RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
ru_RU
Menu
Menu
Menu
Menu
Research Article
Pierre K. Asselin1, Manuel Avedissian1, Steven Knezevic1, Stephen Kornfeld2, Ann M. Spungen1
1Department of Veterans Affairs (VA) Rehabilitation Research and Development National Center of Excellence for the Medical Consequences of Spinal Cord Injury,James J. Peters VA Medical Center, 2Department of Veterans Affairs (VA) Spinal Cord Injury Service,James J. Peters VA Medical Center
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Обучение человека с параличом передвижению с помощью экзоскелета с электроприводом может быть сопряжено с трудностями. Цель состоит в том, чтобы представить критерии отбора кандидатов и процедуры обучения экзоскелетной ходьбе и другим навыкам мобильности, которые могут развиваться по мере повышения уровня навыков участника.
Экзоскелеты с электроприводом стали доступны для передвижения по земле у людей с параличами из-за травмы спинного мозга (ТСМ), которые имеют неповрежденную функцию верхних конечностей и способны поддерживать вертикальное равновесие с помощью костылей. Чтобы передвигаться в экзоскелете, пользователь должен приобрести способность сохранять равновесие в положении стоя, сидя и соответствующим смещением веса при каждом шаге. Это может быть сложной задачей для людей с дефицитом чувствительности и проприоцепции в нижних конечностях. В данной рукописи описываются критерии отбора и учебная программа, разработанная в Медицинском центре имени Джеймса Дж. Перед началом тренировки потенциальные пользователи проверяются на предмет соответствующего диапазона движений тазобедренных, коленных и голеностопных суставов. Люди с ТСМ подвергаются повышенному риску развития переломов нижних конечностей, даже при минимальной нагрузке или травме, поэтому для снижения риска переломов проводится оценка минеральной плотности костной ткани. Также в рамках скрининга проводится физикальное обследование с целью выявления дополнительных противопоказаний, связанных со здоровьем.
Как только человек успешно прошел все требования отбора, он может начать программу обучения. Устройство правильно настроено в соответствии с потребностями пользователя. Перед тем, как научиться ходить, пользователь изучает и выполняет ряд задач на статическое и динамическое равновесие. Человека учат передвигаться в различных условиях, начиная от поверхностей в помещении и заканчивая неровными или изменяющимися поверхностями. После того, как пользователь достаточно квалифицирован, чтобы стать кандидатом на домашнее использование с экзоскелетом, он должен выбрать спутника-ходунка, который будет тренироваться вместе с ним. Вместе пара должна продемонстрировать способность выполнять различные сложные задачи, чтобы получить разрешение на использование экзоскелета в своей дома/общественной среде.
Многие люди с повреждением спинного мозга (SCI) не могут стоять и передвигаться с использованием или без использования вспомогательное устройство или физической помощи. В течение многих столетий, единственный вариант мобильности для людей с тяжелой ТСМ была коляска 1. В течение последних нескольких десятилетий, люди с ТСМ имели возможность дополнить их подвижности с помощью пассивных ортопедических устройств , таких как разновидность возвратно - поступательное движение походки ортез (РГО) 2-7. Эти устройства, однако, не стали более широко используются из-за физических усилий, требуемых пользователем, чтобы передвигаться с помощью этих устройств. В RGOs также имеют ограничения в способности подниматься по лестнице, встать и сесть 3,7. Были предприняты усилия в целях повышения эффективности работы этих устройств путем включения функциональной электростимуляции (FES) к власти движения и помогают облегчить вперед раскачивание конечности; Тем не менее, эти усилия не выходило за рамки концепций или прототипов 8-12.В 1970 - е годы, двигатели были включены с ортеза к власти движение тазобедренного и коленного суставов и был успешно позволяя человеку с ТСМ предпринять шаги 13. Тем не менее, недостаточная батарея и компьютерная технология того времени ограничили диапазон устройства, а также дальнейшее развитие было оставлено 10,13.
С учетом последних технологических достижений, несколько приведенные в действие экзоскелеты были разработаны, чтобы лица с различными патологиями, чтобы передвигаться надземные. Эти устройства с питанием экзоскелет были изучены у лиц с инсультом 14,15, лица с полным и неполным SCI 16-24, и других лиц с ограниченными возможностями приводит к снижению контроля над их нижних конечностей 25-27. Хотя эти устройства различаются, каждый из них требует обучения и практики пользователем для безопасной работы. Три из упомянутых устройств требует использования костылей для передвигаться и поддерживать баланс. Четвертый поддерживает балансировкае и стабильность из - за его большого подножку и массы что расширяет базу поддержки и понижает центр тяжести 20. Эти три устройства, которые требуют раздвоение используют одни и те же принципы, хотя существуют некоторые вариации с механики и методов управления желаемые действия из-за различий в конструкции устройств.
