Szkolenie osób z urazem rdzenia kręgowego w poruszaniu się przy użyciu zasilanego egzoszkieletu

Wiele osób z uszkodzeniem rdzenia kręgowego (SCI) nie jest w stanie stać i poruszać się z lub bez użycia urządzenia wspomagającego lub pomocy fizycznej. Przez wieki jedyną opcją mobilności dla osób z ciężkim nardzeniem rdzenia rdzenia kręgowego był wózek inwalidzki¹. W ciągu ostatnich kilku dekad osoby z SCI miały możliwość uzupełnienia swojej mobilności za pomocą pasywnych urządzeń ortopedycznych, takich jak różne ortezy chodu posuwisto-zwrotnego (RGO)^2-7. Urządzenia te nie stały się jednak szerzej stosowane ze względu na wysiłek fizyczny wymagany przez użytkownika do poruszania się za pomocą tych urządzeń. RGO mają również ograniczenia w zdolności do wchodzenia po schodach, wstawania i siadania^3,7. Podjęto wysiłki w celu zwiększenia wydajności tych urządzeń poprzez włączenie funkcjonalnej stymulacji elektrycznej (FES) w celu zasilania ruchu i ułatwienia wymachiwania kończyną do przodu; Wysiłki te nie wykroczyły jednak poza koncepcje i prototypy^8-12. W latach siedemdziesiątych XX wieku silniki zostały połączone z ortezą, aby napędzać ruch stawów biodrowych i kolanowych i udało się umożliwić osobie z SCI podjęcie kroków¹³. Jednak nieodpowiednia bateria i technologia komputerowa w tamtych czasach ograniczały zasięg urządzenia, a dalszy rozwój został zarzucony^10,13.

Dzięki najnowszym postępom technologicznym opracowano kilka aktywnych egzoszkieletów, które umożliwiają osobom z różnymi patologiami poruszanie się po ziemi. Te zasilane egzoszkielety były badane u osób z udarem^14,15, osób z całkowitym i niepełnym SCI^16-24 oraz innych osób z niepełnosprawnościami powodującymi ograniczoną kontrolę nad kończynami dolnymi^25-27. Chociaż urządzenia różnią się między sobą, każde z nich wymaga przeszkolenia i praktyki przez użytkownika w celu zapewnienia bezpiecznego działania. Trzy z wymienionych urządzeń wymagają użycia kul do poruszania się i utrzymania równowagi. Czwarty zachowuje równowagę i stabilność dzięki dużej płycie podstawy i masie, która powiększa podstawę podparcia i obniża środek ciężkości²⁰. Trzy urządzenia, które wymagają kuli, wykorzystują te same zasady, mimo że istnieją pewne różnice w mechanice i metodach kontrolowania pożądanych działań ze względu na różnice w konstrukcji urządzeń.

Program treningowy został opracowany w James J. Peters VA Medical Center (JJPVAMC), Bronx, NY przez grupę badaczy składającą się z inżyniera biomedycznego, fizjologa, fizjoterapeuty, fizjologa ćwiczeń, neurologa i fizjoterapeutów. Program treningowy został opracowany z jednym konkretnym zasilanym egzoszkieletem opisanym wcześniej ^17,18, ale zawiera zestawy umiejętności, które mają zastosowanie do innych zasilanych egzoszkieletów, które wymagają zestawu kul w celu utrzymania równowagi. Wszyscy potencjalni uczestnicy zostali przebadani przed udziałem w progresywnym programie szkoleniowym. Znaczenie badań przesiewowych u osób z SCI ma na celu zapewnienie braku przeciwwskazanych powikłań medycznych, które mogą utrudniać bezpieczne stosowanie tych urządzeń. Jednym z obszarów budzących niepokój jest niska gęstość mineralna kości (BMD). Osoby z SCI doświadczają dramatycznej utraty masy kostnej bezpośrednio po urazie^28,29, która może trwać przez całe życie³⁰. Ta utrata BMD powoduje wysokie ryzyko złamań kości długich. Obecnie nie ma skutecznego leczenia mającego na celu złagodzenie utraty masy kostnej u osób z całkowitym narzeniem rdzenia kręgowego układu krążenia. Ponadto nie istnieje ustalony próg złamania dla osoby z SCI, ale podjęto wysiłki w celu zidentyfikowania kryteriów, które mogą być wykorzystane jako przewodnik^31-33 wraz z oceną kliniczną i historią złamań. Inne powszechne przeciwwskazania mogą być leczone i ustępować, takie jak ograniczony zakres ruchu (ROM)³⁴ i^odleżyny35. Każdy z różnych zasilanych egzoszkieletów może wymagać różnych warunków kwalifikowalności, takich jak kryteria ROM, aby być kandydatem do korzystania z urządzenia, z których większość została opisana^{17-19,21,22,36}.

