Interaktywny egzoszkielet Robot do chodzenia

Udar jest spowodowany krwotokiem śródczaszkowym lub zakrzepicą, która odcina dopływ krwi tętniczej do tkanki mózgowej i zwykle uszkadza szlak motoryczny ośrodkowego układu nerwowego, wpływając na jedną stronę ciała. Zmniejszony napęd nerwowy zstępujący w stronę dotkniętą chorobą może prowadzić do porażenia połowiczego, co znacząco wpływa na aktywność życia codziennego (ADL) osób po udarze mózgu (Singam, Ytterberg, Tham i von Koch, 2015). Podczas gdy upośledzenie motoryczne kończyny górnej można zrekompensować za pomocą przeciwnej strony do podnoszenia lub manipulowania przedmiotami, utrata funkcjonalności motorycznej kończyny dolnej znacznie ograniczyłaby mobilność i równowagę ciała. Wiele osób, które przeżyły udar, jest zależnych od pomocy do chodzenia lub wsparcia ręcznego ze strony opiekunów podczas stania i chodzenia, w przeciwnym razie grozi im upadek z poważnymi konsekwencjami (Tasseel-Ponche, Yelnik i Bonan, 2015).

Ostatnie badania sugerują, że pacjenci po udarze mogliby na nowo nauczyć się zdolności chodzenia poprzez rozwój alternatywnych obwodów nerwowych poprzez długotrwały proces adaptacji, znany jako neuroplastyczność. Intensywny, powtarzalny i ukierunkowany na zadania trening chodu jest kluczem do poprawy powrotu do zdrowia pacjentów z udarem połowiczym (Kreisei, Hennerici i Bäzner, 2007; Kleim i Jones, 2008). Rozwój wspomaganych robotem egzoszkieletów kończyn dolnych ma ogromny potencjał kliniczny w rehabilitacji poudarowej. Wiele egzoszkieletów kończyn dolnych jest dostępnych klinicznie dla pacjentów po udarze niechodzących, którzy mogą ćwiczyć chodzenie z pasywną pomocą podczas treningu na bieżni wspomaganej masą ciała (BWSTT) (Morone i in., 2017).

Istniejący trening chodu wspomagany robotem (RAGT), taki jak Lokomat i elektromechaniczny trenażer chodu, zapewniają automatyczną, rytmiczną i powtarzalną wspomaganą pomoc w głównych stawach kończyn dolnych w biodrach i kolanach obustronnie (Poli, Morone, Rosati i Masiero, 2013). Randomizowane badania kontrolowane na dużą skalę (RCT) tych RAGT w połączeniu z konwencjonalnymi terapiami wykazały, że znacznie więcej pacjentów z przewlekłym udarem mózgu poprawiło funkcjonalną niezależność chodu i ADL niż otrzymujących wyłącznie konwencjonalne terapie (Pohl i in., 2007; Schwartz i in., 2009 ; Hidler i in., 2009; Mehrholz i in., 2013). Jednak Hesse, Schmidt, Werner i Bardeleben (2003) sugerują, że integracja robotów z rehabilitacją chodu może być jedynie narzędziem pomocniczym dla terapeutów w celu zwiększenia intensywności i bezpieczeństwa treningu bez zwiększania obciążenia pracą. Większość dostępnych klinicznie RAGT jest ograniczona do bieżni z bierną pomocą (van Peppen i in., 2004; Morone i in., 2017), ale badania pokazują, że zróżnicowanie zadań i aktywny udział w treningu chodu mogą poprawić zapamiętywanie nowo wyuczonych umiejętności i może sprzyjać uogólnieniu efektów treningu (Salbach i in., 2004; Kwon, Woo, Lee & Kim, 2015). Przenośny RAGT, który umożliwia aktywny trening chodu na ziemi, byłby bardziej obiecujący, zwłaszcza dla ambulatoryjnych pacjentów po udarze mózgu.

