Het trainen van personen met Spinal Cord Injury om ambulate gebruik van een elektrische Exoskeleton
16 juni 2016
Het trainen van een persoon met verlamming om te lopen met behulp van een aangedreven exoskelet kan uitdagingen met zich meebrengen. De doelen zijn om de criteria voor kandidaatselectie en de trainingsprocedures voor exoskeletten-ondersteund lopen en andere mobiliteitsvaardigheden te presenteren die kunnen worden geprogreerd naarmate het vaardigheidsniveau van de deelnemer verbetert.
Het algemene doel van dit trainingsprogramma is om richtlijnen te bieden en een trainingsprogramma te standaardiseren om personen met een dwarslaesie te leren lopen met behulp van een aangedreven exoskelet. Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van belangrijke vragen op het gebied van aangedreven exoskelet, zoals de progressie van de training en de soorten activiteiten die nodig zijn om de vaardigheden te ontwikkelen om deze apparaten zelfstandig te gebruiken. Het grote voordeel van deze techniek is dat het specifieke richtlijnen en gestructureerde activiteiten biedt om personen met weinig tot geen willekeurige bewegingen in hun onderste ledematen te trainen om met behulp van het aangedreven exoskelet te lopen, wat een opkomende technologie is.
De implicaties van deze techniek kunnen zich uitstrekken tot therapie na een beroerte, aangezien neurale plasticiteit mogelijk nieuwe hersengebieden toelaat om nieuwe neurale verbindingen te maken om functionele taken uit te voeren. Over het algemeen zullen personen die nieuw zijn in deze methode worstelen omdat ze niet gewend zijn om hun eigen lichaamsgewicht goed te verplaatsen om het apparaat te laten lopen, laat staan rechtop te staan. Begin door de deelnemer in de rugligging te plaatsen.
Gebruik een flexibele meetlint om de breedte van het bekken, de lengte van het bovenbeen en de lengte van het onderbeen te bepalen, en noteer deze in centimeters. Meet de lengte van het bovenbeen vanaf het meest prominente punt van de trochanter major van het heupgewricht tot de lijn van het knie-gewricht. Meet het andere been op dezelfde manier en noteer eventuele afwijkingen in beenlengte.
Pas het aangedreven exoskelet aan vanaf het middelpunt van de heupas tot het middelpunt van de knielas, volgens de afstand gemeten op elk van de bovenbeenlengtes van de deelnemer. Meet vervolgens de lengte van het onderbeen vanaf de lijn van het knie-gewricht tot de onderkant van de voet. Herhaal deze meting voor de andere onderbeenlengte.
Pas de lengte vanaf de onderkant van de voetplaat tot het middelpunt van de knie-toegang van het aangedreven exoskelet aan voor elke onderste ledemaat, volgens de afstand gemeten van de deelnemer op een vergelijkbare manier gedaan met het bovenbeen. Plaats de bekkenband die het dichtst in grootte is bij de breedte van het bekken van de deelnemer achter de persoon en beweeg deze langzaam naar voren om de pasvorm te testen. Plaats vervolgens het exoskelet in een zitpositie op een stoel met een open rug.
Laat vervolgens de deelnemer in het apparaat gaan zitten en geef hen instructies om hun voeten in de schoenen te plaatsen. Blijf de riemen vastzetten, beginnend bij het meest distale punt en proximaal omhoog over het lichaam, eindigend met de borstriemen. Leid vervolgens de voet volledig in de schoen, en zorg ervoor dat de tenen niet gekromd zijn.
Nadat de voeten in de schoenen zijn vastgemaakt, bevestig de riemen direct onder de knieën. Bevestig vervolgens de riemen boven de knieën en die op de bovenbenen, zorg ervoor dat er geen kleding onder de riemen kreukt, wat kan leiden tot ongewenste wrijving of contactpunten. Bevestig tot slot de borstband.
Begin met het uitrusten van de deelnemer met een set elleboogstokjes om te helpen bij het evenwicht en de manoeuvreerbaarheid van het apparaat. Terwijl ze in het exoskelet zitten, geef de deelnemer instructies om de punten van de stokken achterwaarts te plaatsen op een manier die hen in staat stelt om hun gewicht over hun voeten te duwen. Leg vervolgens de zit-naar-staande procedure uit aan de deelnemer.
Laat een trainer van achteren assisteren en een andere trainer van voren bewaken. Geef vervolgens de deelnemer instructies om zelfstandig te gaan staan en gebruik de hulp van de trainer alleen wanneer dat nodig is. Geef de deelnemer instructies om de staancommando in te drukken en vervolgens de stokken achterwaarts te plaatsen en voorover te leunen terwijl ze van de stokken afdrukken om het apparaat te helpen rechtop te gaan staan.