Gdy osoba pomyślnie przejdzie wszystkie kryteria przesiewowe, można dopasować urządzenie do użytkownika i można kontynuować szkolenie. Prawidłowe dopasowanie urządzenia jest ważne, aby uniknąć niewłaściwego kontaktu kończyn dolnych z egzoszkieletem, ponieważ złe dopasowanie może prowadzić do siniaków i/lub otarć skóry¹⁶. Użytkownicy mogą mieć ograniczone czucie kończyn dolnych i propriocepcję lub nie mieć go wcale; Ten brak sensorycznej i dotykowej informacji zwrotnej ze stóp może przyczynić się do ogólnego braku świadomości ich środka równowagi, spowalniając zdolność użytkownika do opanowania urządzenia. Ten brak świadomości środka równowagi może również prowadzić do wyzwań związanych z odpowiednim przenoszeniem ciężaru ciała, takich jak trudności w ocenie zakresu przesunięcia do przodu i na boki niezbędnego podczas cyklu chodu oraz niewłaściwie czasowe przenoszenie ciężaru ciała, co skutkuje nadmiernym obciążeniem ramion i kul w celu utrzymania równowagi. Po opanowaniu podstawowych mechanizmów równowagi w pozycji stojącej i przenoszenia ciężaru ciała, użytkownik uczy się chodzić w urządzeniu. Potrzeba wielu sesji, aby poprawić chodzenie i inne umiejętności poruszania się. Początkowo do treningu wykorzystywane są powierzchnie, które są płaskie i gładkie w centrum medycznym. Jednak wraz z podniesionym poziomem umiejętności użytkownik staje przed coraz trudniejszymi zadaniami, wprowadzając różne powierzchnie do chodzenia, takie jak dywan, asfalt,, trawa i niepoziome powierzchnie o różnym stopniu nachylenia.

Celem tego manuskryptu jest przedstawienie kryteriów selekcji, prawidłowego dopasowania i procedur treningowych dla korzystania z zasilanego egzoszkieletu do chodzenia po ziemi. Ten program został opracowany specjalnie dla jednego urządzenia, które jest opisywane przez inne^{osoby w wieku 16-18} lat, ale odnosi się do aspektów i wyzwań, które są wspólne dla trenerów personelu i osób z SCI, którzy uczestniczą w programach chodzenia wspomaganego przez egzoszkielet, które mogą korzystać z innego zasilanego egzoszkieletu. Niektóre aspekty tego protokołu są specyficzne dla urządzenia używanego w JJPVAMC. Dodatkowo, niektóre elementy programu treningowego zostały opracowane przez producenta, w tym orientacja elementów urządzenia, podstawowe wskazówki dotyczące prawidłowego dopasowania oraz podstawowe instrukcje dotyczące umiejętności stania i siedzenia. Naukowcy z JJPVAMC opracowali wszystkie czynności treningowe wykonywane po wstaniu użytkownika. Obejmują one ulepszenie instrukcji treningu stania i siedzenia, umiejętności utrzymania równowagi na stojąco, umiejętności progresji chodu w pomieszczeniach, umiejętności chodzenia na świeżym powietrzu oraz inne zadania związane z mobilnością w zakresie docierania, zatrzymywania, skręcania i różnych rodzajów nawigacji po drzwiach/progach.

Uwaga: Protokół treningowy opisany w tym manuskrypcie został opracowany podczas projektu pilotażowego zatytułowanego: "The ReWalk Exoskeletal Walking System for Persons with Paraplegia" zarejestrowanego pod ClinicalTrials.gov identyfikatorem NCT01454570. Opracowanie programu szkoleniowego nie było jednak celem tego projektu pilotażowego; Program szkoleniowy ewoluował w trakcie prowadzenia tego badania. Protokół badania i formularz świadomej zgody zostały sprawdzone i zatwierdzone przez Instytucjonalną Komisję Rewizyjną (IRB) JJPVAMC. Całe badanie i procedury zostały wyjaśnione każdemu uczestnikowi badania. Potencjalny uczestnik miał możliwość zadawania pytań i był zachęcany do poświęcenia tyle czasu, ile potrzeba, zanim wyrazi zgodę.

1. Rekrutacja uczestników

1. Przeprowadź wstępną ocenę przesiewową z potencjalnymi uczestnikami.
   1. Krótko wyjaśnij szczegóły procesu szkoleniowego (czas trwania nauki, godziny w tygodniu, godziny dziennie). Proszę wyjaśnić znane ryzyko związane z uczestnictwem (otarcia skóry, potencjalne obrażenia w przypadku upadku oraz możliwość wystąpienia nieprzewidywalnych zdarzeń).
      Uwaga: W ramach tego protokołu sesje treningowe odbywały się 3 razy w tygodniu i trwały od 60 do 90 minut. Określona częstotliwość i/lub czas trwania sesji treningowych nie są wymagane, aby uczestnicy nauczyli się korzystać z zasilanego egzoszkieletu.
      1. Opisz potencjalnemu uczestnikowi ograniczenia medyczne, takie jak: niska gęstość mineralna kości w biodrze lub kolanie, niedawna historia złamań, niezdolność do stania, słaba siła kończyny górnej i słaba kontrola tułowia. Przegląd kryteriów włączenia i wykluczenia w celu kontynuowania procesu selekcji. Zachęć potencjalnego uczestnika do zadawania pytań. Zapewnij wystarczająco dużo czasu na odniesienie się do wszelkich wątpliwości i udzielenie odpowiedzi na pytania.
         Uwaga: Ograniczenia antropometryczne dla konkretnego egzoszkieletu z napędem elektrycznym użytego w niniejszym dokumencie zostały zastosowane do kryteriów włączenia dla: wzrostu <160 lub>190 cm i wagi <100 kg.
2. Jeśli wstępna ocena przesiewowa zakończy się pomyślnie, należy przedstawić szczegółowe wyjaśnienie badania i rozpocząć proces przesiewowy.
   1. Wykonaj skan absorpcjometrii promieniowania rentgenowskiego o podwójnej energii (DXA), aby ocenić obustronną gęstość mineralną kości w biodrze i kolanie.
      Uwaga: Placówka ograniczyła stosowanie egzoszkieletów do osób, u których T-Score na całej szyjce biodra i kości udowej jest większy niż -3,5, a BMD na bliższej części kości piszczelowej i dystalnej kości udowej jest większy niż 0,60 g/^cm2. Wartości te nie eliminują ryzyka złamania, ale zostały wybrane w celu zmniejszenia tego ryzyka. Zachęca się klinicystów do zapoznania się z odpowiednią literaturą i dostosowania wartości zgodnie z ich interpretacją informacji^31-33.
   2. Wykonaj badanie zgodnie z Międzynarodowymi Standardami Neurologicznej Klasyfikacji SCI (ISNSCI)³⁷ w celu oceny poziomu urazu, funkcji motorycznych i czucia.
      Uwaga: W tym badaniu pilotażowym uwzględniono uczestników z różnym stopniem urazu, którzy zostali przedstawieni w Tabeli 1. Osoby z paraplegią są dominującymi użytkownikami; Jednak osoby z urazami szyjki macicy, które mają wyniki motoryczne kończyn górnych 4 lub lepsze dla poszczególnych grup mięśniowych i są w stanie utrzymać równowagę o kulach, mogą być kandydatem do korzystania z tego egzoszkieletu, a także innych egzoszkieletów z napędem.
   3. Uzyskaj ogólny wywiad medyczny i ocenę fizyczną, która obejmuje również zakres ruchu ramion, bioder i kolan oraz kontrolę skóry obszarów kończyny dolnej i dolnej części pleców, które stykają się z zasilanym egzoszkieletem.
      Uwaga: Osoby z ograniczonym zakresem ruchu bioder i kolan wynoszącym 20° zgięcia lub więcej w obu stawach zostały wykluczone. Dodatkowo ramiona musiały mieć wystarczający zakres ruchu, aby osiągnąć prawidłowe ułożenie kuli do wykonywania manewrów z pozycji siedzącej do stojącej i stojącej do siedzącej. Uczestnicy muszą być również wolni od wszelkich odleżyn kończyn dolnych, w szczególności obszarów mających bezpośredni kontakt z egzoszkieletem. Kryteria te mogą się różnić w zależności od urządzenia, a lekarze powinni zwrócić się do producenta w celu uzyskania informacji o wymaganiach specyficznych dla tego zasilanego egzoszkieletu.

