Estimulação combinada com órteses motorizadas motorizadas para caminhar após AVC

Este estudo inclui o desenvolvimento do controlador e testes de viabilidade para um sistema híbrido neuromuscular de assistência à marcha (NMGA) para melhorar a caminhada após o AVC. O estudo consiste em testes de linha de base, ajustando o dispositivo nos participantes, ajustando os parâmetros de assistência para melhorar a caminhada, coletando dados de movimento com e sem o dispositivo, modificando os designs do controlador para otimizar a caminhada, transições de sentar para levantar e subir escadas, treinamento de marcha, e avaliar a capacidade de movimento com e sem auxílio do dispositivo. A frequência cardíaca e a pressão arterial serão monitoradas durante cada sessão.

Descrição do dispositivo O NMGA é composto por uma joelheira motorizada e estimulação elétrica de superfície aplicada aos músculos que atuam no quadril, joelho e tornozelo. O dispositivo é usado no lado comprometido do corpo com uma interface ortopédica anexando-o à perna. O objetivo de combinar o joelho motorizado com estimulação é melhorar o movimento e a coordenação das pernas para uma caminhada mais segura com esforço reduzido do usuário. O joelho exoesquelético motorizado garante a liberação adequada dos dedos do pé durante a fase de balanço da marcha, gerando flexão do joelho e, em seguida, evita a flambagem do joelho durante a fase de apoio da marcha, mantendo a extensão para suporte. A estimulação muscular de superfície auxilia no esforço volitivo do usuário. A estimulação aplicada aos dorsiflexores do tornozelo auxilia na liberação dos dedos do pé durante o balanço, enquanto a estimulação do quadríceps auxilia na postura. A estimulação do gastrocnêmio e do reto femoral auxilia no impulso e no balanço para melhorar a velocidade da caminhada.

Este estudo se concentra no desenvolvimento e teste de métodos de controle que integram a assistência de estimulação e o joelho motorizado com atividade volitiva de maneira a maximizar a contribuição muscular do próprio usuário. Os sensores montados na órtese medem o movimento, os ângulos das articulações, as forças de interação e o contato do pé com o chão para determinar a fase atual da marcha e a assistência necessária. Um Gait Event Detector (GED) determina a fase da marcha e o estado de controle apropriado com base nos dados do sensor e, em seguida, um Finite State Controller (FSC) otimiza a estimulação e a assistência motora em coordenação com o esforço volitivo. O design do controlador incorpora controle antecipado de estimulação com estimulação desencadeada pela detecção de diferentes eventos de marcha. O controle de feedback é aplicado para assistência motora somente quando necessário. Este estudo avaliará diferentes algoritmos para detectar diferentes fases da marcha. O refinamento do controlador é um processo interativo de testar diferentes algoritmos, ajustar os parâmetros de detecção e ajustar os parâmetros de assistência.

Além de detectar as fases da marcha durante a caminhada, este estudo também desenvolverá algoritmos para detectar a intenção do usuário para transições de tarefas de mobilidade. Além da caminhada no solo, a mobilidade inclui transições entre sentar e ficar em pé, bem como subir escadas. Dependendo da robustez do sinal de comando, essas transições podem ser obtidas por meio de entradas separadas (por exemplo, um aplicativo de smartphone ou botões montados em órteses) para informar o dispositivo quando alterar os estados da tarefa ou podem ser detectados com base nos movimentos do usuário. Como parte deste estudo, os investigadores testarão diferentes abordagens para determinar a opção eficaz mais segura e as preferências do usuário.

A seguir, descrevemos a participação envolvida neste processo de desenvolvimento.

Triagem Depois de assinar o formulário de consentimento informado, o sujeito será submetido a uma triagem para determinar se um indivíduo é elegível para participar do estudo com base nos critérios de inclusão/exclusão. Durante a triagem, os investigadores também coletarão informações sobre dados demográficos do AVC (p. data do acidente vascular cerebral, tipo de acidente vascular cerebral, localização da lesão, lado da deficiência), medicamentos e tamanho da perna e do pé para garantir que os investigadores tenham componentes ortopédicos de tamanho adequado durante as sessões subsequentes.

