Szkolenie osób z urazem rdzenia kręgowego w poruszaniu się przy użyciu zasilanego egzoszkieletu
16 czerwca 2016
Szkolenie osoby z paraliżem w poruszaniu się za pomocą zasilanego egzoszkieletu może stanowić wyzwanie. Celem jest przedstawienie kryteriów wyboru kandydatów i procedur szkoleniowych w zakresie chodzenia wspomaganego egzoszkieletem i innych umiejętności ruchowych, które można rozwijać wraz z poprawą poziomu umiejętności uczestnika.
Ogólnym celem tego programu szkoleniowego jest dostarczenie pewnych wskazówek i standaryzacja programu treningowego, aby nauczyć osoby z uszkodzeniem rdzenia kręgowego, jak poruszać się przy użyciu zasilanego egzoszkieletu. Ta metoda może pomóc odpowiedzieć na kluczowe pytania w dziedzinie zasilanych egzoszkieletów, takie jak postęp w treningu i rodzaje działań mających na celu rozwinięcie umiejętności niezbędnych do samodzielnego korzystania z tych urządzeń. Główną zaletą tej techniki jest to, że zapewnia ona konkretne wytyczne i ustrukturyzowane działania w celu szkolenia osób z niewielkimi lub żadnymi ruchami wolicjonalnymi w kończynach dolnych do poruszania się przy użyciu zasilanego egzoszkieletu, który jest nową technologią.
Implikacje tej techniki mogą rozciągać się na terapię udaru mózgu, ponieważ plastyczność neuronalna potencjalnie umożliwia nowym obszarom mózgu tworzenie nowych połączeń nerwowych w celu wykonywania zadań funkcjonalnych. Ogólnie rzecz biorąc, osoby, które dopiero zaczynają korzystać z tej metody, będą miały trudności, ponieważ nie są przyzwyczajone do prawidłowego przenoszenia ciężaru ciała, aby umożliwić urządzeniu chodzenie, nie mówiąc już o stanie w pozycji pionowej. Zacznij od ułożenia uczestnika w pozycji leżącej.
Użyj elastycznej taśmy mierniczej, aby określić szerokość miednicy, długość górnej części nogi, a także długość dolnej nogi i nagraj w centymetrach. Zmierz długość górnej części nogi od najbardziej wydatnego punktu krętarza większego linii stawu biodrowego do stawu kolanowego. Zmierz drugie utykanie w ten sam sposób i zapisz wszelkie rozbieżności w długości kończyny.
Dostosuj zasilany egzoszkielet od środka osi bioder do środka osi kolana, zgodnie z odległością zmierzoną na każdej z długości górnej nogi uczestnika. Następnie zmierz długość dolnej części nogi od linii stawu kolanowego do dolnej części stopy. Powtórz ten pomiar dla drugiej długości dolnej części nogi.
Dostosuj długość od dołu płyty stopy do środka dostępu do kolana zasilanego egzoszkieletu dla każdej kończyny dolnej, zgodnie z odległością mierzoną od uczestnika w podobny sposób, jak to ma miejsce w przypadku górnej nogi. Umieść opaskę miednicy najbliżej szerokości miednicy uczestnika za osobą i powoli przesuwaj ją do przodu, aby sprawdzić dopasowanie. Następnie umieść egzoszkielet w pozycji siedzącej na krześle z otwartym oparciem.
Następnie poproś uczestnika, aby usiadł w urządzeniu i poinstruuj go, aby położył stopy w butach. Kontynuuj zabezpieczanie pasków, zaczynając od najbardziej dystalnego punktu i przesuwając się proksymalnie w górę ciała, kończąc na paskach na klatkę piersiową. Następnie wprowadź stopę całkowicie do buta, zwracając szczególną uwagę, aby palce nie były podwinięte.
Po zabezpieczeniu stóp w butach należy zabezpieczyć paski bezpośrednio pod kolanami. Następnie zabezpiecz paski nad kolanami i te na górnej części ud, uważając, aby nie zgnieść odzieży pod paskami, co może prowadzić do niepożądanego tarcia lub ucisku punktów kontaktu. Na koniec zabezpiecz pasek piersiowy.
Zacznij od wyposażenia 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, który da mu możliwość przepchnięcia ciężaru ciała na stopy. Następnie wyjaśnij uczestnikowi procedurę siadania i stania.
Niech jeden trener asystuje z tyłu, a drugi z przodu. Następnie poinstruuj uczestnika, aby stanął o własnych siłach i korzystał z pomocy trenera tylko wtedy, gdy jest to konieczne. Poinstruuj uczestnika, aby nacisnął polecenie stania, a następnie umieścił kule z tyłu i pochylił się do przodu, jednocześnie odpychając kule, aby pomóc urządzeniu w ustawieniu ich w pozycji pionowej.