2. Dopasowanie

Uwaga: Procedury dopasowania zostały opracowane przez producenta urządzenia. Metodologia dopasowania osoby do urządzenia będzie się również różnić w zależności od różnych egzoszkieletów. Klinicyści powinni zapoznać się z procedurami stosowanymi przez danego producenta.

1. Ułóż uczestnika w pozycji leżącej. Za pomocą elastycznej taśmy mierniczej określ szerokość miednicy, długość górnej części nogi i długość dolnej nogi i zapisz w centymetrach.
   1. Zmierz długość górnej części nogi od najbardziej widocznego punktu krętarza większego biodra do linii stawu kolanowego. Zmierz drugą kończynę w ten sam sposób. Zapisuj wszelkie rozbieżności w długości kończyn. Dostosuj zasilany egzoszkielet od środka osi bioder do środka osi kolana zgodnie z odległością mierzoną na każdej z długości górnej części nogi uczestnika.
   2. Zmierz długość dolnej części nogi od linii stawu kolanowego do dolnej części stopy. Powtórz pomiar dla drugiej długości dolnej części nogi. Dostosuj długość od dołu podnóżka do środka osi kolana na zasilanym egzoszkielecie dla każdej kończyny dolnej zgodnie z odległościami mierzonymi od uczestnika.
   3. Dostosuj szerokość zasilanego egzoszkieletu za pomocą opasek miednicy o różnych rozmiarach. Wybierz opaskę biodrową, umieszczając uczestnika w pozycji siedzącej na krześle lub ławce z otwartymi plecami. Umieść opaskę miednicy najbliżej szerokości miednicy uczestniczki za osobą i powoli przesuwaj ją do przodu, aby przetestować ją pod kątem dopasowania. Pozostaw do 1 cm wolnej przestrzeni po obu stronach obręczy miednicznej.
      Uwaga: Inne zasilane egzoszkielety są regulowane w inny sposób i odpowiednią regulację należy uzyskać zgodnie ze specyfikacją producenta.
   4. Po wybraniu odpowiedniego rozmiaru opaski brzusznej przymocuj opaskę miedniczną do słupków klatki piersiowej w pozycji neutralnej lub wyśrodkowanej. Po ustawieniu zawodnika w pozycji stojącej, w razie potrzeby odpowiednio wyreguluj pozycję przód/tył, tak aby krętarz znajdował się w jednej linii z rotacją stawu biodrowego.
      Uwaga: Pas brzuszny można ustawić tak, aby mógł wypychać biodra do przodu lub do tyłu. Pozycja neutralna lub środkowa to ustawienie pasma miednicy w taki sposób, aby pozwalało na regulację równych ilości do przodu lub do tyłu.
2. Dopasuj i wyreguluj płytę stopy, wyjmując but uczestnika, wyjmując wkładkę z buta, a następnie umieść w bucie największą możliwą płytę podnóżka. Umieść wkładkę na górze podnóżka. Wyreguluj wspomaganie zgięcia grzbietowego podnóżka, dostrajając napięcie mechanizmu sprężynowego w kostce.
3. Po wykonaniu wszystkich pomiarów, system jest teraz gotowy do założenia przez uczestnika.

3. Zakładanie

Uwaga: Procedury zakładania zostały opracowane przez producenta urządzenia. Metodologia zakładania osoby na zasilany egzoszkielet może się różnić w zależności od różnych urządzeń, a klinicyści powinni zapoznać się z procedurami producenta.