Teste de linha de base Depois de atender a todos os critérios de inclusão/exclusão e concordar em participar, o teste inicial determinará o nível de deficiência e a capacidade de caminhar dos participantes antes do desenvolvimento do controlador e do treinamento com o dispositivo. Os testes de caminhada serão realizados no laboratório, nos corredores do hospital e no ambiente ao redor do hospital. Os resultados medirão o comprometimento nas pernas, a capacidade de caminhar e as percepções dos participantes sobre o dispositivo e o efeito na caminhada.

Adaptação e ajuste do NMGA A equipe do estudo trabalhará com o participante para ajustar o dispositivo e determinar os padrões de estimulação apropriados para auxiliar na caminhada. A adaptação inclui a escolha de componentes ortopédicos que se encaixem bem na perna do usuário e permitam uma caminhada confortável. Padrões de estimulação serão gerados para cada indivíduo. Os eletrodos direcionarão o movimento no quadril, joelho e tornozelo no lado afetado. Durante o ajuste da estimulação, os investigadores ajustarão os locais dos eletrodos de estimulação de superfície, bem como o tempo e a intensidade do estímulo durante o ciclo da marcha. Espera-se que o ajuste ortopédico e a criação do padrão de estimulação levem cerca de duas sessões. As avaliações podem ser repetidas com auxílio de estimulação de superfície.

Desenvolvimento do Controlador Durante várias sessões, o participante realizará tarefas de mobilidade (i.e. caminhada, subir escadas e transições sentar-levantar) enquanto caminha com o NMGA e registra dados para caracterizar a caminhada (dados de análise quantitativa de movimento e dados do sensor montado em órteses). Esses dados serão usados ​​para criar e otimizar o controlador para estimar as fases dos andamentos (por exemplo, contato inicial, pré-swing, mid-swing) com base em sensores montados no exoesqueleto para coordenar a assistência NMGA com a capacidade de caminhar. Os participantes concluirão tarefas enquanto diferentes algoritmos controlam as transições entre as tarefas (por exemplo, caminhar para subir escadas) e assistência durante a conclusão da tarefa. Os parâmetros do controlador serão ajustados durante este processo para otimizar a assistência e determinar quais transições de tarefas os sensores detectam com sucesso e quais transições devem ser controladas por uma entrada separada do usuário. A assistência do protetor de contato será fornecida para evitar quedas durante o desenvolvimento do controlador. Durante este processo, os participantes serão entrevistados em formato de discussão aberta para obter feedback sobre os aspectos do dispositivo que podem ser melhorados. Até 16 sessões serão usadas para o desenvolvimento do controlador.

Treinamento de marcha Depois de determinar um algoritmo de controle, haverá seis sessões de treinamento para usar o dispositivo para caminhar, subir escadas e transições de sentar para levantar, conforme apropriado. O treinamento de marcha será conduzido pelo fisioterapeuta do estudo no laboratório de marcha, nos corredores do hospital e nos espaços externos ao redor. O fisioterapeuta fornecerá assistência de espera, monitorará os sinais vitais dos indivíduos, registrará seu progresso e solicitará feedback sobre o uso do NMGA. O treinamento se concentrará no aumento da velocidade de caminhada, mantendo a segurança, especificamente a folga dos pés no swing, a estabilidade na postura e a consciência situacional do ambiente ao redor. Os participantes fornecerão feedback sobre quando, durante o processo, eles se sentiram à vontade para colocar, retirar e usar o dispositivo sem a ajuda da equipe do estudo. O fisioterapeuta do estudo também fornecerá informações sobre quando os participantes são capazes de usar o sistema de forma independente.

Avaliação pós-treinamento Após o treinamento com o NMGA, as avaliações descritas anteriormente (consulte Teste de linha de base) serão repetidas com e sem o dispositivo para testar a hipótese de que caminhar com o NMGA em comparação com sem aumenta a velocidade, resistência, consumo metabólico e simetria da marcha. Além dos testes iniciais, os participantes responderão à Avaliação de Satisfação do Usuário com Tecnologia Assistiva (QUEST) de Quebec, uma pesquisa para avaliar a satisfação do usuário com um dispositivo. Além disso, cada participante preencherá uma planilha priorizando diferentes requisitos de design (por exemplo, tamanho, peso, facilidade de uso). Até seis sessões serão usadas para o teste final.