Przy pierwszych okazjach stania oceń, czy opaska biodrowa wymaga regulacji z przodu i z tyłu. Ustaw się odpowiednio tak, aby krętarz znajdował się w jednej linii z rotacją stawu biodrowego. Upewnij się, że uczestnik jest w stanie utrzymać równowagę w pozycji stojącej, prosząc go, aby wykazał się zdolnością do stania w pozycji domowej, używając obu kul w celu utrzymania równowagi.
Następnie poproś uczestnika, aby przećwiczył lekkie przesuwanie ciężaru ciała na boki i do tyłu, aby zrozumieć lokalizację i odczucie pozycji domowej. Następnie poinstruuj uczestnika, aby utrzymywał równowagę tylko jedną kulą, podnosząc jedną kulę z ziemi i utrzymując tę postawę do jednej minuty. Dodaj trochę złożoności do tego ćwiczenia równowagi jedną ręką, balansując jedną ręką, podczas gdy ramię przeciwne sięga, aby dotknąć nadgarstka ramienia równoważącego.
Na koniec naucz uczestnika przesuwania ciężaru ciała na boki, pozwalając jednej stopie na odciążenie, w celu całkowitego oderwania stopy od ziemi na pięć sekund. Poinstruuj użytkownika, aby powtórzył to ćwiczenie drugą nogą. Zacznij od poinstruowania uczestnika o mechanizmie chodzenia z zasilanym egzoszkieletem.
Użyj kontrolera, aby wybrać tryb chodzenia i poproś uczestnika, aby przesunął się lekko do przodu w kierunku wcześniej określonego celu, aby zainicjować wymach prawej nogi do przodu. Następnie poinstruuj użytkownika, aby przesunął kule do przodu, jednocześnie przesuwając ciężar ciała do przodu w prawo, aby utrzymać równowagę podczas wchodzenia na prawą stopę i odciążania lewej stopy. Wyjaśnij uczestnikowi, że urządzenie wyczuje ruch uczestnika i zainicjuje wymachiwanie lewej nogi do przodu.
W razie potrzeby zauważ użytkownika, chwytając zasilany egzoszkielet lub udziel pomocy w obszarze ciała, w którym użytkownik ma nienaruszone czucie, takim jak obszar ramienia. Popraw uczestnika, gdy wykonuje prawidłowe przenoszenie ciężaru ciała podczas chodzenia. Następnie opisz uczestnikowi listę umiejętności mobilności, które będą ćwiczone w ramach szkolenia.
Podczas sesji treningowej włącz różne powierzchnie do chodzenia, takie jak dywan,, asfalt i trawa, aby uczestnik mógł ćwiczyć chodzenie po różnych powierzchniach za pomocą egzoszkieletu. Dodatkowo poproś uczestnika, aby chodził po powierzchniach o różnym nachyleniu, takich jak wchodzenie po rampie, zjeżdżanie po rampie, przechodzenie przez wycięcie w krawężniku oraz po nierównych powierzchniach. Następnie poproś uczestnika, aby chodził w hałaśliwym otoczeniu, takim jak korytarz z innymi pieszymi.
Ćwicz nawigację po progach drzwi, otwieranie i zamykanie drzwi oraz przechodzenie przez drzwi automatyczne. Włącz dodatkowe czynności, takie jak sięganie nad głowę do szafki lub siedzenie i wstawanie z ławki. Na koniec poproś uczestnika, aby przećwiczył zatrzymywanie się na komendę lub do woli.
Zacznij od umieszczenia krzesła za użytkownikiem, gdy będzie gotowy do siedzenia. Użyj kontrolera egzoszkieletu, aby aktywować tryb siedzenia, dla którego występuje pięciosekundowe opóźnienie. Podczas tego opóźnienia poproś uczestnika, aby umieścił kule z tyłu, aby utrzymać środek równowagi nad krzesłem.
Na koniec, podczas procesu siedzenia, poinstruuj użytkownika, aby schylił się do przodu w biodrze, aby utrzymać równowagę nad stopami, i poproś trenerów, aby pomogli uczestnikowi w razie potrzeby. W tym protokole pomiary uzyskano od pacjentów z urazem rdzenia kręgowego z nienaruszoną funkcją kończyny górnej podczas sesji treningowych w pomieszczeniach i na zewnątrz, a także podczas umiejętności poruszania się, takich jak poruszanie się po drzwiach obrotowych. W teście dziesięciometrowego chodu uczestnicy mają różną początkową zdolność do korzystania z zasilanego egzoszkieletu w różnych sesjach, a także różne wskaźniki poprawy.