1. Umieść egzoszkielet w pozycji siedzącej na krześle z rozpiętym paskiem.
   Uwaga: Idealne krzesło ma szerokie, wyściełane siedzisko i nie może mieć podłokietników ani kółek.
   1. Poinstruuj uczestnika, aby umieścił swój wózek inwalidzki obok siedzącego egzoszkieletu pod niewielkim kątem.
   2. Poproś uczestnika, aby przeniósł się do urządzenia, kładąc jedną rękę na urządzeniu, a drugą na wózku inwalidzkim. Upewnij się, że uczestnik wykonuje transfer do urządzenia jednym ciągłym ruchem. Jeśli uczestnik nie jest w stanie zakończyć transferu jednym ruchem, zachęć go do chwilowego odpoczynku na górnej części egzoszkieletu "uda" i wznowienia transferu drugim ruchem.
      Uwaga: W razie potrzeby może zostać udzielona pomoc przy transferze.
2. Po prawidłowym umieszczeniu uczestnika w urządzeniu, poinstruuj go, aby najpierw położył stopy w butach, a następnie kontynuował mocowanie pasów, zaczynając od najbardziej dystalnego punktu i przesuwając się proksymalnie w górę ciała, kończąc na pasach piersiowych.
   1. W razie potrzeby użyj funkcji sterowania ręcznego, aby lekko zgiąć biodro i wyprostować kolano, aby umożliwić łatwiejsze ułożenie stóp w butach.
   2. Ostrożnie wprowadź stopę do buta, zwracając szczególną uwagę, aby palce nie były podwinięte. Gdy stopa znajdzie się prawidłowo w bucie, użyj ręcznych elementów sterujących, aby przesunąć nogę i stopę z powrotem na podłogę, a następnie zapnij but. Wykonaj te same kroki, aby zapewnić prawidłowe umieszczenie drugiej stopy w bucie.
   3. Po zabezpieczeniu stóp w butach należy zabezpieczyć paski bezpośrednio pod kolanami, a następnie paski powyżej kolan i te na górnej części ud. Uważaj, aby nie zgniatać odzieży pod paskami, aby uniknąć niepożądanego tarcia i/lub punktów nacisku. Zabezpiecz dolny i górny pas piersiowy na końcu.
3. Gdy uczestnik zostanie przypięty do urządzenia, sprawdź go pod kątem nieodpowiedniego kontaktu, pogniecionej odzieży lub punktów nacisku.
   1. Po zidentyfikowaniu punktu nacisku zwolnij nacisk, regulując dopasowanie i dodając lub usuwając odpowiednio wyściółkę.
      Uwaga: Sprawdź dopasowanie w pozycji siedzącej, stojącej i po przejściu kilku kroków. Uczestnik może się nieznacznie przesuwać podczas stania i po chodzeniu, co może prowadzić do dodatkowych punktów kontaktowych, które można zidentyfikować podczas ponownego badania.

4. Stojąc

Uwaga: Procedura wstawania została opracowana przez producenta urządzenia i może się różnić między różnymi egzoszkieletami. Lekarze powinni zapoznać się z procedurami producenta.

1. Po dopasowaniu należy zapoznać uczestnika z ogólnymi funkcjami egzoszkieletu. Wyjaśnij, który kontroler jest specyficzny dla urządzenia. Poinformuj uczestnika, że oczekuje się od niego, że stanie się jak najbardziej niezależny dzięki egzoszkieletowi. Wyjaśnij, że niezależność zostanie osiągnięta poprzez naukę kontrolowania funkcji urządzenia oraz że istnieją krótko- i długoterminowe cele, aby stać się niezależnym.
   Uwaga: Początkowo trener obsługuje elementy sterujące, aby zainicjować pożądany ruch zasilanego egzoszkieletu, jednak ważne jest, aby użytkownik został wprowadzony w urządzenie i świadomy jego działania tak wcześnie, jak to możliwe podczas procesu trenowania. Gdy użytkownik poczuje się komfortowo w urządzeniu, przejmuje sterowanie i inicjuje własne ruchy.
2. Wyposaż uczestnika w zestaw kul na przedramieniu, które pomogą w utrzymaniu równowagi i zwrotności urządzenia. Siedząc w egzoszkielecie, poinstruuj uczestnika, aby umieścił końcówki kul z tyłu w sposób umożliwiający mu przepchnięcie ciężaru ciała na stopy. Dzięki temu egzoszkielet może wyprostować stawy biodrowe i kolanowe, wykonując większość pracy podczas manewru stojącego.
   Uwaga: Kule są potrzebne do wszystkich manewrów w urządzeniu, w tym stania, chodzenia, obracania się i siedzenia. Uczestnicy nie mogą korzystać z egzoszkieletu bez kul. Niektóre zasilane egzoszkielety mogą pozwalać na użycie chodzika lub laski w celu utrzymania równowagi.
3. Wyjaśnij uczestnikowi procedurę od pozycji siedzącej do stojącej. Niech jeden trener będzie pomagał od tyłu użytkownika, a drugi od przodu. Poinstruuj uczestnika, aby stanął o własnych siłach i korzystał z pomocy trenera tylko wtedy, gdy jest to konieczne.
   1. Poinstruuj uczestnika, aby umieścił kule z tyłu i pochylił się do przodu, jednocześnie odpychając kule, aby pomóc urządzeniu w ich postawieniu po naciśnięciu polecenia "Stój".
      Uwaga: Na początku zachęć użytkownika do skoncentrowania się na prawidłowym ułożeniu kuli, podczas gdy trener używa kontrolera do zainicjowania zasilanego egzoszkieletu do wstania.

5. Równowaga stojąca

Uwaga: Procedury balansowania na stojąco zostały opracowane przez naukowców z JJPVAMC. Mogą istnieć pewne procedury, które są specyficzne dla używanego urządzenia, ale większość procedur powinna przełożyć się na inne zasilane egzoszkielety.