Программа обучения была разработана в Джеймс Дж Петерс В.А. медицинский центр (JJPVAMC), Бронкс, Нью-Йорк группой исследователей, состоящих из биомедицинского инженера, физиолога, физиотерапевтом, ЛФК, невролог и физиотерапевтов. Программа обучения была разработана с одним конкретным экзоскелетами ранее описанных 17,18 , но она включает в себя наборы навыков, которые применимы к другим экзоскелеты , которые требуют набор костылей для поддержания баланса. Все потенциальные участники были обследованы до участия в прогрессирующей программе обучения. Важностьскрининга у лиц с ТСМ является обеспечение отсутствия противопоказаний медицинских осложнений, которые могут препятствовать безопасному использованию этих устройств. Одной проблемой является низкая минеральная плотность костной ткани (BMD). Лица с ТСМ страдают драматические потери костной ткани сразу после травмы 28,29 , которые могут продолжаться в течение всей их жизни 30. Эта потеря BMD приводит к высокому риску переломов длинных костей. В настоящее время не существует эффективного лечения для уменьшения потери костной массы для тех, кто с полной моторной ТСМ. Кроме того, установленный порог разрушения для человека с ТСМ не существует, но были предприняты усилия , чтобы определить критерии , которые могут быть использованы в качестве руководства 31-33 наряду с клинической оценкой и истории перелома. Другие общие противопоказания могут быть обработаны и решены, такие как ограниченный диапазон движения (ROM) 34 и давления язвы 35. Каждый из различных экзоскелетами могут требовать различных условий для участия в ней, таких как критерии ROM, чтобы быть кандидата использовать устройство, большинство из которых были описаны 17-19,21,22,36.
После того, как человек успешно прошел все критерии отбора, установки устройства для пользователя и обучение может продолжаться. Правильная установка прибора важно , чтобы избежать нежелательного контакта нижних конечностей с экзоскелета потому что плохое фитинга может привести к кровоподтеки и / или кожи ссадины 16. Пользователи могут иметь ограниченный или не ниже ощущение конечности и проприоцепция; это отсутствие сенсорной и тактильной обратной связи от ног может внести свой вклад в общее отсутствие осознания своего центра равновесия, замедляя способность пользователя освоить устройство. Это отсутствие осознания центра равновесия может также привести к проблемам с соответствующим весом меняющимися, такие как трудности при измерении степени прямой и боковой сдвиг необходимо во время цикла походки и ненадо приуроченной веса смещается, что приводит к избыточному использованию веса подшипника наруки и костыли для поддержания равновесия. После того как основы механизмов стояния баланса и веса перешвартовывать приобретены, пользователь учится ходить в устройстве. Несколько сессий необходимы для улучшения пешеходного и другие навыки мобильности. Первоначально поверхности, плоские и гладкие в медицинском центре используются для обучения. Тем не менее, с улучшенным уровнем квалификации, пользователь заражали приращением более сложных задач путем введения различных пешеходных поверхностей, таких как ковер, асфальт, бетон, трава, и неровной поверхности поверхностей с различной степенью склонами.
Цель этой рукописи, чтобы сообщить критериям отбора, правильной установки и процедуры обучения для использования приведенный в действие экзоскелет для надземного пешеходного. Эта программа была разработана для одного устройства конкретно, которое описывается другими 16-18, но он затрагивает аспекты и проблемы , которые являются общими для инструкторов сотрудников и лиц с ТСМ , которые участвуют в экзоскелетонная содействующееред ходить программы, которые могут использовать другой экзоскелетами. Некоторые аспекты этого протокола являются специфическими для устройства, используемого в JJPVAMC. Кроме того, некоторые из компонентов программы обучения были разработаны производства, которая включает в себя ориентацию компонентов устройства, основные принципы для правильной пригонки и основной стоя и сидя инструкции навыков. Исследователи на JJPVAMC разработали все учебные мероприятия, выполняемые как только пользователь стоя. Они включают в себя усиление стоя и сидя инструкции подготовки, стоя баланс навыков, крытый ходьбе навыки прогрессии, на открытом воздухе навыки ходьба прогрессии, а другие задачи мобильности для достижения, остановки, поворота, а также различные типы дверей / порога навигации.
