Interaktiv Exoskeleton Robot for Walking

Hjerneslag er forårsaket av intrakraniell blødning eller trombose, som avskjærer arteriell tilførsel til hjernevev og vanligvis skader den motoriske banen til sentralnervesystemet som påvirker den ene siden av kroppen. Redusert synkende nervedrift til den berørte siden kan føre til hemiplegi, som i betydelig grad påvirker aktiviteten i dagliglivet (ADL) til slagoverlevere (Singam, Ytterberg, Tham & von Koch, 2015). Mens motorisk svekkelse i overekstremitetene kan kompenseres ved å bruke den kontralaterale siden for å plukke opp eller manipulere gjenstander, vil tap av motorisk funksjonalitet på underekstremitetene vesentlig begrense mobiliteten og kroppsbalansen. Mange slagoverlevere er avhengige av ganghjelpemidler eller manuell støtte fra omsorgspersoner for å stå og gå, ellers ville de ha stor risiko for å falle med alvorlige konsekvenser (Tasseel-Ponche, Yelnik & Bonan, 2015).

Nyere studier tyder på at slagpasienter kan lære om gangevnen ved å utvikle alternative nevrale kretser gjennom langsiktig tilpasningsprosess, kjent som nevroplastisitet. Høyintensiv, repeterende og oppgavespesifikk gangtrening er nøkkelen til å forbedre gangrestitusjonen hos hemiplegiske slagpasienter (Kreisei, Hennerici & Bäzner, 2007; Kleim & Jones, 2008). Utviklingen av robotassisterte undereksoskjelettenheter har stort klinisk potensiale innen hjerneslagrehabilitering. Mange undereksoskjelettroboter er klinisk tilgjengelige for ikke-ambulerende slagpasienter for å trene på å gå med passiv assistanse på kroppsvektstøttet tredemølletrening (BWSTT) (Morone, et al., 2017).

Eksisterende robotassistert gangtrening (RAGT) som Lokomat og elektromekanisk gangtrener gir automatisk, rytmisk og repeterende drevet assistanse til store underekstremitetsledd ved hofter og knær bilateralt (Poli, Morone, Rosati & Masiero, 2013). Storskala randomiserte kontrollerte studier (RCT) av disse RAGT i kombinasjon med konvensjonelle terapier viser signifikant flere kroniske slagpasienter forbedret funksjonell ganguavhengighet og ADL enn å motta konvensjonelle terapier alene (Pohl, et al., 2007; Schwartz, et al., 2009 ; Hidler, et al., 2009; Mehrholz, et al., 2013). Hesse, Schmidt, Werner & Bardeleben (2003) foreslår imidlertid at integrering av roboter i gangrehabilitering bare kan være et hjelpeverktøy for terapeuter for å øke treningsintensiteten og sikkerheten uten å øke arbeidsmengden. De fleste klinisk tilgjengelige RAGT er bundet til tredemølle med passiv assistanse (van Peppen, et al., 2004; Morone, et al., 2017), men undersøkelser viser oppgavevariasjoner og aktiv deltakelse i gangtrening kan forbedre oppbevaring av nylærte ferdigheter og kunne fremme generalisering av treningseffekter (Salbach, et al., 2004; Kwon, Woo, Lee & Kim, 2015). Bærbar RAGT som tillater aktiv gangtrening over bakken vil være mer lovende spesielt for ambulerende hjerneslagpasienter.

Robotassistert ankelfotortose (AFO) og knestøtte er gode kandidater til bærbare eksoskjelettenheter for RAGT av hemiplegiske slagpasienter (Duerinck, et al., 2012; Zhang, Davies & Xie, 2013; Mehrholz, et al., 2017) . Konvensjonell AFO er i hovedsak designet for behandling av unormale gange i fotfall med passiv støtte i ankel dorsalfleksjon for fotklaring i svingfase og støtdemping i belastningsrespons. Konvensjonell knebøyle er hovedsakelig designet for kroppsstøtte i ståfase. Integrering av robotassistanse i det berørte ankel- og/eller kneleddet vil kunne gi aktiv kraftassistanse som synkroniseres med pasientenes frivillige gjenværende ankel- og/eller knebevegelse. Langsiktig aktiv kraftassistanse kan stimulere erfaringsdrevet gangrestitusjon eller utvikle kompenserende gangmønster for å lette gange (Kleim & Jones, 2008).

For å oversette forskning på robotrehabilitering til klinisk anvendelse, bør det utføres evidensbasert klinisk forskning for å teste sikkerheten og effektiviteten til de nye enhetene eller intervensjonene på slagpasienter (Backus, Winchester & Tefertiller, 2010). Mange design av robotassistert AFO og knestøtter har blitt foreslått av forskjellige forskningsgrupper, men de fleste av dem rapporterte bare resultatene av gjennomførbarhetstester, hovedsakelig på friske forsøkspersoner med små prøvestørrelser (Dollar & Herr, 2008; Shorter, et al. , 2013; Alam, Choudhury & Bin Mamat, 2014). Flertallet av tidligere studier bekymret seg for de umiddelbare effektene av å bruke robotassisterte AFO-er og knestøtter under gange, men få studier undersøkte de langsiktige terapeutiske effektene av å bruke enhetene for RAGT hos slagpasienter (Lo, 2012). Spesielt systematisk gjennomgang av Mehrholz, et al. (2017) viser at kun én RCT har evaluert effektiviteten av ankeltrening ved bruk av robotassistert AFO, men i sittende stilling, ingen RCT evaluert gangtrening ved bruk av robotassistert AFO både ved gåing over bakken og i trappeambulering.

I denne studien har Exoskeleton Ankel Robot og Knee Robot blitt foreslått og evaluert som en robotassistert AFO og knestøtte for gangtrening av slagpasienter med fotfallsavvik. Klinisk bruk av robotassistert AFO og knestøtte på slagpasienter må overvinne noen viktige utfordringer, som å redusere vektbelastningen på benet, og å oppnå portabilitet og tilpasningsevne til ulike gåmiljøer. Exoskeleton Ankel Robot og Knee Brace har som mål: (1) å gi synkronisert aktiv ankel- og/eller knekraftassistanse for å lette gange, (2) å utvikle nøyaktig og pålitelig metode for å klassifisere brukerens gåintensjon ved gåing over bakken og trappeambulering, (3) å levere treningsprotokoll for RAGT av hjerneslagpasienter med unormal fotfall. Gjennomførbarhetstestene og RCT av Exoskeleton Ankel Robot og Knee Brace kan validere den kliniske verdien av denne nye rehabiliteringsroboten, og kan potensielt etablere en ny intervensjon for gangrehabilitering for slagpasienter.