1. Po staniu z trenerem pilnującym od tyłu, poproś drugiego trenera, aby stanął przed użytkownikiem i zademonstrował cele równowagi na stojąco.
   Uwaga: Mierz ciśnienie krwi po staniu i okresowo podczas sesji treningowej, aby określić, czy użytkownik doświadcza niedociśnienia ortostatycznego lub epizodu dysrefleksji autonomicznej.
2. Przed próbą chodzenia upewnij się, że uczestnik wykazuje następujące umiejętności:
   1. Poproś uczestnika, aby wykazał się umiejętnością stania w pozycji "domowej" przy użyciu obu kul w celu utrzymania równowagi (Rysunek 1).
      Uwaga: Umieść lustro przed uczestnikiem, aby zapewnić wizualną informację zwrotną i pomóc skorygować niewłaściwe pochylenie, a także utrzymać równowagę w pozycji "domowej".
   2. Poproś uczestnika, aby przećwiczył lekkie przenoszenie ciężaru ciała na boki i do tyłu, aby zrozumieć lokalizację i odczucie pozycji domowej.
   3. Poinstruuj uczestnika, aby utrzymywał równowagę, poruszając się tylko o jednej kuli (Rysunek 2). Poinstruuj uczestnika, aby przećwiczył tę czynność, podnosząc jedną kulę z ziemi i utrzymując tę postawę przez maksymalnie 1 minutę. Poinstruuj uczestnika, aby przećwiczył dodatkowe ćwiczenie równowagi jedną ręką.
      Uwaga: Ten manewr jest podobny do poprzedniego, ale z dodatkową złożonością polegającą na balansowaniu jedną ręką, podczas gdy przeciwna ręka sięga do nadgarstka ramienia balansującego, symulując wybór działań na kontrolerze.
      1. Powtórz te ćwiczenia, aby upewnić się, że uczestnik jest w stanie wykonać te manewry przy użyciu dowolnej ręki, aby utrzymać równowagę.
   4. Po przećwiczeniu umiejętności utrzymywania równowagi o kulach w pozycji stojącej, naucz uczestnika przesuwania ciężaru ciała na boki, pozwalając jednej stopie na odciążenie, mając na celu całkowite oderwanie stopy od ziemi na 5 sekund. Poinstruuj użytkownika, aby powtórzył to ćwiczenie, próbując odciążyć drugą nogą.
   5. Poproś uczestnika, aby przesunął ciężar ciała w kierunku przednim i tylnym, prawidłowo ustawiając kule z przodu i z tyłu, aby utrzymać równowagę.
   6. Powtórz ćwiczenia 5.2.2 - 5.2.5 od pięciu do dziesięciu razy podczas pierwszej sesji. Kontynuuj ćwiczenie tych ćwiczeń podczas kolejnych sesji, aż użytkownik poczuje się z nimi komfortowo.

6. Chodzenie

Uwaga: Procedury chodzenia są mieszanką procedury opracowanej przez personel JJPVAMC i produkcji urządzenia. Mechanizm chodzenia wbudowany w zasilany egzoszkielet oraz wzór podwójnej kuli zastosowany w urządzeniu został opracowany przez producenta; jednak podejście polegające na nauczeniu uczestnika, jak prawidłowo wykonywać chód, mechanizm udzielania pomocy oraz miara wyniku używana do rejestrowania poziomu pomocy, było wysiłkiem naukowców z JPVAMC. Chociaż niektóre procedury są specyficzne dla używanego zasilanego egzoszkieletu, większość procedur można przełożyć na inne zasilane egzoszkielety, które używają kul do utrzymania równowagi.

1. Poinstruuj uczestnika o mechanizmie chodzenia z zasilanym egzoszkieletem. Zastosowany egzoszkielet z napędem elektrycznym wymaga od uczestnika przeniesienia ciężaru ciała na lewą stopę, jednocześnie odciążając prawą stopę. Za pomocą kontrolera trener wybiera tryb "Walk" i prosi uczestnika o lekkie przesunięcie do przodu (do wcześniej ustalonego celu); Spowoduje to zainicjowanie wymachu prawej nogi do przodu.
   1. Poinstruuj użytkownika, aby po wykonaniu zamachu przez prawą nogę poruszał się o kulach do przodu, jednocześnie przenosząc ciężar ciała do przodu i w prawo, aby utrzymać równowagę podczas wchodzenia na prawą stopę i zdejmowania ciężaru lewej stopy. Wyjaśnij, że urządzenie, wyczuwając ruch uczestnika, zainicjuje wymachiwanie lewej nogi do przodu.
   2. Wykonuj ciągły chód, powtarzając ruch kuli do przodu i sekwencję przenoszenia ciężaru ciała dla każdej nogi po kolei.
2. Zachęcaj trenerów do udzielania pomocy w razie potrzeby, jednak rób to w minimalnym stopniu.
   Uwaga: Poziom pomocy, określony za pomocą miary niezależności funkcjonalnej (FIM)³⁸, jest oceniany przez instruktora i rejestrowany.
   1. Zauważ użytkownika, chwytając zasilany egzoszkielet lub uczestnika, aby w razie potrzeby udzielić wsparcia. Popraw użytkownika, ponieważ wykonuje on prawidłowe przenoszenie ciężaru ciała podczas chodzenia.
   2. W razie potrzeby poproś drugiego trenera o pomoc i taktyczną informację zwrotną w obszarze ciała, w którym użytkownik ma nienaruszone czucie (np. ramiona).
      Uwaga: Trenerzy są odradzani do udzielania pomocy za pośrednictwem zasilanego egzoszkieletu lub poniżej poziomu urazu, ponieważ użytkownik zazwyczaj nie jest w stanie poczuć pomocy, co może prowadzić do trudności w nauce dostosowywania górnej części ciała do prawidłowego poruszania się w urządzeniu.
3. Wyjaśnij użytkownikowi mechanizm, dzięki któremu zasilany egzoszkielet przestaje chodzić. Specjalnie zastosowany zasilany egzoszkielet jest uruchamiany, aby się zatrzymał, gdy nie wyczuwa już żadnego ruchu do przodu na przeciwległą kończynę lub jeśli użytkownik nie zapewnia odpowiedniego przeniesienia ciężaru, umożliwiając nodze wahadłowej kontakt z podłogą.
   Uwaga: Zatrzymywanie się do woli lub w określonym miejscu jest ćwiczone i jest jedną z umiejętności zawartych w programie treningowym.