Примечание: был разработан протокол обучения описывается в этой рукописи в ходе пилотного проекта под названием: «Система Walking ReWalk экзоскелета для лиц с параплегией", зарегистрированных с идентификатором ClinicalTrials.gov NCT01454570. Разработка программы обучения не являлось целью данного пилотного проекта однако; учебная программа развивалась в ходе проведения данного исследования. Протокол исследования и формы информированного согласия были рассмотрены и одобрены Советом по рассмотрению институциональным JJPVAMC (в IRB). Все исследование и процедуры были объяснены каждому участнику исследования. Потенциальному участнику была предоставлена возможность задавать вопросы, и было предложено взять столько времени, сколько необходимо до согласия.
1. Участник кадрового агентства
2. Место
Примечание: Фитинг процедуры были разработаны при изготовлении устройства. Методика установки человека на устройство также будет меняться в зависимости от различных экзоскелетов. Клиницисты должны относиться к каждой из процедур конкретного изготовления.
3. надевание
Примечание: Процедуры надевая были разработаны при изготовлении устройства. Методика надевания человека к приведенным в действие экзоскелет может меняться в зависимости от различных устройств и клиницисты должны относиться к процедурам изготовления.
4. Постоянный
лор "> Примечание: Процедура, стоячие места был разработан при изготовлении устройства и может меняться в зависимости от различных экзоскелетов Клиницисты должны относиться к процедурам изготовления..5. Постоянный баланс
Примечание: Процедуры баланса постоянных были разработаны исследователями на JJPVAMC. Там могут быть некоторые процедуры, которые являются специфическими для используемого устройства, но большинство процедур, следует переводить на другие экзоскелеты.
Примечание: Процедуры ходьбе представляют собой смесь процедуры, разработанной сотрудниками на JJPVAMC и изготовление устройства. Механизм ходьбе встроенный в экзоскелетами и двойной шаблон костыль, используемого в устройстве была разработана производства; Однако подход обучения участника, как правильно выполнить ходьбу, механизм оказания помощи и Оценкой результата, используемый для записи уровень помощи был усилия исследователей на JPVAMC. Хотя, некоторые процедуры являются специфическими для экзоскелетами используется, большинство процедур переводимый на другие экзоскелеты, которые используют костыли для поддержания баланса.
7. Прогрессивные Цели обучения мобильности
Примечание: Были разработаны цели обучения мобильности в JJPVAMC и включены в критерии оценки знания, чтобы использовать экзоскелет приведенный в домашних условиях с помощью производства.
8. Оценки Walking
Примечание: Оценки ходьба используются стандартные клинические испытания, которые были созданы другими.
9. Сидящий
Примечание: Процедуры присесть были разработаны при изготовлении устройства и может меняться в зависимости от различных экзоскелетов. Клиницисты должны относиться к процедурам изготовления.
10. Doffiнг
Примечание: Процедуры съеме были разработаны при изготовлении устройства. Методология съеме экзоскелет приведенный в действие, может меняться в зависимости от различных устройств. Клиницисты должны относиться к процедурам изготовления.
Следующие измерения получены на протяжении обучения. Два руками и одной рукой навыки костыль баланса каждый оценивается в течение 1 мин , как "возможность" или "не в состоянии" для поддержания баланса (Рисунок 2). Пешеходные оценки для времени и расстояния получены в течение тренировок с использованием 6MWT, 10MWT и буксира. Экзоскелета при содействии ходьбе на часто встречающихся поверхностей тестируются в закрытом помещении (3 и 4) и на открытом воздухе (рис 5-6). Другие навыки мобильности , такие как навигация двери (7 и 8), достигая над головой в шкаф (рисунок 9) и , сидя на скамейке в парке (Рисунок 10) оцениваются как "возможность" выполнить или "не в состоянии" выполнять ,
Средняя скорость ходьбы во время 10MWT в 10 сеИнтервалы ssion для первых 60 сеансов изображены (рисунок 11). Этот график показывает, участники имеют различную первоначальную способность использовать экзоскелет и приведенный в действие различные темпы улучшения среди пользователей. Среднее ± стандартное отклонение наклона наилучшим образом подходит линии составляет 0,0048 ± 0,004 м / сек и значения колебались от 0.00026 до 0,015 м / сек. Это свидетельствует о том, что, хотя каждый из участников улучшилось по переменным ставкам они шли в среднем 0,0048 м / сек быстрее каждой сессии. Среднее ± стандартное отклонение оптимальной подобранной перехватом составляет 0,16 ± 1,8 м / сек, а значения изменяется от -0,026 до 0,50 м / с. Это указывает на то, что в среднем участники имеют среднюю начальную скорость 0,16 м / с; с некоторыми участниками, имеющими практически не способность передвигаться и другие имеют очень хорошую способность на ранних этапах обучения.