Beoordeel tijdens de eerste staanmomenten of de bekkenband aanpassing nodig heeft aan de voor- en achterkant. Posisioneer op de juiste manier zodat de trochanter in lijn is met de rotatie van het heupgewricht. Zorg ervoor dat de deelnemer in staat is om in evenwicht te blijven terwijl ze staan door hen te vragen om te demonstreren dat ze in de startpositie kunnen staan door beide stokken te gebruiken om het evenwicht te behouden.
Vraag vervolgens de deelnemer om lichtgewichtverschuivingen lateraal en posterieur te oefenen om de locatie en het gevoel van de startpositie te begrijpen. Geef vervolgens de deelnemer instructies om het evenwicht te behouden met slechts één kruk, door één kruk van de grond te tillen en die houding tot één minuut vast te houden. Voeg wat complexiteit toe aan deze eenhandige balans oefening door één arm in evenwicht te houden terwijl de contralaterale arm over reikt om de pols van de balancerende arm te raken.
Ten slotte leer de deelnemer om lateraal gewicht te verschuiven, waardoor één voet kan ontladen, met als doel de voet vijf seconden volledig van de grond te tillen. Geef de gebruiker instructies om deze oefening met het andere been te herhalen. Begin door de deelnemer te instrueren over het mechanisme van lopen met het aangedreven exoskelet.
Gebruik de controller om de loopmodus te selecteren en vraag de deelnemer om lichtjes naar voren te verschuiven richting een vooraf bepaald doelwit om de voorwaartse schommelbeweging van het rechterbeen te initiëren. Geef vervolgens de gebruiker instructies om hun krukken naar voren te bewegen terwijl ze hun gewicht naar voren in het rechterbeen verplaatsen om het evenwicht te behouden tijdens het stappen op het rechterbeen en het linkerbeen ontlasten. Leg de deelnemer uit dat het apparaat de beweging van de deelnemer zal voelen en de voorwaartse schommelbeweging van het linkerbeen zal initiëren.
Indien nodig, begeleid de gebruiker door het aangedreven exoskelet vast te grijpen, of bied assistentie aan in een gebied van het lichaam waar de gebruiker intacte sensatie heeft, zoals het
Overzicht
Dit trainingsprogramma is erop gericht het proces van het aanleren van lopen met aangedreven exoskeletten aan personen met dwarslaesies te standaardiseren. Het biedt richtlijnen voor de selectie van kandidaten en trainingsprocedures om de mobiliteitsvaardigheden te verbeteren.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschapsgebied
- Neurowetenschappen
- Revalidatie
- Hulpmiddelen
Achtergrond
- Aangedreven exoskeletten zijn opkomende technologieën die zijn ontworpen om personen met mobiliteitsbeperkingen te ondersteunen.
- Het trainen van personen met dwarslaesies brengt unieke uitdagingen met zich mee, met name bij het verplaatsen van het gewicht en het bewaren van het evenwicht.
- Neurale plasticiteit kan zorgen voor nieuwe neurale verbindingen, wat mogelijk het herstel bij beroertheorie ondersteunt.
- Gestructureerde training kan personen met weinig tot geen vrijwillige beweging helpen om deze apparaten effectief te leren gebruiken.
Doel van de studie
- Het vaststellen van richtlijnen voor het trainen van personen met dwarslaesies in het gebruik van aangedreven exoskeletten.
- Het identificeren van kernactiviteiten die de noodzakelijke vaardigheden ontwikkelen voor onafhankelijk lopen.
- Het onderzoeken van de implicaties van deze training voor bredere revalidatiepraktijken.
Gebruikte methoden
- De deelnemers worden beoordeeld op bekken- en ledemaatmetingen om het exoskelet dienovereenkomstig aan te passen.
- De training begint met basisbalansoefeningen met behulp van onderarmkrukken.
- Progressieve gewichtsverplaatsing en mobiliteitsvaardigheden worden geoefend op verschillende ondergronden.
- De deelnemers worden begeleid bij zit-naar-standprocedures en looptechnieken.
Belangrijkste resultaten
- Deelnemers leren effectief balans te houden en hun gewicht te verplaatsen tijdens het gebruik van het exoskelet.
- Gestructureerde training verbetert het vermogen van deelnemers om zelfstandig te lopen.
- Gevarieerde trainingsondergronden verbeteren de aanpassingscapaciteit en de acquisitie van vaardigheden.
Conclusies
- Gestandaardiseerde trainingsprotocollen zijn essentieel voor het effectieve gebruik van aangedreven exoskeletten.
- Training kan de mobiliteitsresultaten voor personen met dwarslaesies significant verbeteren.