7. Progresywne cele treningu mobilności

Uwaga: Cele szkolenia mobilności zostały opracowane w JJPVAMC i włączone do kryteriów oceny biegłości w korzystaniu z zasilanego egzoszkieletu w środowisku domowym przez producenta.

1. Wyjaśnij i opisz listę umiejętności w zakresie mobilności, które należy ćwiczyć w ramach szkolenia (rys. 3).
   1. Poinstruuj uczestnika, aby korzystał z kontrolera zasilanego egzoszkieletu i stał się jak najbardziej niezależny za pomocą zasilanego egzoszkieletu.
      Uwaga: Zasilany egzoszkielet użyty w tym badaniu miał elementy sterujące zintegrowane z kontrolerem noszonym na nadgarstku.
   2. Naucz uczestnika wykonywać skręty o 90 i 180 stopni podczas chodzenia w systemie.
   3. Poinstruuj uczestnika, aby nawigował i odpoczywał na ścianie, zatrzymując się przy ścianie i obracając się tak, aby mógł się o nią oprzeć plecami.
      Uwaga: Dzięki temu osoba może odpocząć bez konieczności polegania na kulach w celu utrzymania równowagi.
   4. Uwzględnij różne powierzchnie do chodzenia podczas sesji treningowych, aby uczestnik ćwiczył chodzenie po dodatkowych powierzchniach, takich jak dywan (Rysunek 4),, asfalt i trawa (Rysunek 5).
   5. Poproś uczestnika, aby chodził po powierzchniach o różnym nachyleniu, takich jak rampa w górę, w dół rampy, wycięcie w krawężniku i nierówne powierzchnie (Rysunek 6). Następnie poproś uczestnika, aby chodził w hałaśliwym otoczeniu, takim jak korytarz z innymi przechodniami.
      Uwaga: Chodzenie w hałaśliwym otoczeniu może być wyzwaniem dla niektórych osób, ponieważ nie są one w stanie usłyszeć dźwięku silników, który zapewnia sygnał dźwiękowy dla odpowiedniego czasu do zmiany wagi.
   6. Niech uczestnik zatrzyma się na komendę lub na życzenie.
   7. Ćwicz nawigację po progach drzwi, otwieranie i zamykanie drzwi wahadłowych, otwieranie i zamykanie drzwi z różnych stron oraz przechodzenie przez drzwi automatyczne i/lub obrotowe (rysunki 7 i 8).
      Uwaga: Zdolność do wykonywania tych dodatkowych umiejętności w zakresie mobilności jest oceniana jako "zdolna" lub "niezdolna" do wykonania manewru.
   8. Włącz dodatkowe czynności, takie jak sięganie nad głowę do szafki (Rysunek 9) lub na zewnątrz, siedzenie i wstawanie z ławki w parku (Rysunek 10).

8. Oceny chodzenia

Uwaga: Używane oceny chodu są standardowymi testami klinicznymi, które zostały ustalone przez innych.

1. Wykonaj 6-minutowy test marszu (6MWT).
   1. Poproś uczestnika, aby zainicjował chodzenie i poinstruował go, aby kontynuował chodzenie.
   2. Po 6 minutach poproś uczestnika, aby przestał.
      Uwaga: 6MWT^39,40 to dystans, na który uczestnik jest w stanie przejść z zasilanym egzoszkieletem w ciągu 6 minut. Jeśli uczestnik przypadkowo uruchomi urządzenie, aby przestało chodzić podczas 6MWT, zegar będzie nadal rejestrował czas, a uczestnik jest zachęcany do odzyskania równowagi, opanowania i ponownego uruchomienia urządzenia, aby kontynuować chodzenie tak szybko, jak to możliwe.
2. Wykonaj ten test z trenażerem dedykowanym do wykrywania i dodatkowym trenażerem używającym koła pomiarowego do wyznaczenia odległości i stopera do pomiaru czasu, który upłynął.
3. Wyraź 6MWT w metrach przebytych w 6 minut i oblicz średnią prędkość chodzenia (całkowita liczba metrów przebytych w ciągu 6 minut/360 sekund) i wyraź ją jako m/sek.
   Uwaga: 6MWT to całkowity dystans przebyty w ciągu 6-minutowego okresu czasowego i jest uzyskiwany w trakcie trwania programu szkoleniowego. 6MWT jest podstawową oceną używaną do określenia postępu umiejętności chodzenia w egzoszkielecie. Wykonaj test 6MWT, gdy tylko uczestnik zrozumie mechanizm chodzenia z zasilanym egzoszkieletem i będzie w stanie wykonać wiele kroków.
4. Użyj funkcji okrążenia stopera podczas 6MWT po pokonaniu dystansu 10 m, aby zarejestrować czas 10 m. Zidentyfikuj i zarejestruj najlepszy czas 10 m osiągnięty podczas 6MWT.
   Uwaga: Test chodu na 10 metrów (10MWT)⁴⁰ to najlepszy czas wysiłku (sekundy), jaki zajmuje uczestnikowi przejście dystansu 10 m, i jest rejestrowany, gdy osoba wykonuje 6MWT.
5. Użyj testu timed-up-and-go (TUG)^40,41 jako wskaźnika tego, ile funkcji stania, chodzenia, obracania i siedzenia ma dana osoba.
   1. Wykonaj test TUG, mierząc czas potrzebny uczestnikowi na wstanie z pozycji siedzącej, przejście 10 stóp, odwrócenie się, powrót i ponowne siedzenie. Rozpocznij odliczanie czasu, gdy osoba zainicjuje urządzenie, aby wstać, i zatrzymaj czas, gdy osoba bezpiecznie usiądzie na siedzeniu.
      Uwaga: Wyniki tego pomiaru nie są reprezentatywne dla tradycyjnych czasów holowania, ponieważ obejmują czas przeznaczony na prawidłowe ustawienie kuli po tym, jak selektor trybu wskazuje, że pożądana jest pozycja stojąca. Pomiar TUG reprezentuje zdolność danej osoby do korzystania z układu egzoszkieletowego, ponieważ obejmuje wiele aspektów mobilności w urządzeniu.