помощь Тренер влияет на производительность; те, кто нуждается в более высокий уровень Assistanсе ходить медленнее , чем те , кто более опытными и независимыми в использовании системы 18. Три измерения пешеходного теста, хотя похоже, предоставляют различную информацию языка. 10MWT обеспечивает индикацию наилучшего усилия для скорости (м / с), что пользователь имеет возможность передвигаться в устройстве. 6MWT расстояние, при преобразовании скорости в м / сек, обеспечивает среднюю скорость ходьбы и является показателем консистенции ходить в экзоскелет. Так как таймер продолжается, когда пользователь случайно прекращает ходьбу, скорость от 6MWT, который находится ближе к наилучшее усилие 10MWT указывает на то, что человек имел последовательную ходьбу и меньше остановок. Буксира требует много навыков, которые должны выполняться в последовательном сочетании. Буксира является мерой общей способности человека, чтобы включить стоя, ходьба, повороты, остановки и сесть в экзоскелетами. Обзор 6MWT, 10MWT и измерений TUG были описаны ранее Ян 1 8 и представлены в таблице 1 вместе с пациентом демографической информации об участниках в.

Рисунок 1. Два руками костыль баланса. Эта цифра показывает , человек стоит на месте и балансирование с обоими костылями. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 2. Один рукой костыль баланса. Эта цифра демонстрирует человек , стоящий еще и балансирование только с 1 костыль. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.


Рисунок 4. Ходьба на ковер. Эта цифра демонстрирует человека , идущего в помещении на ковровом покрытии. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 5. нг> Прогулка на открытом воздухе на траве. Эта цифра демонстрирует человек , идущий на открытом воздухе на траве. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 6. Ходьба на склонах. Этот показатель демонстрирует человека , идущего на открытом воздухе вниз бордюрного вырезе. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 7. Перемещение лифта. Эта цифра демонстрирует человек , который выходит из приурочено настройки двери , такие как двери лифта.jove.com/files/ftp_upload/54071/54071fig7large.jpg "целевых =" _blank "> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 8. Выйдя из вращающейся двери. Эта цифра демонстрирует человек , который выходит из вращающейся двери. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 9. Накладные шкафа и столешницу достижения. Эта цифра демонстрирует человек , принимающий элементы из накладных шкафа. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этого FIGU число рейнольдса

Рисунок 10. Сидя на скамейке в парке. Эта цифра показывает человека , сидящего на скамейке в парке. Пожалуйста , нажмите здесь , чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.

Рисунок 11. Усредненная Десять сеансов 10MWT скоростей. Данные показывают , скорости 10MWT в течение первых 60 сеансов обучения усредненных на десять интервалов сессии. Ось Х описывает сессий и ось ординат описывает среднюю скорость (м / сек), вычисленный из результата 10MWT, полученных в ходе тренинга участники сессии. Линейная наилучшим образом подходит линия была наложена на результаты каждого участника.= "Https://www.jove.com/files/ftp_upload/54071/54071fig11large.jpg" целевых = "_blank"> Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы посмотреть увеличенную версию этой фигуры.