- Toekomstig onderzoek kan de langetermijnvoordelen van deze training voor het neurale herstel verkennen.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de Industrie
Dit trainingsprotocol vult een kritisch hiaat in de implementatie van ondersteunende technologie door de acquisitie van mobiliteitsvaardigheden voor personen met een dwarslaesie die gebruikmaken van aangedreven exoskeletten te standaardiseren. Het biedt een gestructureerd kader voor het evalueren van de apparaatgereedheid en de competentie van de gebruiker, wat essentieel is om de risico's bij investeringen in opkomende neurorevalidatietechnologieën te beperken. Deze aanpak ondersteunt de translationele continuïteit van laboratoriumvalidatie naar ambulatie in de praktijk binnen thuis- en gemeenschapsinstellingen.
Strategische Toepassingen in Biopharma R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt mechanistische analyse van neurale plasticiteit en motorische leerpaden in neurorevalidatie mogelijk.
- Operationele waarde: Standaardiseert de beoordeling van functionele herstelmetrieken in preklinische en klinische modellen van dwarslaesies.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Stelt kwantitatieve biomechanische drempelwaarden vast (gewrichtsbewegingsbereik, botmineraaldichtheid) voor patiëntenstratificatie in studies naar mobiliteitsinterventies.
- Operationele waarde: Biedt reproduceerbare screeningscriteria om de variabiliteit in de resultaten van exoskelettraining tussen verschillende onderzoekslocaties te verminderen.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Ondersteunt systeemmodellering relevant voor ziekten door individuen met een intacte functie van de bovenste extremiteit te trainen in het beoordelen van de integratie van neuroprothesen in de onderste extremiteit.
- Operationele waarde: Faciliteert crossfunctionele samenwerking tussen teams uit de neurologie, revalidatietechniek en biomechanica via gestandaardiseerde benchmarks voor mobiliteitsvaardigheden.
Integratie van Pipeline & Workflow
De methode positioneert training met een aangedreven exoskelet als een brug tussen de ontwikkeling van hulpmiddelen en de beoordeling van functionele uitkomsten in neurorevalidatie-trajecten.
- Discovery Biology: Informeert doelwitvalidatie door het meten van het vermogen tot gewichtsverplaatsing en het behoud van het evenwicht als indicatoren voor de betrokkenheid van neurale circuits.
- Screening: Waarborgt de gereedheid van de assay via gestandaardiseerde passing van het apparaat en testen van de oppervlakte-adaptiviteit (tapijt, beton, gras, hellingen).
- Analytics: Genereert kwantitatieve mobiliteitsmetrieken (bijv. snelheid bij de tienmeter-looptest, sessiegebaseerde verbeteringspercentages) om de effectiviteit van interventies te vergelijken.
- Translational Research: Verbindt ontdekkingen aan preklinische continuïteit door vaardigheidsoverdracht van klinische naar thuis- en gemeenschapsomgevingen te evalueren via validatie van begeleidende looprekken.
- Enterprise Reuse: Creëert een herbruikbare capaciteit voor het beoordelen van de bruikbaarheid van exoskeletten bij diverse populaties en apparaatiteraties.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Vermindert mechanische ambiguïteit bij het herstel van de mobiliteit door trainingseffecten te isoleren van spontane neurologische verbetering.
- Operationele waarde: Verbetert de reproduceerbaarheid via gestandaardiseerde screening (ROM van heup/knie/enkel, botdichtheid) en protocollen voor progressieve vaardigheidsverwerving.
- Strategische waarde: Verbetert go/no-go-beslissingen door gebruikers te identificeren die in staat zijn tot geavanceerde taken (navigatie door deuropeningen, ongelijkmatige oppervlakken) voorafgaand aan de toestemming voor gebruik thuis.
- Impact op portfolio: Maakt risico-gecorrigeerde vooruitgang mogelijk door trainingsmijlpalen (bijv. balans met één kruk, duur van gewichtsoverdracht) te koppelen aan de gereedheid voor implementatie in de echte wereld.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in revalidatie na dwarslaesie, biomechanica en het aanpassen van ondersteunende hulpmiddelen.
- Afhankelijk van instrumentatie voor bekken-/ledematenmeting, afstelling van het exoskelet en variatie in het mobiliteitsoppervlak.
- Vereist cross-team standaardisatie tussen klinische trainers, ingenieurs en veiligheidsmonitoren voor een consistente uitvoering van het protocol.
- Omvat overwegingen voor aanpassingen bij variërende tolerantieniveaus en secundaire complicaties (bijv. spasticiteit, drukpunten) tijdens langdurige training.
- Beperkt door de afhankelijkheid van de deelnemer van onderarmkrukken voor het evenwicht, wat de beoordeling van autonome besturing van het exoskelet kan beperken.
