Robô exoesqueleto interativo para caminhar

O AVC é causado por hemorragia intracraniana ou trombose, que corta o suprimento arterial para o tecido cerebral e geralmente danifica a via motora do sistema nervoso central afetando um lado do corpo. A redução do impulso neural descendente para o lado afetado pode levar à hemiplegia, o que influencia significativamente a atividade da vida diária (AVD) de sobreviventes de AVC (Singam, Ytterberg, Tham & von Koch, 2015). Enquanto o comprometimento motor do membro superior poderia ser compensado usando o lado contralateral para pegar ou manipular objetos, a perda da funcionalidade motora do membro inferior limitaria substancialmente a mobilidade e o equilíbrio corporal. Muitos sobreviventes de AVC dependem de auxiliares de locomoção ou apoio manual de cuidadores para ficar de pé e andar, caso contrário, eles teriam grande risco de cair com sérias consequências (Tasseel-Ponche, Yelnik & Bonan, 2015).

Estudos recentes sugerem que pacientes com AVC poderiam reaprender a andar desenvolvendo circuitos neurais alternativos por meio de um processo de adaptação de longo prazo, conhecido como neuroplasticidade. O treinamento de marcha de alta intensidade, repetitivo e específico para tarefas é a chave para melhorar a recuperação da marcha de pacientes com AVC hemiplégico (Kreisei, Hennerici & Bäzner, 2007; Kleim & Jones, 2008). O desenvolvimento de dispositivos exoesqueletos de membros inferiores assistidos por robôs tem grande potencial clínico na reabilitação de AVC. Muitos robôs de exoesqueleto de membros inferiores estão clinicamente disponíveis para pacientes com AVC não ambulatoriais para praticar caminhada com assistência passiva no treinamento em esteira com suporte de peso corporal (BWSTT) (Morone, et al., 2017).

O treinamento de marcha assistido por robô (RAGT) existente, como o Lokomat e o Gait Trainer eletromecânico, fornece assistência motorizada automática, rítmica e repetitiva para as principais articulações dos membros inferiores nos quadris e joelhos bilateralmente (Poli, Morone, Rosati & Masiero, 2013). Ensaios controlados randomizados (RCT) em grande escala desses RAGT em combinação com terapias convencionais mostram significativamente mais pacientes com AVC crônico com independência funcional da marcha e AVD do que recebendo terapias convencionais isoladamente (Pohl, et al., 2007; Schwartz, et al., 2009 ; Hidler, et al., 2009; Mehrholz, et al., 2013). No entanto, Hesse, Schmidt, Werner e Bardeleben (2003) sugerem que a integração de robôs na reabilitação da marcha pode ser apenas uma ferramenta auxiliar para os terapeutas aumentarem a intensidade e a segurança do treinamento sem aumentar sua carga de trabalho. A maioria dos RAGT clinicamente disponíveis é limitada à esteira com assistência passiva (van Peppen, et al., 2004; Morone, et al., 2017), mas pesquisas mostram que variações de tarefas e participação ativa no treinamento de marcha podem melhorar a retenção de habilidades recém-aprendidas habilidades e pode promover a generalização dos efeitos do treinamento (Salbach, et al., 2004; Kwon, Woo, Lee & Kim, 2015). O RAGT portátil que permite o treinamento ativo de marcha no solo seria mais promissor, especialmente para pacientes com AVC ambulatorial.

A órtese de tornozelo e pé assistida por robô (AFO) e joelheira são bons candidatos a dispositivos de exoesqueleto portátil para RAGT de pacientes com AVC hemiplégico (Duerinck, et al., 2012; Zhang, Davies & Xie, 2013; Mehrholz, et al., 2017) . A AFO convencional é projetada principalmente para tratar a anormalidade da marcha com queda do pé com suporte passivo na dorsiflexão do tornozelo para liberação do pé na fase de balanço e absorção de choque na resposta de carga. A joelheira convencional é projetada principalmente para suporte corporal na fase de apoio. A integração da assistência do robô no tornozelo afetado e/ou na articulação do joelho pode fornecer assistência de força ativa que se sincroniza com o movimento residual voluntário do tornozelo e/ou joelho do paciente. A assistência de potência ativa a longo prazo pode estimular a recuperação da marcha baseada na experiência ou desenvolver um padrão de marcha compensatório para facilitar a marcha (Kleim & Jones, 2008).

A fim de traduzir a pesquisa de reabilitação robótica em aplicação clínica, a pesquisa clínica baseada em evidências deve ser realizada para testar a segurança e a eficácia dos novos dispositivos ou intervenções em pacientes com AVC (Backus, Winchester & Tefertiller, 2010). Muitos projetos de AFO assistida por robô e joelheiras foram propostos por diferentes grupos de pesquisa, mas a maioria deles relatou apenas os resultados de testes de viabilidade, principalmente em indivíduos saudáveis ​​com amostras pequenas (Dollar & Herr, 2008; Shorter, et al. , 2013; Alam, Choudhury & Bin Mamat, 2014). A maioria dos estudos anteriores se preocupava com os efeitos imediatos do uso de AFOs e joelheiras assistidas por robôs durante a caminhada, mas poucos estudos investigaram os efeitos terapêuticos de longo prazo do uso de dispositivos para RAGT de pacientes com AVC (Lo, 2012). Em particular, a revisão sistemática de Mehrholz, et al. (2017) mostra que apenas um RCT avaliou a eficácia do treinamento de tornozelo usando AFO assistida por robô, mas na posição sentada, nenhum RCT avaliou o treinamento de marcha usando AFO assistida por robô tanto na caminhada no solo quanto na deambulação em escadas.

Neste estudo, o Exoskeleton Ankle Robot e o Knee Robot foram propostos e avaliados como um AFO assistido por robô e joelheira para treinamento de marcha de pacientes com AVC com anormalidade de marcha em queda do pé. A aplicação clínica de AFO assistida por robô e joelheira em pacientes com AVC tem que superar alguns desafios importantes, como reduzir a carga de peso na perna e alcançar portabilidade e adaptabilidade a vários ambientes de caminhada. O Exoskeleton Ankle Robot and Knee Brace tem como objetivos: (1) fornecer assistência ativa sincronizada ao tornozelo e/ou joelho para facilitar a caminhada, (2) desenvolver um método preciso e confiável para classificar a intenção de caminhada do usuário em caminhada no solo e deambulação em escadas, (3) para fornecer protocolo de treinamento para RAGT de pacientes com AVC com anormalidade de marcha em queda do pé. Os testes de viabilidade e RCT do Exoskeleton Ankle Robot and Knee Brace podem validar o valor clínico deste novo robô de reabilitação e potencialmente estabelecer uma nova intervenção de reabilitação da marcha para pacientes com AVC.