Średnio uczestnicy chodzili o 0,0048 metra na sekundę szybciej podczas każdej sesji, przy średniej prędkości początkowej 0,16 metra na sekundę. Po opanowaniu typowa sesja treningowa trwa od jednej do półtorej godziny, ale będzie się różnić w zależności od tolerancji uczestnika z urazem rdzenia kręgowego. Próbując wykonać tę procedurę, należy pamiętać o tym, aby uzbroić się w cierpliwość w stosunku do osoby uczącej się, a w razie potrzeby przejść do innego ćwiczenia i wrócić do kłopotliwego zadania w innym dniu.
Po tej procedurze można wykonać inne metody, takie jak chodzenie po skomplikowanych powierzchniach, takich jak rampy wyłożone wykładziną, aby odpowiedzieć na dodatkowe pytania, takie jak to, czy dana osoba może mieć ograniczenia w korzystaniu z zasilanego egzoszkieletu.
Przegląd
Celem tego programu szkoleniowego jest standaryzacja procesu nauki chodzenia z wykorzystaniem egzoszkieletów napędzanych elektrycznie u osób z urazami rdzenia kręgowego. Zawiera on wytyczne dotyczące wyboru kandydatów oraz procedury szkoleniowe mające na celu poprawę sprawności ruchowej.
Kluczowe elementy badania
Dziedzina nauki
- Neuronauka
- Rehabilitacja
- Technologia wspomagająca
Wstęp
- Egzoszkielety wspomagane są rozwijającymi się technologiami zaprojektowanymi w celu pomocy osobom z zaburzeniami mobilności.
- Trening osób z urazami rdzenia kręgowego wiąże się z wyjątkowymi wyzwaniami, szczególnie w zakresie przeniesienia ciężaru ciała i równowagi.
- Plastyczność neuronalna może umożliwiać tworzenie nowych połączeń nerwowych, co potencjalnie wspomaga rekonwalescencję w terapii po udarach.
- Ustrukturyzowany trening może pomóc osobom z ograniczonym lub całkowitym brakiem ruchów dowolnych w efektywnym nauczeniu się obsługi tych urządzeń.
Cel badania
- Opracowanie wytycznych dotyczących szkolenia osób z urazami rdzenia kręgowego w zakresie korzystania z egzoszkieletów z napędem.
- Zidentyfikowanie kluczowych aktywności rozwijających umiejętności niezbędne do niezależnego chodzenia.
- Zbadanie wpływu tego szkolenia na szerszą praktykę rehabilitacyjną.
Zastosowane metody
- U uczestników przeprowadzono pomiary miednicy i kończyn w celu odpowiedniego dostosowania egzoszkieletu.
- Trening rozpoczyna się od podstawowych ćwiczeń równoważnych z wykorzystaniem kul łokciowych.
- Na różnych powierzchniach ćwiczone są progresywne techniki przenoszenia ciężaru ciała oraz umiejętności mobilności.
- Uczestnicy są instruowani w zakresie procedur wstawania z pozycji siedzącej oraz technik chodzenia.
Główne wyniki
- Uczestnicy uczą się skutecznie zachowywać równowagę i przenosić ciężar ciała podczas korzystania z egzoszkieletu.
- Ustrukturyzowany trening poprawia zdolność uczestników do samodzielnego poruszania się.
- Zróżnicowane powierzchnie treningowe zwiększają adaptacyjność i przyspieszają nabywanie umiejętności.
Wnioski
- Ustandaryzowane protokoły treningowe są niezbędne do efektywnego wykorzystania napędzanych egzoszkieletów.
- Trening może znacząco poprawić wyniki w zakresie mobilności u osób z urazami rdzenia kręgowego.
- Przyszłe badania mogą zgłębiać długoterminowe korzyści wynikające z tego treningu w kontekście regeneracji neurologicznej.
Najczęściej zadawane pytania
Znaczenie dla przemysłu
Niniejszy protokół szkoleniowy niweluje krytyczną lukę w wdrażaniu technologii wspomagających poprzez standaryzację procesu nabywania umiejętności mobilności przez osoby z uszkodzeniem rdzenia kręgowego z wykorzystaniem egzoszkieletów z napędem. Zapewnia on ustrukturyzowane ramy oceny gotowości urządzenia oraz kompetencji użytkownika, co jest niezbędne dla ograniczenia ryzyka inwestycyjnego w rozwijające się technologie neurorehabilitacyjne. Podejście to wspiera ciągłość translacyjną, od walidacji laboratoryjnej po rzeczywistą ambulację w warunkach domowych i społecznych.
Strategiczne zastosowania w badaniach i rozwoju biofarmaceutycznym
Wczesne odkrywanie i walidacja celu
- Wartość naukowa: Umożliwia badanie mechanizmów plastyczności neuronalnej oraz szlaków uczenia się motorycznego w neurorehabilitacji.
