Методическая статья

Демонстрация протокола тренировок для лиц с тетраплегией и высокой параплегией с использованием самобалансирующего экзоскелета

126 просмотров

DOI:

10.3791/71195

14 августа 2026 г.

* These authors contributed equally

В этой статье

Краткое содержание

В данном протоколе описывается обучение лиц с тетраплегией и высокой параплегией, а также их сопровождающих, безопасному использованию самобалансирующего экзоскелета для личного применения. Протокол включает в себя скрининг участников, подгонку устройства, стандартизированные тренировочные сессии, процедуры обеспечения безопасности и оценку компетенций.

Аннотация

Первое поколение персональных и домашних экзоскелетов для помощи при ходьбе людям с травмами спинного мозга (ТСМ) требует использования forearm crutches или ходунков, а также достаточного контроля над корпусом для поддержания равновесия и мобильности, что ограничивает их применение среди лиц с тетраплегией и высокой параплегией. Кроме того, такие устройства обычно позволяют передвигаться только вперед, что может ограничивать маневренность в помещениях. Самобалансирующийся экзоскелет, который обеспечивает стабильность корпуса, позволяет стоять и ходить без вспомогательных средств, освобождает руки, а также обеспечивает возможность шага вперед, вбок и назад, в том числе наклоны и приседания, был протестирован на людях с тетраплегией и высокой параплегией. Проспективное интервенционное одногрупповое открытое исследование проводилось в двух центрах. Соответствующие критериям участники с ТСМ и их сопровождающие, успешно прошедшие скрининг, проходили обучение и оценку в парах. Протокол включал скрининг участников, подгонку устройства, четыре стандартизированных тренировочных занятия и оценку компетенций. Программа обучения включала надевание и снятие устройства, вставание и сидение, ходьбу в помещении и на улице, амбулаторные функции, повседневную деятельность, процедуры безопасности, а также уход за устройством и его хранение. Оценка эффективности включала надевание и снятие устройства в течение 10 min, тест «встань и иди» (TUG) в течение 3 min и прохождение дистанции не менее 40 m в тесте 6-минутной ходьбы (6MWT). Среди первых 16 участников, завершивших протокол, все достигли целевых показателей TUG и 6MWT, 15 достигли цели по надеванию устройства после четырех тренировок, и все достигли цели по снятию устройства. В данной статье описывается стандартизированный протокол обучения для людей с тетраплегией и высокой параплегией и их сопровождающих по безопасному использованию самобалансирующегося экзоскелета для персонального применения.

Введение

Травма спинного мозга (ТСМ) представляет собой медицински сложное состояние, радикально меняющее жизнь пациента, для которого в настоящее время не существует способов полного излечения. Как правило, чем выше и тяжелее поражение спинного мозга, тем выраженнее неврологический дефицит. В зависимости от неврологического уровня и степени полноты повреждения1, паралич, развивающийся вследствие ТСМ, может затрагивать множество систем органов, включая кишечник, мочевой пузырь, половую функцию, дыхание, частоту сердечных сокращений, регуляцию артериального давления и терморегуляцию2,3,4,5,6,7,8,9.

С 2009 года в Соединенных Штатах исследуются устройства для ходьбы с помощью экзоскелета на предмет их безопасности и эффективности для лиц с параличом вследствие SCI10,11,12,13,14,15,16. В некоторых исследованиях сообщалось об улучшении функции кишечника и мочевого пузыря, самооценки, физической формы и состава тела11,16,17,18,19,20,21,22,23,24. Эти улучшения связывают со способностью пользователей устройств осуществлять ходьбу по поверхности в течение нескольких часов в неделю.

В 2014 и 2016 годах два электрических экзоскелета для нижних конечностей получили разрешение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) для личного, домашнего и общественного использования людьми с параплегией25,26,27. Эксплуатация этих устройств требует использования подмышечных костылей или ходунков для поддержания равновесия и мобильности при ходьбе, и, следовательно, требует достаточной силы верхних конечностей, функции кистей рук и стабильности туловища28,29,30. Важные ограничения этих устройств включают низкую пригодность для людей с тетраплегией, невозможность наклоняться или приседать, а также невозможность перемещаться вбок или назад. Кроме того, люди с параплегией на уровне грудного отдела T6 и выше могут испытывать трудности, связанные с нарушением контроля за туловищем при использовании устройства.