9. Siedzenie

Uwaga: Procedury siadania zostały opracowane przez producenta urządzenia i mogą się różnić w zależności od różnych egzoszkieletów. Lekarze powinni zapoznać się z procedurami producenta.

1. Umieść krzesło za użytkownikiem, gdy jest gotowy do siedzenia. Korzystając z kontrolera egzoszkieletu, przełącz egzoszkielet w tryb siedzenia.
   Uwaga: Początkowo trener obsługuje kontroler podczas ruchu siedzącego zasilanego egzoszkieletu, jednak podobnie jak w przypadku stania, ważne jest, aby użytkownik został wprowadzony do kontrolera i poinformowany o jego funkcjach tak wcześnie, jak to możliwe podczas programu treningowego. Gdy użytkownik poczuje się komfortowo w urządzeniu, proszony jest o obsługę sterownika i zainicjowanie ruchów.
2. Po aktywacji/naciśnięciu komendy siad następuje 5-sekundowe opóźnienie. W tym czasie poproś uczestnika, aby umieścił kule z tyłu, aby utrzymać środek równowagi nad krzesłem. Poproś uczestnika, aby przećwiczył zadanie polegające na umieszczeniu kuli, jeśli jest to pierwszy raz podczas wykonywania funkcji siedzącej. Po upływie 5-sekundowego opóźnienia egzoszkielet opuszcza użytkownika w dół, aż usiądzie na krześle.
3. Podczas procesu siedzenia użytkownik zacznie pochylać się do przodu w biodrze, aby utrzymać równowagę nad stopami. Poproś trenerów, aby w razie potrzeby pomogli uczestnikowi.
   Uwaga: Na początku ćwicz siedzenie z dwoma trenerami, jednym obserwującym od tyłu, a drugim z przodu. Gdy użytkownik nabiera wprawy w manewrze i jest w stanie wykonać manewr z pewnością siebie i niezależnością, potrzebny jest tylko jeden trener.

10. Zdejmowanie

Uwaga: Procedury zdejmowania zostały opracowane przez producenta urządzenia. Metodologia zdejmowania zasilanego egzoszkieletu może się różnić w zależności od urządzenia. Lekarze powinni zapoznać się z procedurami producenta.

1. Po zajęciu miejsca należy zdjąć urządzenie w podobny, ale odwrotny sposób, jak omówiono wcześniej w sekcji trzeciej w celu założenia urządzenia.
   1. Zwolnij paski, zaczynając od klatki piersiowej i biodra, a następnie przejdź do stóp. Zdejmij stopy uczestnika z urządzenia. Zachęć uczestnika do podjęcia samodzielnej próby przeniesienia się na wózek inwalidzki, ale w razie potrzeby udziel mu pomocy.
2. Po powrocie do wózka inwalidzkiego sprawdź stopy, kończyny dolne i dolną część pleców uczestnika pod kątem siniaków lub otarć.
3. Naucz uczestnika, aby rutynowo sprawdzał kończyny dolne pod kątem oznak punktów nacisku po zakończeniu sesji chodzenia.

Następujące pomiary są uzyskiwane podczas szkolenia. Umiejętności utrzymania równowagi o kulach oburęcznych i jednoręcznych są oceniane przez 1 minutę jako "zdolne" lub "niezdolne" do utrzymania równowagi (ryc. 2). Oceny czasu i dystansu podczas chodzenia są uzyskiwane podczas sesji treningowych przy użyciu 6MWT, 10MWT i TUG. Chodzenie ze wspomaganiem egzoszkieletu na często spotykanych powierzchniach jest testowane w pomieszczeniach (ryc. 3 i 4) oraz na zewnątrz (ryc. 5-6). Inne umiejętności w zakresie mobilności, takie jak poruszanie się po drzwiach (rys. 7 i 8), sięganie ponad głowę do szafki (rys. 9) i siedzenie na ławce w parku (rys. 10), są oceniane jako "zdolne" do działania lub "niezdolne" do działania.

