Poprawa funkcji ramienia za pomocą nadających się do noszenia egzoszkieletów

W badaniu tym zostaną zebrane wstępne dane oceniające egzoszkielet wspomagający montowany na ciele, aby ułatwić korzystanie z rąk upośledzonych w wyniku udaru do wykonywania codziennych zadań. Główną hipotezą jest to, że przenośne egzoszkielety zwiększą zasięg, aby poprawić funkcję i wykorzystanie upośledzonej kończyny. Uzasadnienie takiego podejścia opiera się na ugruntowanej literaturze dotyczącej wpływu odciążenia barku na zwiększenie obszaru roboczego ramienia w udarze.

Do udziału zostanie zrekrutowana dogodna próbka 30 osób z przewlekłym upośledzeniem. Uczestnicy muszą przebyć pojedynczy udar, być co najmniej 6 miesięcy po udarze i być w stabilnym stanie z resztkowym upośledzeniem wpływającym na funkcję ramienia. Metadane pacjenta będą obejmować wiek, rasę, płeć, wzrost, wagę, stronę dotkniętą chorobą i czas od udaru. Standaryzowane testy funkcji ramienia będą mierzyć wyniki sprawności osób z przewlekłym stadium upośledzenia po udarze z pomocą egzoszkieletu i bez niego. W ramach kontroli spójności wyniki będą oceniane przez co najmniej dwóch niezależnych oceniających tego samego dnia. Główna hipoteza zostanie przetestowana, aby osiągnąć nasz cel poprzez następujące 3 cele szczegółowe:

Cel 1. Wykazać, że wsparcie grawitacyjne z przenośnego egzoszkieletu może zwiększyć dostępną przestrzeń roboczą po udarze. Wspomaganie grawitacyjne zmniejsza nieprawidłową synergię mięśni (tj. wzorce koaktywacji) podczas zadań sięgających ramion, ale nie zostało to wykazane u nieprowadzących siedzącego trybu życia dorosłych z upośledzeniem. Podejście łączące wydrukowane w 3D tworzywa sztuczne wzmocnione włóknem węglowym, magazynowanie energii na bazie kauczuku naturalnego i niestandardowe mechanizmy profilu siły pozwala na podobną mechanikę, która wykazała sukces w stacjonarnych podporach ramion, ale w przenośnym opakowaniu. Aby sprawdzić, czy podobne wyniki można osiągnąć za pomocą nowego lekkiego systemu, uczestnicy spróbują wykonać przeszukiwanie maksymalnego obszaru w każdej z trzech płaszczyzn kierunkowych (strzałkowej, czołowej, poprzecznej) w dwóch warunkach eksperymentalnych (samodzielnie, z pomocą naszego przenośnego egzoszkieletu). Zasięg obszaru roboczego w każdej płaszczyźnie będzie mierzony za pomocą danych kinematycznych z 5-kamerowego systemu przechwytywania ruchu Optitrack, przy czym środek nadgarstka będzie traktowany jako punkt końcowy zasięgu. Przewiduje się, że użycie przenośnego egzoszkieletu przyniesie bardzo znaczące ulepszenia we wszystkich trzech kierunkach obszaru roboczego o zasięgu planarnym w porównaniu z ruchem samodzielnym, podobnie do tego, co wykazano wcześniej w przypadku stacjonarnych (tj. ciężkich) systemów robotycznych w płaszczyźnie poprzecznej.

Cel 2. Określenie, czy przenośny egzoszkielet barku może poprawić funkcję ręki po udarze. Chociaż wiadomo, że odciążenie ramion poprawia osiągalny obszar roboczy poprzez zmniejszenie współskurczu bicepsów, może, ale nie musi, w wystarczającym stopniu zmniejszyć współskurcz mięśni nadgarstka, pozostawiając badanemu możliwość sięgania, ale nie chwytania przedmiotów. Niektóre osoby mogą potrzebować dodatkowego urządzenia wspomagającego na nadgarstku, aby umożliwić im otwarcie dłoni na tyle, aby wchodzić w interakcje z przedmiotami gospodarstwa domowego. Aby ocenić, upośledzeni uczestnicy wykonają jednoczesne wyprostowanie nadgarstka i palca podczas noszenia egzoszkieletu barku i spróbują podnieść przedmioty o różnej wielkości z testu ramienia Action Research (ARAT), testu funkcji motorycznych wilka (WMFT) oraz Box and Blocks ( BBT) zestawy testowe. Dla tych, którzy nie są w stanie uchwycić przedmiotów z zestawów testowych ARAT i WMFT, rejestrowane będą kąty nadgarstka i stawu palca wraz z ilością pomocy wymaganej do wyprostowania palców i kciuka w funkcjonalnej pozycji chwytającej. Przewiduje się, że znacząca poprawa wyników testów diagnostycznych nastąpi dzięki pomocy przenośnej, a test wyprostu palca podzieli populację na dwie grupy: a) tych, którzy nie potrzebują dodatkowej pomocy dłoni, oraz b) tych, którzy potrzebują zarówno ramienia, jak i pomoc ręczna (zasilana lub niezasilana) w celu interakcji z obiektami testowymi.

Cel 3. Kwantyfikacja wpływu pomocy przenośnego egzoszkieletu barku na zmiany funkcjonalnego wykorzystania uszkodzonej kończyny w warunkach klinicznych i domowych. Zwiększenie zakresu ruchu nie zawsze prowadzi do poprawy funkcjonalnej w codziennych zadaniach, które obejmują zarówno pozycjonowanie ramienia, jak i precyzyjną kontrolę motoryczną w dłoni. Ta praca będzie oceniać zmiany w funkcjonalnym użytkowaniu przedmiotów codziennego użytku za pomocą dobrze ugruntowanych testów oceny klinicznej, po których nastąpi domowa próba dostosowanego przenośnego egzoszkieletu. Uczestnicy z upośledzeniem będą przeprowadzać standardowe oceny kliniczne w warunkach laboratoryjnych, które, jak wykazano, korelują z funkcjonalną wydajnością czynności życia codziennego, w tym WMFT, ARAT i BBT. Następnie uczestnicy wypełnią dziennik aktywności ruchowej (MAL) w oparciu o aktywność wykonaną w ostatnim tygodniu jako punkt odniesienia, przed noszeniem egzoszkieletu w domu przez okres 1-2 godzin dziennie przez co najmniej 5 dni. Pod koniec okresu w domu uczestnicy wypełnią Skalę Użyteczności Systemu i drugi MAL odpowiadający czynnościom wykonywanym podczas noszenia egzoszkieletu. Oczekuje się, że badani wykonają więcej zadań w krótszym czasie, przy mniejszym wysiłku iz wyższymi wskaźnikami powodzenia zarówno w testach klinicznych, jak i ocenach w domu.

Jeśli się powiedzie, montowane na ciele egzoszkielety mogą potencjalnie umożliwić wszechobecny trening i przywrócenie funkcji ramienia w domu, radykalnie wydłużając czas treningu terapeutycznego pacjentów z długotrwałymi deficytami.