Последние технологические достижения способствовали разработке нескольких самобалансирующих систем экзоскелетов31,32,33,34. Tian и соавт.33 сообщили о разработке и проверочных испытаниях самобалансирующего экзоскелета, способного обеспечивать выполнение различных реабилитационных движений у пяти мужчин, проходивших тренировки по равновесию и локомоции. В последующих исследованиях возможности самобалансировки и передвижения оценивались далее с помощью экспериментов по движению по прямой и поворотам с использованием как манекена, так и людей-участников35,36. Несмотря на то, что эти исследования продемонстрировали многообещающие технические характеристики, опубликованные данные клинических испытаний и методики обучения для лиц с SCI остаются ограниченными. Кроме того, несмотря на рост рынка самобалансирующих экзоскелетов, в опубликованных работах не описан стандартизированный протокол обучения лиц с SCI и их сопровождающих для индивидуального или домашнего использования самобалансирующего экзоскелета, а также не рассмотрен вопрос его применения у лиц с тетраплегией или высокой параплегией.

Целью данного метода является предоставление стандартизированного протокола обучения людей с тетраплегией и высокой параплегией совместно с сопровождающим безопасной эксплуатации самобалансирующего экзоскелета для личного использования. Новизна данного подхода заключается в использовании самобалансирующего экзоскелета, который обеспечивает возможность стоять и ходить без вспомогательных средств передвижения, позволяя тем самым оставлять руки свободными для функциональной деятельности, а также обеспечивая возможность наклонов, приседаний и шагов вперед, в стороны и назад37. Устройство, оцениваемое в данном исследовании, представляет собой электрический экзоскелет нижних конечностей с приводами в области тазобедренного, коленного и голеностопного суставов, имеющий 12 активных степеней свободы. Устройство обладает функцией самобалансировки с динамическим управлением ходьбой, а также встроенными аппаратными и программными функциями безопасности, предназначенными для снижения риска падения. Помимо шагов вперед, устройство позволяет делать шаги в стороны и назад, а также сгибать бедра и колени для наклонов и приседаний. Устройство предназначено для ношения поверх одежды, весит 76 kg (167.5 lb) и управляется с помощью джойстика в положении стоя. Кроме того, устройство обеспечивает поддержку туловища для лиц с более высоким уровнем повреждения спинного мозга, включая тетраплегию и параплегию на уровне T6 и выше. Протокол оценивался на людях с тетраплегией и высокой параплегией и их сопровождающих во время контролируемых занятий в помещении, в симулированной домашней обстановке и в ограниченных условиях городской среды. В данной статье описываются критерии отбора участников, процедуры подгонки устройства, методы обучения, оценка компетенций и соображения по реализации протокола, имеющие отношение к личному использованию самобалансирующего экзоскелета.

Протокол

Все процедуры проводились в соответствии с утвержденным протоколом исследования и процессом получения информированного согласия, санкционированным институциональными наблюдательными советами (IRB) Медицинского центра для ветеранов имени Джеймса Дж. Питерса (протокол №1807014) и Фонда Кесслера (протокол №R-1272-24). Все мероприятия в рамках исследования проводились в соответствии с зарегистрированными протоколами ClinicalTrials.gov (Медицинский центр для ветеранов имени Джеймса Дж. Питерса: NCT067576; Фонд Кесслера: NCT06814015). Исследование проводилось в двух центрах: Центре исследования повреждений спинного мозга при Медицинском центре для ветеранов имени Джеймса Дж. Питерса (Бронкс, Нью-Йорк, США) и Центре мобильности и реабилитационной инженерии при Фонде Кесслера (Уэст-Оранж, Нью-Джерси, США).

Целевые показатели эффективности и определения результатов

Показатели исхода включали тест 6-минутной ходьбы (6MWT; целевой показатель: ≥40 m), тест «Встань и иди» (TUG; целевой показатель: ≤3 min) и тест 10-метровой ходьбы (10MWT; целевой показатель: ≥0.2 m/s). Оценка повседневной активности (ADL) проводилась с помощью репрезентативных функциональных заданий в помещении и ограниченно на открытом воздухе, включая перемещение через двери, действия на кухне, в ванной комнате, в гостиной, использование лифта и ходьбу на улице. Целевые показатели для надевания и снятия устройства составляли ≤10 min для каждой процедуры. Подробные описания 10MWT, 6MWT, оценки ADL, а также процедур надевания и снятия приведены в Дополнительном файле 1.

Сертификация инструктора

Протокол тренировок, описанный в данной рукописи, был разработан производителем самобалансирующего экзоскелета.38 при существенном участии исследовательских групп в обоих центрах проведения исследования. Протокол был разработан для обеспечения обучения и оценки 24 пользователей устройств SCI и их сопровождающих в рамках подачи заявки по форме 510(k) в Управление по санитарному надзору и контролю за пищевыми продуктами и лекарствами США (FDA). В данном отчете описываются методы обучения, примененные к первым 16 пользователям устройств SCI и их сопровождающим, завершившим исследование. Экспертами по устройствам от производителя в обоих центрах проведения исследования была реализована обширная программа сертификации инструкторов, которая описана в Дополнительный файл 2 (Раздел S1, Сертификация инструктора)Исследовательские группы в обоих центрах имели предварительный опыт использования устройств для ходьбы с поддержкой экзоскелета для лиц с травмами спинного мозга и с 201 года оценивали протоколы тренировок для реабилитации, а также для индивидуального использования на дому.

