Forbedring av armfunksjon ved bruk av eksoskjeletter som kan bæres

Denne studien vil samle inn foreløpige data som evaluerer et kroppsmontert assisterende eksoskjelett for å lette bruken av armer som er svekket av hjerneslag for å fullføre dagligdagse oppgaver. Den sentrale hypotesen er at bærbare eksoskjeletter vil øke det tilgjengelige området for å forbedre funksjon og bruk av det svekkede lemmet. Begrunnelsen for denne tilnærmingen bygger på veletablert litteratur om effekten av skulderavlastning på økende armarbeidsplass ved hjerneslag.

Et praktisk utvalg på 30 personer med kronisk funksjonsnedsettelse vil bli rekruttert til å delta. Deltakerne må ha fått et enkelt slag, være minst 6 måneder etter hjerneslag og være i stabil tilstand med gjenværende svekkelse som påvirker armfunksjonen. Pasientmetadata vil inkludere alder, rase, kjønn, høyde, vekt, berørt side og tid siden hjerneslag. Standardiserte tester av armfunksjon vil måle ytelsesskårer til personer med kroniske hjerneslag med og uten assistanse fra eksoskjelettet. Som en konsistenssjekk vil poengsummene bli evaluert av minst to uavhengige vurderere på samme dag. Den sentrale hypotesen vil bli testet for å oppnå vårt mål gjennom følgende tre spesifikke mål:

Mål 1. Demonstrere at gravitasjonsstøtte fra et bærbart eksoskjelett kan øke arbeidsområdet som kan nås etter slag. Tyngdekraftsstøtte reduserer unormale muskelsynergier (dvs. co-aktiveringsmønstre) under armrekkeoppgaver, men har ikke blitt påvist hos ikke-sittende voksne med svekkelse. Tilnærmingen som kombinerer karbonfiberforsterket 3D-trykt plast, naturgummibasert energilagring og tilpassede kraftprofilmekanismer tillater lignende mekanikk som har vist suksess i stasjonære armstøtter, men i en bærbar pakke. For å teste om lignende resultater kan oppnås med et nytt lettvektssystem, vil deltakerne forsøke å utføre maksimale områdesveip i hvert av tre retningsplaner (sagittalt, frontalt, tverrgående) under to eksperimentelle forhold (uassistert, assistert av vårt bærbare eksoskjelett). Rekkeviddearbeidsområdet i hvert plan vil bli målt av kinematiske data fra et 5-kamera Optitrack bevegelsesfangstsystem med håndleddssenteret tatt som rekkeviddeendepunkt. Det er forventet at bruk av det bærbare eksoskjelettet vil gi svært betydelige forbedringer i alle tre planar rekkevidde arbeidsområderetninger sammenlignet med uassistert bevegelse, tilsvarende det som tidligere er demonstrert med stasjonære (dvs. tunge) robotsystemer i tverrplanet.

Mål 2. Finn ut om et bærbart skuldereksoskjelett kan forbedre håndfunksjonen etter slag. Mens skulderavlastning er kjent for å forbedre det tilgjengelige arbeidsområdet ved å redusere samkontraksjon av biceps, kan det eller ikke kan redusere samkontraksjonen av håndleddsmuskler tilstrekkelig, slik at motivet kan nå, men ikke gripe gjenstander. Et sekundært hjelpemiddel ved håndleddet kan være nødvendig av noen individer for å la dem åpne hånden nok til å samhandle med husholdningsgjenstander. For å evaluere, vil de svekkede deltakerne utføre samtidig håndledds- og fingerforlengelse mens de bærer skuldereksoskeletonet og forsøke å plukke opp gjenstander av varierende størrelse fra Action Research Arm Test (ARAT), Wolf Motor Function Test (WMFT) og Box and Blocks ( BBT) testsett. For de som ikke er i stand til å gripe gjenstander fra ARAT- og WMFT-testsett, vil håndledds- og fingerleddsvinkler bli registrert sammen med mengden assistanse som kreves for å strekke fingrene og tommelen til en funksjonell gripeposisjon. Det forventes at bemerkelsesverdige forbedringer i vurderingstestresultatene vil følge av bærbar assistanse, og at fingerekstensjonstesten vil stratifisere befolkningen i to grupper: a) de som ikke trenger ekstra håndhjelp, og b) de som trenger både skulder- og håndhjelp (drevet eller ikke-drevet) for å samhandle med testobjektene.

Mål 3. Kvantifisere effekten av assistanse fra et bærbart skuldereksoskjelett på endringer i funksjonell bruk av det svekkede lemmet i kliniske og hjemmemiljøer. Økt bevegelsesområde fører ikke alltid til funksjonsforbedringer i daglige gjøremål som involverer både armposisjonering og finmotorisk kontroll i hånden. Dette arbeidet vil vurdere endringer i funksjonell bruk av daglige gjenstander ved å bruke veletablerte kliniske vurderingstester etterfulgt av en hjemmeforsøk av et tilpasset bærbart eksoskjelett. Deltakere med nedsatt funksjonsevne vil utføre standardiserte kliniske vurderinger i laboratoriemiljøer som har vist seg å korrelere med funksjonell ytelse av dagliglivets aktiviteter, inkludert WMFT, ARAT og BBT. Deltakerne vil deretter fylle ut en motorisk aktivitetslogg (MAL) basert på aktivitet utført den siste uken som en baseline, før de bærer eksoskjelettet hjemme i en periode på 1-2 timer per dag i minst 5 dager. På slutten av hjemmeperioden vil deltakerne fullføre en System Usability Scale og en andre MAL som samsvarer med aktivitetene som utføres mens de har på seg eksoskjelettet. Det forventes at forsøkspersoner vil fullføre flere oppgaver på kortere tid, med mindre innsats og med høyere suksessrate i både klinikkprøver og hjemmeevalueringer.

Hvis det lykkes, har kroppsmonterte eksoskjeletter potensial til å tillate allestedsnærværende trening og gjenoppretting av armfunksjonen hjemme, noe som dramatisk forlenger den terapeutiske treningstiden for pasienter med langvarige underskudd.