- Wartość operacyjna: Standaryzuje ocenę wskaźników powrotu do sprawności funkcjonalnej w przedklinicznych i klinicznych modelach uszkodzenia rdzenia kręgowego.
Przesiewanie i opracowywanie testów
- Wartość naukowa: Ustanawia ilościowe progi biomechaniczne (zakres ruchu w stawie, gęstość mineralna kości) służące do stratyfikacji pacjentów w badaniach nad interwencjami w zakresie mobilności.
- Wartość operacyjna: Dostarcza powtarzalnych kryteriów przesiewowych w celu zmniejszenia zmienności wyników treningu z egzoszkieletem w różnych ośrodkach badawczych.
Badania translacyjne i przedkliniczne
- Wartość naukowa: Wspiera modelowanie systemów istotnych dla chorób poprzez szkolenie osób z zachowaną funkcją kończyn górnych w celu oceny integracji neuroprotez kończyn dolnych.
- Wartość operacyjna: Ułatwia interdyscyplinarną współpracę między zespołami z zakresu neurologii, inżynierii rehabilitacyjnej i biomechaniki dzięki standaryzowanym punktom odniesienia dla umiejętności mobilności.
Integracja potoków i przepływów pracy
Opisana metoda pozycjonuje trening z wykorzystaniem napędzanego egzoszkieletu jako pomost między opracowaniem urządzeń wspomagających a oceną wyników funkcjonalnych w procesach neurorehabilitacyjnych.
- Biologia odkrywcza: Wspiera walidację celów poprzez pomiar zdolności do zmiany ciężaru ciała i utrzymania równowagi jako wskaźników zaangażowania obwodów neuronalnych.
- Przesiewanie: Zapewnia gotowość do analizy poprzez standaryzowane dopasowanie urządzenia i testowanie adaptacyjności do powierzchni (dywan, beton, trawa, rampy).
- Analityka: Generuje ilościowe wskaźniki mobilności (np. prędkość w teście 10-metrowego spaceru, tempo poprawy w ramach sesji) w celu porównania skuteczności interwencji.
- Badania translacyjne: Łączy odkrycia z ciągłością przedkliniczną poprzez ocenę transferu umiejętności ze środowiska klinicznego do domowego/społecznego za pomocą walidacji chodzików wspomagających.
- Ponowne wykorzystanie w przedsiębiorstwie: Tworzy powtarzalną możliwość oceny użyteczności egzoszkieletów w różnych populacjach i iteracjach urządzeń.
Wpływ operacyjny i korporacyjny
- Wartość naukowa: Zmniejsza niejednoznaczność mechanistyczną w odzyskiwaniu mobilności poprzez oddzielenie efektów treningowych od spontanicznej poprawy neurologicznej.
- Wartość operacyjna: Zwiększa powtarzalność dzięki ustandaryzowanemu screeningowi (zakres ruchu ROM w stawie biodrowym, kolanowym i skokowym, gęstość kości) oraz protokołom progresywnego nabywania umiejętności.
- Wartość strategiczna: Usprawnia podejmowanie decyzji o kontynuacji lub przerwaniu procesu (go/no-go) poprzez identyfikację użytkowników zdolnych do wykonywania zaawansowanych zadań (nawigacja w przejściach, poruszanie się po nierównych powierzchniach) przed zezwoleniem na użytkowanie domowe.
- Wpływ na portfolio: Umożliwia postęp dostosowany do poziomu ryzyka poprzez powiązanie kamieni milowych treningu (np. równowaga na jednej kulce, czas trwania przeniesienia ciężaru ciała) z gotowością do wdrożenia w warunkach rzeczywistych.
Uwagi dotyczące wdrożenia
- Wymagana jest wiedza specjalistyczna w zakresie rehabilitacji po urazach rdzenia kręgowego, biomechaniki oraz dopasowywania urządzeń wspomagających.
- Zależność od aparatury pomiarowej do pomiarów miednicy i kończyn, regulacji egzoszkieletu oraz różnorodności powierzchni do przemieszczania się.
- Niezbędna jest standaryzacja międzyzespołowa pomiędzy trenerami klinicznymi, inżynierami a monitorami bezpieczeństwa w celu zapewnienia spójności realizacji protokołu.
- Konieczność uwzględnienia adaptacji do różnych poziomów tolerancji oraz powikłań wtórnych (np. spastyczności, punktów ucisku) podczas przedłużonego treningu.
- Ograniczeniem jest zależność uczestnika od kul łokciowych w celu zachowania równowagi, co może utrudniać ocenę autonomicznego sterowania egzoszkieletem.
