Wpływ jednostronnej pomocy robota na strategie kompensacyjne i aktywność mięśniową podczas chodu z niedowładem połowiczym

- Materiały: Badacze opracowali ortezę kolana-kostki-stopy (KAFO) składającą się z dwóch stawów ustawionych w jednej linii z kolanem i kostką użytkownika. Długość prętów i położenie szelek można dostosować do antropometrii różnych użytkowników. Przegub kolanowy jest uruchamiany przez bezszczotkowy silnik prądu stałego EC-60 płaski 408057 (Maxon ag, Szwajcaria) sprzężony z napędem harmonicznym CSD-20-160-2AGR (Harmonic Drive LLC, EE.UU.). Przełożenie 1:60 tego układu umożliwia zastosowanie średniego momentu obrotowego 35 Nm. Staw skokowy prototypu pozostaje nieuruchomiony i nieograniczony, umożliwiając jego swobodny ruch w płaszczyźnie strzałkowej. Całkowita waga KAFO to około 4kg.

Prototyp jest wyposażony w czujniki, które dostarczają informacji o zmiennych systemowych wykorzystywanych do jego sterowania w czasie rzeczywistym, takich jak kąt zgięcia stawu robota czy moment obrotowy interakcji między użytkownikiem a robotem. Ponadto kinematyka chodu użytkownika jest mierzona za pomocą bezwładnościowych jednostek pomiarowych (IMU), a kontakt obu stóp z podłogą za pomocą rezystorów wykrywających siłę (FSR).

System wykorzystuje oscylator częstotliwości adaptacyjnej do oszacowania ciągłej fazy chodu przeciwległej kończyny i synchronicznie wspomaga niedowładną nogę, indukując zdrowy wzorzec chodu. Działanie robota zależy od fazy chodu wspomaganej nogi: w fazie podporu robot wzmacnia kończynę, dzięki czemu system składający się z nogi i egzoszkieletu może obciążyć ciężar użytkownika i nie zapaść się, podczas gdy w fazie wymachu Robot kieruje ruchem kończyny zgodnie z paradygmatem Assisted-As-Needed (AAN), tworząc tunel siłowy wokół określonej trajektorii.

- Procedury:

Protokół eksperymentalny jest podzielony na trzy sesje. Podczas wszystkich z nich pacjent będzie poruszał się po bieżni na polecenie fizjoterapeuty w szelkach zabezpieczających przed upadkiem oraz z założonym egzoszkieletem robota w niedowładnej nodze. Podczas drugiej i trzeciej sesji zostanie również wykonana elektromiografia z wykorzystaniem elektrod powierzchniowych (Trigno System, Delsys Inc.) oraz zgodnie z wytycznymi SENIAM. Tą metodą będzie mierzona aktywność mięśnia prostego uda, mięśnia dwugłowego uda, głowy długiej, mięśnia piszczelowego przedniego i mięśnia brzuchatego łydki przyśrodkowego obu nóg. Każda sesja eksperymentalna jest opisana poniżej:

1. - Sesja treningowa: Pacjent będzie nosił egzoszkielet robota, aby zapoznać się z działaniem urządzenia. Wygodne i maksymalne prędkości zostaną określone dla każdego pacjenta.
2. - Ramp Velocity Session: sesja zostanie podzielona na pięć prób: (a) Pre, pacjent nie będzie nosił urządzenia; (b) Swobodny, pacjent będzie nosił robota, ale jest on mechanicznie odłączony, aby umożliwić swobodny ruch kolana; (c) Aktywny, robot będzie wspomagał chód do 75% maksymalnej prędkości chodu; (d) MaxActive, robot będzie wspomagał chód do osiągnięcia maksymalnej prędkości chodu; i (e) Post, pacjent powtórzy warunek wstępny. Prędkość wzrośnie od komfortowej do maksymalnej, po czym wróci do komfortowej.
3. - Sesja Random Velocity: sesja zostanie podzielona na te same próby, co sesja Ramp Velocity.

Różnica między sesjami RampVel i RandomVel polega na sekwencji prędkości chodu, z jaką pacjent będzie chodził. Podczas RampVel zostanie zdefiniowanych pięć kroków prędkości od prędkości komfortowej do maksymalnej z egzo lub bez (w zależności od próby) i powrót do prędkości komfortowej. Podczas RandomVel zostanie użyty ten sam zakres prędkości, ale zdefiniowanie pięciu kroków w całym zakresie i ustawienie ich w losowej kolejności. W obu sesjach każdy krok prędkości chodu będzie trwał jedną minutę, dlatego wszystkie próby będą trwały pięć minut. Wersje próbne Free, Active i MaxActive będą również losowo zamawiane w każdej sesji.

Pomiędzy badaniami pacjenci odpoczywają przez 10 minut, aby uniknąć efektu sumowania. Każda sesja będzie odbywać się w różnych dniach, pozostawiając 1 lub 2 dni pomiędzy nimi.

- Organizatorzy interwencji Fizjoterapeuta i inżynier będą obecni podczas prób. Pierwszy będzie odpowiedzialny za ocenę podstawowego chodu badanych oraz ocenę ich stanu podczas udzielania pomocy. Inżynier będzie odpowiedzialny za zarządzanie urządzeniem i rejestrację danych.

Obaj badacze monitorują wierność interwencji poprzez bezpośredni nadzór.

• Sposoby dostarczania Protokół dostarczany jest każdorazowo jednemu uczestnikowi. Każdy pacjent wypełnia protokół jeden raz.
• Lokalizacja Szpital Beata María Ana (Madryt, Hiszpania)
• Dopasowywanie i modyfikacje Protokół pozostaje niezmieniony we wszystkich aplikacjach. Jedynym dostosowaniem do pacjentów jest wybór wygodnych i maksymalnych prędkości chodu do prób.