Wspomagana robotem orteza stawu skokowego (AFO) i orteza kolana są dobrymi kandydatami na przenośne urządzenia egzoszkieletowe do RAGT pacjentów z udarem połowiczym (Duerinck i in., 2012; Zhang, Davies i Xie, 2013; Mehrholz i in., 2017) . Konwencjonalne AFO jest przeznaczone głównie do leczenia nieprawidłowego chodu opadającego stopy z pasywnym wsparciem w zgięciu grzbietowym kostki w celu uzyskania odstępu między stopą w fazie wymachu i amortyzacji podczas reakcji na obciążenie. Konwencjonalna orteza kolana jest przeznaczona głównie do podtrzymywania ciała w fazie podporu. Zintegrowanie pomocy robota w dotkniętym stawie skokowym i/lub kolanowym może zapewnić aktywne wspomaganie, które synchronizuje się z dobrowolnymi ruchami resztkowej kostki i/lub kolana pacjenta. Długotrwałe wspomaganie mocy czynnej może stymulować regenerację chodu opartą na doświadczeniu lub opracować kompensacyjny wzorzec chodu, aby ułatwić chód (Kleim i Jones, 2008).

Aby przełożyć badania z zakresu rehabilitacji robotycznej na zastosowania kliniczne, należy przeprowadzić oparte na dowodach badania kliniczne w celu przetestowania bezpieczeństwa i skuteczności nowych urządzeń lub interwencji u pacjentów po udarze mózgu (Backus, Winchester i Tefertiller, 2010). Różne grupy badawcze zaproponowały wiele projektów wspomaganych robotem AFO i ortez stawu kolanowego, ale większość z nich przedstawiła jedynie wyniki testów wykonalności, głównie na zdrowych osobach na małych próbach (Dollar i Herr, 2008; Shorter, et al. , 2013; Alam, Choudhury i Bin Mamat, 2014). Większość wcześniejszych badań dotyczyła natychmiastowych skutków noszenia wspomaganych robotem AFO i ortez kolanowych podczas chodzenia, ale niewiele badań dotyczyło długoterminowych efektów terapeutycznych noszenia urządzeń RAGT u pacjentów po udarze mózgu (Lo, 2012). W szczególności przegląd systematyczny Mehrholza i in. (2017) pokazuje, że tylko jedno RCT oceniało skuteczność treningu kostki przy użyciu AFO wspomaganego przez robota, ale w pozycji siedzącej, żadne RCT nie oceniało treningu chodu przy użyciu AFO wspomaganego przez robota zarówno podczas chodzenia po ziemi, jak i chodzenia po schodach.

W tym badaniu zaproponowano i oceniono Exoskeleton Ankle Robot i Knee Robot jako wspomaganą przez robota AFO i ortezę stawu kolanowego do treningu chodu pacjentów po udarze mózgu z nieprawidłowym chodem opadającej stopy. Kliniczne zastosowanie wspomaganego robotem AFO i ortezy stawu kolanowego u pacjentów po udarze musi przezwyciężyć kilka ważnych wyzwań, takich jak zmniejszenie obciążenia nogi oraz osiągnięcie mobilności i dostosowania do różnych warunków chodzenia. Egzoszkielet Ankle Robot and Knee Brace ma na celu: (1) zapewnienie zsynchronizowanego aktywnego wspomagania stawu skokowego i/lub kolana w celu ułatwienia chodzenia, (2) opracowanie dokładnej i niezawodnej metody klasyfikacji zamiaru chodzenia użytkownika w przypadku chodzenia po ziemi i chodzenia po schodach, (3) dostarczenie protokołu szkoleniowego dla RAGT pacjentów po udarze mózgu z nieprawidłowym chodem opadającej stopy. Testy wykonalności i RCT egzoszkieletu robota kostki i ortezy stawu kolanowego mogą potwierdzić wartość kliniczną tego nowego robota rehabilitacyjnego i potencjalnie ustanowić nową interwencję rehabilitacji chodu u pacjentów po udarze mózgu.