Förbättra armfunktionen med hjälp av bärbara exoskelett

Denna studie kommer att samla in preliminära data för att utvärdera ett kroppsmonterat assisterande exoskelett för att underlätta användningen av armar som drabbats av stroke för att utföra vardagliga uppgifter. Den centrala hypotesen är att bärbara exoskelett kommer att öka den nåbara ytan för att förbättra funktion och användning av den nedsatta extremiteten. Skälet för detta tillvägagångssätt bygger på väletablerad litteratur om effekterna av axelavlastning på ökande armarbetsutrymme vid stroke.

Ett bekvämlighetsprov på 30 personer med kronisk funktionsnedsättning kommer att rekryteras för att delta. Deltagarna måste ha fått en enda stroke, vara minst 6 månader efter stroke och vara i stabilt tillstånd med kvarvarande funktionsnedsättning som påverkar armfunktionen. Patientmetadata kommer att inkludera ålder, ras, kön, längd, vikt, drabbad sida och tid sedan stroke. Standardiserade tester av armfunktion kommer att mäta prestationspoäng hos patienter med nedsatt stroke i kroniskt skede med och utan assistans från exoskelettet. Som en konsekvenskontroll kommer poängen att utvärderas av minst två oberoende bedömare på samma dag. Den centrala hypotesen kommer att testas för att uppnå vårt mål genom följande tre specifika mål:

Syfte 1. Visa att gravitationsstöd från ett bärbart exoskelett kan öka den nåbara arbetsytan efter ett slag. Tyngdkraftsstöd minskar onormala muskelsynergier (d.v.s. samaktiveringsmönster) under armräckviddsuppgifter, men har inte visats hos icke-sittande vuxna med funktionsnedsättning. Tillvägagångssättet som kombinerar kolfiberförstärkt 3D-tryckt plast, naturgummibaserad energilagring och anpassade kraftprofilmekanismer tillåter liknande mekaniker som har visat framgång i stationära armstöd men i en bärbar förpackning. För att testa om liknande resultat kan uppnås med ett nytt lättviktssystem, kommer deltagarna att försöka utföra maximala areasvep i vart och ett av tre riktningsplan (sagittal, frontal, tvärgående) under två experimentella förhållanden (oassisterad, med hjälp av vårt bärbara exoskelett). Räckvidden för arbetsytan i varje plan kommer att mätas med kinematisk data från ett 5-kameror Optitrack motion capture-system med handledens mitt som räckviddsändpunkt. Det förväntas att användningen av det bärbara exoskelettet kommer att ge mycket signifikanta förbättringar i alla tre plana räckviddsriktningarna i arbetsutrymmet jämfört med oassisterad rörelse, liknande vad som tidigare har visats med stationära (dvs tunga) robotsystem i tvärplanet.

Syfte 2. Ta reda på om ett bärbart exoskelett på axeln kan förbättra handfunktionen efter stroke. Även om axelavlastning är känd för att förbättra det nåbara arbetsområdet genom att minska samkontraktion av biceps, kan det eller kanske inte minskar samkontraktion av handledsmuskler tillräckligt, vilket gör att patienten kan nå men inte greppa föremål. En sekundär hjälpmedel vid handleden kan behövas av vissa individer för att de ska kunna öppna handen tillräckligt för att interagera med hushållsföremål. För att utvärdera kommer de handikappade deltagarna att utföra samtidig handleds- och fingerförlängning medan de bär axelns exoskelette och försöka plocka upp föremål av varierande storlek från Action Research Arm Test (ARAT), Wolf Motor Function Test (WMFT) och Box and Blocks ( BBT) testkit. För de som inte kan greppa föremål från ARAT- och WMFT-testsatser, kommer handleds- och fingerledsvinklar att registreras tillsammans med mängden hjälp som krävs för att sträcka ut fingrarna och tummen till en funktionell greppställning. Det förväntas att anmärkningsvärda förbättringar i bedömningstestresultaten kommer att bli resultatet av bärbar assistans, och att fingerextensionstestet kommer att stratifiera befolkningen i två grupper: a) de som inte behöver ytterligare handhjälp, och b) de som behöver både axel- och handassistans (driven eller icke-driven) för att interagera med testobjekten.

Syfte 3. Kvantifiera effekterna av assistans från ett bärbart exoskelett i axeln på förändringar i funktionell användning av den nedsatta extremiteten i kliniska och hemmiljöer. Att öka rörelseomfånget leder inte alltid till funktionsförbättringar i dagliga sysslor som involverar både armpositionering och finmotorik i handen. Detta arbete kommer att bedöma förändringar i funktionell användning av dagliga föremål med hjälp av väletablerade kliniska bedömningstester följt av en hemmaförsök av ett skräddarsytt bärbart exoskelett. Deltagare med funktionsnedsättning kommer att utföra standardiserade kliniska bedömningar i en laboratoriemiljö som har visat sig korrelera med funktionell prestation av aktiviteter i det dagliga livet inklusive WMFT, ARAT och BBT. Deltagarna kommer sedan att fylla i en motorisk aktivitetslogg (MAL) baserad på aktivitet som utförts under den senaste veckan som baslinje, innan de bär exoskelettet hemma under en period av 1-2 timmar per dag i minst 5 dagar. I slutet av hemmaperioden kommer deltagarna att slutföra en System Usability Scale och en andra MAL som motsvarar de aktiviteter som utförs medan de bär exoskelettet. Det förväntas att försökspersoner kommer att slutföra fler uppgifter på kortare tid, med mindre ansträngning och med högre framgångsfrekvens i både kliniktester och utvärderingar hemma.

Om de lyckas har kroppsmonterade exoskelett potential att tillåta allmän träning och återhämtning av armfunktioner hemma, vilket dramatiskt förlänger den terapeutiska träningstiden för patienter med långvariga underskott.