Интерактивный робот-экзоскелет для ходьбы

Инсульт вызывается внутричерепным кровоизлиянием или тромбозом, перекрывающим артериальное кровоснабжение тканей головного мозга и обычно повреждающим двигательный путь центральной нервной системы с поражением одной стороны тела. Снижение нисходящего нервного импульса на пораженную сторону может привести к гемиплегии, которая значительно влияет на повседневную активность (ADL) выживших после инсульта (Singam, Ytterberg, Tham & von Koch, 2015). В то время как нарушение моторики верхних конечностей можно было бы компенсировать, используя контралатеральную сторону для взятия предметов или манипулирования ими, потеря моторных функций нижней конечности существенно ограничивала бы подвижность и равновесие тела. Многие выжившие после инсульта зависят от вспомогательных средств для ходьбы или ручной поддержки со стороны лиц, осуществляющих уход, для стояния и ходьбы, в противном случае они подвергались бы большому риску падения с серьезными последствиями (Tasseel-Ponche, Yelnik & Bonan, 2015).

Недавние исследования показывают, что пациенты, перенесшие инсульт, могут заново научиться ходить, развивая альтернативные нейронные схемы в процессе долгосрочной адаптации, известном как нейропластичность. Высокоинтенсивная, повторяющаяся и специализированная тренировка ходьбы является ключом к ускорению восстановления походки у пациентов с гемиплегическим инсультом (Kreisei, Hennerici & Bäzner, 2007; Kleim & Jones, 2008). Разработка роботизированных экзоскелетов нижних конечностей имеет большой клинический потенциал в реабилитации после инсульта. Многие экзоскелетные роботы для нижних конечностей клинически доступны для пациентов с неамбулаторным инсультом, чтобы практиковать ходьбу с пассивной помощью на беговой дорожке с поддержкой веса тела (BWSTT) (Morone, et al., 2017).

Существующие роботизированные тренажеры ходьбы (RAGT), такие как Lokomat и электромеханический тренажер ходьбы, обеспечивают автоматическую, ритмичную и повторяющуюся механическую помощь основным суставам нижних конечностей в тазобедренных и коленных суставах на двусторонней основе (Poli, Morone, Rosati & Masiero, 2013). Крупномасштабные рандомизированные контролируемые испытания (РКИ) этих RAGT в сочетании с традиционными методами лечения показывают, что у значительно большего числа пациентов с хроническим инсультом улучшилась функциональная независимость походки и ADL, чем при применении только традиционных методов лечения (Pohl, et al., 2007; Schwartz, et al., 2009). ; Hidler, et al., 2009; Mehrholz, et al., 2013). Однако Гессе, Шмидт, Вернер и Барделебен (2003) предполагают, что интеграция роботов в реабилитацию ходьбы может быть просто вспомогательным инструментом для терапевтов, позволяющим повысить интенсивность и безопасность тренировок без увеличения их рабочей нагрузки. Большинство клинически доступных RAGT связаны с беговой дорожкой с пассивной помощью (van Peppen, et al., 2004; Morone, et al., 2017), но исследования показывают, что вариации задач и активное участие в тренировке походки могут улучшить запоминание недавно изученных навыков. навыков и может способствовать обобщению тренировочных эффектов (Salbach, et al., 2004; Kwon, Woo, Lee & Kim, 2015). Портативный RAGT, который позволяет активно тренировать ходьбу на земле, был бы более перспективным, особенно для пациентов с амбулаторным инсультом.

Роботизированный ортез на голеностопный сустав (AFO) и коленный бандаж являются хорошими кандидатами на роль портативных экзоскелетных устройств для RAGT у пациентов с гемиплегическим инсультом (Duerinck et al., 2012; Zhang, Davies & Xie, 2013; Mehrholz, et al., 2017). . Обычный AFO в основном предназначен для лечения аномалий походки со свисающей стопой с пассивной поддержкой при тыльном сгибании голеностопного сустава для обеспечения просвета стопы в фазе переноса и амортизации при нагрузке. Обычный наколенник в основном предназначен для поддержки тела в фазе опоры. Интеграция помощи робота в пораженный голеностопный и/или коленный сустав может обеспечить активную силовую помощь, которая синхронизируется с произвольным остаточным движением пациента в голеностопном и/или коленном суставе. Долгосрочная активная помощь может стимулировать восстановление походки, обусловленное опытом, или развивать компенсаторный паттерн походки для облегчения походки (Kleim & Jones, 2008).

Чтобы перевести исследования роботизированной реабилитации в клиническое применение, необходимо провести основанные на фактических данных клинические исследования для проверки безопасности и эффективности новых устройств или вмешательств у пациентов, перенесших инсульт (Backus, Winchester & Tefertiller, 2010). Многие конструкции роботизированных AFO и коленных бандажей были предложены различными исследовательскими группами, но в большинстве из них сообщались только результаты технико-экономических испытаний, в основном на здоровых субъектах с небольшими размерами выборки (Dollar & Herr, 2008; Shorter, et al. , 2013; Алам, Чоудхури и Бин Мамат, 2014). Большинство предыдущих исследований касались немедленных эффектов ношения роботизированных AFO и наколенников во время ходьбы, но в нескольких исследованиях изучались долгосрочные терапевтические эффекты ношения устройств для RAGT у пациентов с инсультом (Lo, 2012). В частности, систематический обзор Mehrholz et al. (2017) показывает, что только одно РКИ оценивало эффективность тренировки голеностопного сустава с использованием роботизированной AFO, но в положении сидя, ни одно РКИ не оценивало тренировку походки с использованием роботизированной AFO как при ходьбе по земле, так и при ходьбе по лестнице.

В этом исследовании экзоскелетный робот для лодыжки и коленный робот были предложены и оценены в качестве роботизированного AFO и коленного бандажа для тренировки ходьбы пациентов, перенесших инсульт, с аномалией походки со свисающей стопой. Клиническое применение роботизированного AFO и коленного бандажа у пациентов, перенесших инсульт, должно решить некоторые важные проблемы, такие как снижение весовой нагрузки на ногу, а также достижение портативности и адаптации к различным условиям ходьбы. Робот Exoskeleton Ankle Robot and Knee Brace предназначен для: (1) обеспечения синхронизированной активной поддержки силы лодыжки и/или колена для облегчения ходьбы, (2) разработки точного и надежного метода классификации намерений пользователя при ходьбе при ходьбе по земле и при ходьбе по лестнице, (3) предоставить протокол обучения для RAGT пациентов с инсультом и аномалией походки со свисающей стопой. Технико-экономические испытания и РКИ экзоскелетного робота для лодыжки и коленного бандажа могут подтвердить клиническую ценность этого нового реабилитационного робота и потенциально могут установить новое вмешательство в реабилитацию походки для пациентов, перенесших инсульт.