieve enkel- en/of kniekrachtondersteuning te bieden om het lopen te vergemakkelijken, (2) een nauwkeurige en betrouwbare methode te ontwikkelen om de loopintentie van de gebruiker te classificeren bij lopen over de grond en traplopen, (3) het leveren van een trainingsprotocol voor RAGT van CVA-patiënten met een voetsprongafwijking. De haalbaarheidstests en RCT van de Exoskeleton Ankle Robot en Knee Brace kunnen de klinische waarde van deze nieuwe revalidatierobot valideren en mogelijk een nieuwe interventie voor looprevalidatie voor patiënten met een beroerte tot stand brengen.