Przedstawiono średnie prędkości chodzenia podczas 10MWT w 10 interwałach sesyjnych dla pierwszych 60 sesji (Rysunek 11). Ten wykres pokazuje, że uczestnicy mają różną początkową zdolność do korzystania z zasilanego egzoszkieletu i różne wskaźniki poprawy wśród użytkowników. Średnie ± odchylenie standardowe nachylenia linii najlepszego dopasowania wynosi od 0,0048 ± 0,004 m/s, a wartości wahają się od 0,00026 do 0,015 m/s. Oznacza to, że chociaż każdy uczestnik poprawiał się w różnym tempie, szedł średnio o 0,0048 m/s szybciej podczas każdej sesji. Średnie ± odchylenie standardowe punktu przecięcia najlepiej dopasowanego wynosi od 0,16 ± 1,8 m/s, a wartości mieściły się w zakresie od -0,026 do 0,50 m/s. Oznacza to, że średnio uczestnicy mają średnią prędkość początkową 0,16 m/s; Niektórzy uczestnicy nie mają prawie żadnej zdolności do poruszania się, a inni mają bardzo dobre zdolności we wczesnych etapach treningu.

Pomoc trenera wpływa na wydajność; ci, którzy potrzebują większego poziomu pomocy, chodzą wolniej niż ci, którzy są bardziej biegli i niezależni w korzystaniu z systemu18. Trzy pomiary testu chodu, choć podobne, dostarczają różnych informacji o biegłości. 10MWT zapewnia wskazanie najlepszego wysiłku w stosunku do prędkości (m/s), jaki użytkownik jest w stanie wykonać w urządzeniu. Odległość 6MWT, po przeliczeniu na prędkość w m/s, zapewnia średnią prędkość chodzenia i jest wskaźnikiem spójności chodzenia w egzoszkielecie. Ponieważ licznik czasu jest kontynuowany, gdy użytkownik przypadkowo przestanie chodzić, prędkość z 6MWT, która jest bliższa najlepszemu wysiłkowi 10MWT, wskazuje, że dana osoba miała stały chód i mniej zatrzymań. TUG wymaga wielu umiejętności, które należy wykonywać w następujących po sobie kombinacjach. TUG jest miarą ogólnej zdolności danej osoby do wstawania, chodzenia, obracania się, zatrzymywania i siadania w zasilanym egzoszkielecie. Przegląd pomiarów 6MWT, 10MWT i TUG został opisany wcześniej przez Yang18 i jest przedstawiony w Tabeli 1 wraz z informacjami demograficznymi pacjentów uczestników.

Rysunek 1. Dwuręczna równowaga o kulach. Figura ta przedstawia osobę stojącą nieruchomo i balansującą obiema kulami. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 2. Równowaga o kuli jedną ręką. Rysunek ten przedstawia osobę stojącą nieruchomo i balansującą tylko o 1 kuli. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 3. Chodzenie w pomieszczeniu po gładkiej powierzchni. Ten rysunek przedstawia osobę chodzącą w pomieszczeniu po płaskiej powierzchni. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 4. Chodzenie po dywanie. Ten rysunek przedstawia osobę chodzącą w pomieszczeniu po powierzchni wyłożonej dywanem. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 5. Chodzenie na świeżym powietrzu po trawie. Ten rysunek przedstawia osobę spacerującą na zewnątrz po trawie. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 6. Chodzenie po zboczach. Ten rysunek przedstawia osobę idącą na zewnątrz po wycięciu w krawężniku. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 7. Poruszanie się windą. Ten rysunek przedstawia osobę wychodzącą z ustawienia drzwi z synchronizacją czasową, takich jak drzwi windy. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 8. Wychodzenie z drzwi obrotowych. Rysunek ten przedstawia osobę wychodzącą z drzwi obrotowych. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 9. Sięgająca szafka górna i blat. Ten rysunek przedstawia osobę wyjmującą przedmioty z szafki nad głową. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 10. Siedzenie na zewnątrz na ławce w parku. Rysunek ten przedstawia osobę siedzącą na zewnątrz na ławce w parku. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Rysunek 11. Uśrednione dziesięciosesyjne prędkości 10MWT. Dane pokazują prędkości 10MWT dla pierwszych 60 sesji treningowych uśrednione przez dziesięć interwałów treningowych. Oś x opisuje sesje, a oś y opisuje średnią prędkość (m/s) obliczoną na podstawie wyniku 10MWT uzyskanego podczas sesji treningowej uczestników. Liniowa linia najlepszego dopasowania została nałożona na wyniki każdego uczestnika. Kliknij tutaj, aby zobaczyć większą wersję tego rysunku.

Tabela 1. Charakterystyka uczestników i wyniki testów chodu. SID=numer identyfikacyjny podmiotu; y=lata; cm=centymetry; kg = kilogramy; DOI = czas trwania urazu; LOI = poziom urazu; AIS = Skala Upośledzenia Amerykańskiego Towarzystwa Urazów Kręgosłupa; LOA = poziom pomocy; s=sekundy; m = metry; NP = Nie-Wykonane i NT = nieurazowe SCI. LOA zostało zaadaptowane z FIM jako jedno z poniższych: umiarkowana pomoc (Mod) - uczestnik wykonuje od 50% do 74% zadania; minimalna pomoc (Min) - użytkownik wykonuje 75% lub więcej zadania; nadzór (S) - trener nie dotyka uczestnika, ale jest na tyle blisko, że może sięgnąć do środka, aby w razie potrzeby zapewnić wsparcie dla równowagi lub wskazówki; oraz zmodyfikowana samodzielność (MI) – trener nie udziela żadnej pomocy, a uczestnik jest w pełni samodzielny podczas chodzenia w urządzeniu. Przedruk za zgodą, od Yang A, Asselin P, Knezevic S, Kornfeld S, Spungen A. Ocena prędkości chodzenia w szpitalu i poziomu pomocy w zasilanym egzoszkielecie u osób z uszkodzeniem rdzenia kręgowego. Górny rdzeń kręgowy Inj Rehabil. 2015; 21(2):100-109. Prawa autorskie (c) 2015 Thomas Land Publishers, Inc.

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.