Verbetering van de armfunctie met behulp van draagbare exoskeletten

Deze studie zal voorlopige gegevens verzamelen ter evaluatie van een op het lichaam gemonteerd ondersteunend exoskelet om het gebruik van door een beroerte aangetaste armen te vergemakkelijken om alledaagse taken uit te voeren. De centrale hypothese is dat draagbare exoskeletten het bereikbare gebied zullen vergroten om de functie en het gebruik van de aangetaste ledemaat te verbeteren. De grondgedachte voor deze benadering bouwt voort op gevestigde literatuur over de effecten van schouderontlasting op het vergroten van de armwerkruimte bij een beroerte.

Een gemakssteekproef van 30 proefpersonen met een chronische beperking zal worden aangeworven om deel te nemen. Deelnemers moeten een enkele beroerte hebben gehad, ten minste 6 maanden na een beroerte zijn en in een stabiele toestand verkeren met resterende beperkingen die de armfunctie beïnvloeden. Patiëntmetadata omvatten leeftijd, ras, geslacht, lengte, gewicht, aangedane zijde en tijd sinds de beroerte. Gestandaardiseerde tests van de armfunctie zullen prestatiescores meten van personen met een beroerte in een chronisch stadium, met en zonder hulp van het exoskelet. Als consistentiecontrole worden de scores op dezelfde dag beoordeeld door ten minste twee onafhankelijke beoordelaars. De centrale hypothese zal worden getest om ons doel te bereiken door middel van de volgende 3 specifieke doelen:

Doel 1. Demonstreer dat zwaartekrachtondersteuning van een draagbaar exoskelet de bereikbare werkruimte na een beroerte kan vergroten. Zwaartekrachtondersteuning vermindert abnormale spiersynergieën (d.w.z. co-activeringspatronen) tijdens armbereiktaken, maar is niet aangetoond bij niet-sedentaire volwassenen met een beperking. De aanpak die met koolstofvezel versterkte 3D-geprinte kunststoffen, op natuurrubber gebaseerde energieopslag en op maat gemaakte krachtprofielmechanismen combineert, maakt vergelijkbare mechanica mogelijk die succes hebben aangetoond in stationaire armsteunen, maar dan in een draagbaar pakket. Om te testen of vergelijkbare resultaten kunnen worden bereikt met een nieuw lichtgewicht systeem, zullen deelnemers proberen om maximale gebiedsbewegingen uit te voeren in elk van de drie richtingsvlakken (sagittaal, frontaal, transversaal) onder twee experimentele omstandigheden (zonder hulp, bijgestaan ​​door ons draagbare exoskelet). De reikwijdte-werkruimte in elk vlak wordt gemeten door kinematische gegevens van een Optitrack motion capture-systeem met 5 camera's waarbij het midden van de pols wordt genomen als het reikeindpunt. Verwacht wordt dat het gebruik van het draagbare exoskelet zeer significante verbeteringen zal opleveren in alle drie de werkruimterichtingen van het vlakke bereik in vergelijking met niet-ondersteunde beweging, vergelijkbaar met wat eerder is aangetoond met stationaire (d.w.z. zware) robotsystemen in het dwarsvlak.

Doel 2. Bepalen of een draagbaar exoskelet van de schouder de handfunctie na een beroerte kan verbeteren. Hoewel bekend is dat het ontlasten van de schouder het bereikbare werkgebied verbetert door de co-contractie van de biceps te verminderen, kan het de co-contractie van de polsspieren al dan niet voldoende verminderen, waardoor de proefpersoon in staat is om objecten te bereiken maar niet vast te pakken. Sommige personen kunnen een secundair hulpmiddel bij de pols nodig hebben om hen in staat te stellen de hand voldoende te openen voor interactie met huishoudelijke voorwerpen. Om te evalueren, zullen de gehandicapte deelnemers gelijktijdig pols- en vingerextensie uitvoeren terwijl ze het exoskelet van de schouder dragen en proberen objecten van verschillende grootte op te pakken van de Action Research Arm Test (ARAT), Wolf Motor Function Test (WMFT) en Box and Blocks ( BBT) testkits. Voor degenen die niet in staat zijn om objecten uit ARAT- en WMFT-testkits vast te pakken, worden de hoeken van de pols- en vingergewrichten geregistreerd, samen met de hoeveelheid hulp die nodig is om de vingers en duim uit te strekken tot een functionele grijphouding. Er wordt verwacht dat draagbare assistentie aanzienlijke verbeteringen in de beoordelingstestscores zal opleveren en dat de vingerextensietest de populatie in twee groepen zal verdelen: a) degenen die geen extra handondersteuning nodig hebben, en b) degenen die zowel schouder- als schouderondersteuning nodig hebben. handhulp (al dan niet aangedreven) om te interageren met de testobjecten.

Doel 3. Kwantificeer de effecten van hulp van een draagbaar exoskelet van de schouder op veranderingen in functioneel gebruik van het gehandicapte ledemaat in klinische en thuissituaties. Het vergroten van het bewegingsbereik leidt niet altijd tot functionele verbeteringen in dagelijkse taken waarbij zowel armpositionering als fijne motoriek in de hand betrokken zijn. Dit werk zal veranderingen in functioneel gebruik van dagelijkse voorwerpen beoordelen met behulp van gevestigde klinische beoordelingstests, gevolgd door een thuistest van een op maat gemaakt draagbaar exoskelet. Deelnemers met een beperking zullen gestandaardiseerde klinische beoordelingen uitvoeren in een laboratoriumomgeving waarvan is aangetoond dat ze correleren met functionele prestaties van dagelijkse activiteiten, waaronder WMFT, ARAT en BBT. Deelnemers vullen vervolgens een Motor Activity Log (MAL) in op basis van activiteiten die in de afgelopen week zijn uitgevoerd als basislijn, voordat ze het exoskelet thuis gedurende een periode van 1-2 uur per dag gedurende ten minste 5 dagen dragen. Aan het einde van de in-home-periode vullen de deelnemers een systeem-bruikbaarheidsschaal in en een tweede MAL die overeenkomt met de activiteiten die worden uitgevoerd terwijl ze het exoskelet dragen. Er wordt verwacht dat proefpersonen meer taken zullen voltooien in minder tijd, met minder inspanning en met hogere slagingspercentages in zowel klinische tests als thuisevaluaties.

Indien succesvol, hebben op het lichaam gemonteerde exoskeletten het potentieel om alomtegenwoordige training en herstel van de armfunctie thuis mogelijk te maken, waardoor de therapeutische trainingstijd van patiënten met langdurige tekorten drastisch wordt verlengd.