Улучшение функции руки с помощью носимых экзоскелетов

В этом исследовании будут собраны предварительные данные по оценке вспомогательного экзоскелета, смонтированного на теле, для облегчения использования рук, пораженных инсультом, для выполнения повседневных задач. Основная гипотеза заключается в том, что портативные экзоскелеты увеличат досягаемую площадь для улучшения функции и использования поврежденной конечности. Обоснование этого подхода основано на общепризнанной литературе о влиянии разгрузки плеча на увеличение рабочего пространства руки при инсульте.

Для участия будет отобрана удобная выборка из 30 субъектов с хроническими нарушениями. Участники должны переносить одиночный инсульт, быть не менее 6 месяцев после инсульта и находиться в стабильном состоянии с остаточными нарушениями, влияющими на функцию руки. Метаданные пациента будут включать возраст, расу, пол, рост, вес, пораженную сторону и время, прошедшее после инсульта. Стандартные тесты функции руки будут измерять показатели работоспособности субъектов с хронической стадией инсульта с помощью экзоскелета и без него. В качестве проверки согласованности баллы будут оцениваться как минимум двумя независимыми оценщиками в один и тот же день. Центральная гипотеза будет проверена для достижения нашей цели посредством следующих 3 конкретных целей:

Цель 1. Продемонстрировать, что гравитационная поддержка портативного экзоскелета может увеличить доступное рабочее пространство после гребка. Гравитационная поддержка уменьшает аномальные мышечные синергии (т. е. паттерны совместной активации) во время выполнения задач с вытягиванием рук, но не была продемонстрирована у взрослых, не ведущих сидячий образ жизни, с нарушениями. Подход, сочетающий армированный углеродным волокном пластик, напечатанный на 3D-принтере, аккумулирование энергии на основе натурального каучука и индивидуальные механизмы профиля силы, позволяет использовать аналогичную механику, которая продемонстрировала успех в стационарных подлокотниках, но в портативном корпусе. Чтобы проверить, можно ли достичь аналогичных результатов с помощью новой облегченной системы, участники попытаются выполнить сканирование максимальной площади в каждой из трех направленных плоскостей (сагиттальной, фронтальной, поперечной) в двух экспериментальных условиях (без посторонней помощи, с помощью нашего портативного экзоскелета). Рабочее пространство досягаемости в каждой плоскости будет измеряться кинематическими данными от системы захвата движения Optitrack с 5 камерами, при этом центр запястья принимается за конечную точку досягаемости. Ожидается, что использование портативного экзоскелета приведет к значительным улучшениям во всех трех плоскостных направлениях рабочего пространства по сравнению с движением без посторонней помощи, аналогично тому, что было продемонстрировано ранее со стационарными (то есть тяжелыми) роботизированными системами в поперечной плоскости.

Цель 2. Определить, может ли портативный плечевой экзоскелет улучшить функцию руки после инсульта. Хотя известно, что разгрузка плеч улучшает досягаемую рабочую зону за счет уменьшения совместного сокращения бицепсов, она может или не может в достаточной степени уменьшить совместное сокращение мышц запястья, оставляя субъекту возможность дотягиваться до предметов, но не хватать их. Некоторым людям может понадобиться дополнительное вспомогательное устройство на запястье, чтобы позволить им открыть руку достаточно, чтобы взаимодействовать с предметами домашнего обихода. Для оценки участники с ослабленным здоровьем выполнят одновременное разгибание запястья и пальцев, надевая плечевой экзоскелет, и попытаются поднять предметы разного размера из теста руки исследования действий (ARAT), теста двигательной функции Вольфа (WMFT) и коробки и блоков ( BBT) тест-наборы. Для тех, кто не может схватить предметы из тестовых наборов ARAT и WMFT, будут записаны углы суставов запястья и пальцев, а также объем помощи, необходимой для разгибания пальцев и большого пальца в функциональной позе захвата. Ожидается, что переносные помощники приведут к заметным улучшениям результатов оценочных тестов, а тест на разгибание пальцев разделит население на две группы: а) те, кому не требуется дополнительная помощь руками, и б) те, кому требуется как плечо, так и руки. ручная помощь (с электроприводом или без) для взаимодействия с тестовыми объектами.

Цель 3. Количественно оценить влияние переносного плечевого экзоскелета на изменения в функциональном использовании пораженной конечности в клинических и домашних условиях. Увеличение диапазона движений не всегда приводит к функциональным улучшениям в повседневных задачах, связанных как с позиционированием руки, так и с контролем мелкой моторики кисти. В этой работе будут оцениваться изменения в функциональном использовании предметов повседневного обихода с использованием хорошо зарекомендовавших себя клинических оценочных тестов с последующим домашним испытанием портативного экзоскелета, подходящего по индивидуальному заказу. Участники с нарушениями будут проводить стандартизированные клинические оценки в лабораторных условиях, которые, как было показано, коррелируют с функциональными показателями повседневной деятельности, включая WMFT, ARAT и BBT. Затем участники заполнят журнал двигательной активности (MAL), основанный на активности, выполненной за последнюю неделю, в качестве базового уровня, прежде чем носить экзоскелет дома в течение 1-2 часов в день в течение как минимум 5 дней. В конце домашнего периода участники заполняют шкалу удобства использования системы и второй MAL, соответствующий действиям, выполняемым при ношении экзоскелета. Ожидается, что испытуемые будут выполнять больше задач за меньшее время, с меньшими усилиями и с более высокими показателями успеха как в клинических тестах, так и в домашних условиях.

В случае успеха установленные на теле экзоскелеты могут обеспечить повсеместную тренировку и восстановление функции руки в домашних условиях, значительно увеличивая время терапевтического обучения пациентов с длительным дефицитом.