| Демографические характеристики | Прогулка тесты (WT) и уровни помощи (LOA) | |||||||||||||
| SID | Возраст (у) | Ht (см) | вес (кг) | Пол | DOI (у) | LOI | АИС | 10 м WT | 6-мин WT | TUG | (LOA) | ОЦЕНКОЙ ние Session | ||
| (сек) | (м / сек) | (м) | (м / сек) | (сек) | ||||||||||
| 1 | 34 | 173 | 66,7 | мужчина | 9 | T4 | В | 39 | 0,26 | 90 | 0,25 | 83 | Min | 89 |
| 2 | 48 | 168 | 68 | мужчина | 4 | T10 | 62 | 0,16 | 51 | 0,14 | Н.П. | Min | 18 | |
| 3 | 44 | 183 | 77,1 | мужчина | 4.5 | T4 | 20 | <TD> 0,50209 | 0,58 | 56 | Мичиган | 63 | ||
| 4 | 58 | 160 | 64,4 | женский | 1.5 | C8 / T8 | А (НТ) | 24 | 0,42 | 139 | 0,39 | 59 | Мичиган | 43 |
| 5 | 61 | 175 | 72,6 | мужчина | 14 | T11 | 23 | 0,44 | 137 | 0.38 | 66 | Мичиган | 37 | |
| 6 | 24 | 185 | 74,8 | мужчина | 5 | T5 | 56 | 0,18 | 60 | 0,17 | Н.П. | Min | 12 | |
| 7 | 40 | 183 | 88,5 | мужчина1.5 | T1 | В | 61 | 0,16 | 51 | 0,14 | 70 | S | 102 | |
| 8 | 56 | 175 | 83,9 | мужчина | 3 | T9 | 22 | 0,46 | 151 | 0,42 | 116 | S | 51 | |
| 9 | 50 | 183 | 99,8 | мужчина | 11 | T7 | 17 | 0,59 | 208 | 0,58 | 56 | Мичиган | 56 | |
| 10 | 37 | 170 | 65,8 | мужчина | 6 | T2 | 22 | 0,46 | 150 | 0,42 | 63 | Min | 59 | |
| 11 | 64 | 173 | 72,8 | мужчина | 3 | T2 | 78 | 0,13 | 46 | 0,13 | Н.П. | модификация | 28 | |
| 12 | 37 | 152 | 65,8 | женский | 19 | C8 | С (НТ) | 14 | 0,71 | 256 | 0,71 | 42 | Мичиган | 39 |
Таблица 1. Характеристики участников и результатов пошагового теста SID = при условии идентификационный номер. у = лет; см = сантиметров; кг = килограммы; DOI = длительность травмы; LOI = уровень травматизма; Ассоциация AIS = Американская спинальная травма обесценение Шкала; LOA = уровень помощи; с = секунды; м = м; NP = Not-Исполняется и NT = нетравматический SCI. LOA был адаптирован из FIM в качестве одного из следующих действий:умеренная помощь (Mod) - участник выполняет 50% до 74% от задачи; минимальная помощь (мин) - пользователь выполняет 75% или более задачи; надзор (S) - тренер не касается участника, но достаточно близко, чтобы добраться, чтобы обеспечить поддержку баланса или руководства по мере необходимости; и модифицированная независимость (MI) - тренер не дает какой-либо помощи, а участник является полностью независимым при ходьбе в устройстве. Повторная печать с разрешением, от Yang A, Асселин P, Knezevic S, Kornfeld S, Spungen А. Оценка госпитальной скорости ходьбы и уровень помощи в экзоскелетами у лиц с повреждением спинного мозга. Лучшие спинного мозга Inj Rehabil. 2015; 21 (2): 100-109. Copyright (C) 2015 Томас Land Publishers, Inc.
Авторам нечего раскрывать.
Обучение человека с параличом передвижению с помощью экзоскелета с электроприводом может быть сопряжено с трудностями. Цель состоит в том, чтобы представить критерии отбора кандидатов и процедуры обучения экзоскелетной ходьбе и другим навыкам мобильности, которые могут развиваться по мере повышения уровня навыков участника.
Поддержка этой работы была получена от Национального центра передового опыта по медицинским последствиям травмы спинного мозга VA Rehabilitation Research & Development (VA RR&D #B9212C). Два из четырех экзоскелетов с электроприводом были использованы на безвозмездной основе компанией ReWalk Robotics, Inc. (Мальборо, штат Массачусетс). Кроме того, часть участников получила ортопедическую обувь, которая была подарена компанией Aetrex Worldwide Inc. (Тинек, Нью-Джерси).
Помощь от Дениса Дойла-Грина была неоценимой во время учебной программы, и мы благодарим его за это. Мы также хотели бы поблагодарить физиотерапевтов из Службы реабилитации и травм спинного мозга в Медицинском центре Джеймса Дж.
| Экзоскелет с электроприводом, такой как ReWalk Ekso REX и Indego etc. | |||
| Loft strand Костыли | |||
| Удобные кроссовки |