1. Предварительный отбор и информированное согласие

ПРИМЕЧАНИЕ: Целью предварительного отбора является исключение потенциальных участников, которые не соответствуют критериям приемлемости для исследования, путем использования простых вопросов с ответами «да/нет» перед проведением более комплексных скрининговых обследований. В ходе предварительного отбора данные исследования не собираются. Потенциальные участники, ответившие «Нет» на любой из необходимых вопросов о критериях включения, исключаются из дальнейшего рассмотрения.

  1. Задайте вопросы предварительного скрининга, описанные в Дополнительном файле 2 (Раздел S2, Предварительный скрининг).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Если потенциальный участник с ТСП (травмой спинного мозга) отвечает «Да» на все вопросы предварительного скрининга, а сопровождающее лицо — нет, сопровождающее лицо исключается, и может быть привлечено другое подходящее сопровождающее лицо. Участники, ответившие «Да» на все обязательные вопросы, могут перейти к процессу получения информированного согласия.
  2. В процессе получения информированного согласия разъясните участнику с ТСП и сопровождающему лицу цель исследования, процедуры скрининга, известные риски, медицинские противопоказания, временные затраты на участие, процесс обучения, обязанности сопровождающего, меры по обеспечению конфиденциальности участников и планируемое использование результатов исследования.
    1. Разъясните известные риски, связанные с использованием устройства, включая ссадины кожи, неисправности оборудования, падения и непредвиденные нежелательные явления (НЯ). Объясните, что все данные исследования будут обезличены для обеспечения конфиденциальности участников.
    2. Разъясните, что сопровождающее лицо пройдет обучение по эксплуатации и контролю экзоскелета во время использования устройства участником с ТСП, и что пользователь устройства с ТСП и сопровождающее лицо будут оцениваться как пара и должны успешно освоить все требуемые базовые и критические навыки (Дополнительный файл 3).
  3. Предоставьте участнику с ТСП и сопровождающему лицу возможность задать вопросы по всем процедурам исследования. Затем попросите обоих лиц устно описать свое понимание требований исследования, рисков и ожиданий от участия. Сертифицированный инструктор определяет, демонстрируют ли ответы достаточное понимание. Если нет, информация об исследовании пересматривается до тех пор, пока оба лица не смогут точно описать требования исследования.
    1. Получите отдельные подписанные формы информированного согласия от участника с ТСП и сопровождающего лица перед проведением любых скрининговых обследований.

2. Процедуры скрининга

  1. Проведите опрос потенциального участника с SCI (травмой спинного мозга) относительно перенесенных переломов нижних конечностей, выраженной спастичности, неконтролируемой гипертензии, а также наличия незаживших или открытых ран. При наличии любого из этих состояний проинформируйте врача исследования, который осмотрит участника и на основании клинического суждения определит возможность дальнейшего участия. Исключите участников с имеющимися переломами, выраженной спастичностью, неконтролируемой гипертензией, незажившими или открытыми ранами в точках контакта с экзоскелетом или иными ранами, которые врач исследования сочтет недопустимыми для участия.
  2. Спросите участника с SCI, есть ли у него какие-либо неврологические заболевания или травмы, помимо SCI, или прогрессирующее состояние SCI. Если на оба вопроса получен ответ «Нет», продолжите процесс скрининга. Исключите участников, ответивших «Да» на любой из этих вопросов.
    1. Исключите потенциальных участников с SCI, которые не могут общаться из-за когнитивных или языковых расстройств или имеют когнитивный дефицит, препятствующий участию в исследовании, что определяется клиницистом. Проконсультируйтесь с врачом исследования, если когнитивные способности участника вызывают сомнения.
  3. Проведите скрининговые обследования потенциальных участников с SCI, описанные в Дополнительном файле 2 (Раздел S3, Подробные процедуры скрининга). Исключите участников с уровнем неврологического повреждения T7 и ниже, признаками ранее перенесенного перелома стопы, значениями T-критерия для бедра или минеральной плотности костной ткани (BMD) коленного сустава, которые не соответствуют критериям приемлемости, описанным в Дополнительном файле 2 (Раздел S3, Критерии приемлемости минеральной плотности костной ткани),, а также лиц с положительным тестом на беременность.
    1. Исключите потенциальных сопровождающих, которые не могут эффективно общаться с тренером из-за когнитивных или языковых расстройств, имеют любое заболевание, сопутствующую травму или медицинское состояние, препятствующее выполнению или интерпретации оценок, предусмотренных протоколом, имеют недостаточный график доступности для завершения исследования или участвуют в другом интервенционном клиническом исследовании.
  4. Проведите тест на подъем для сопровождающего, как описано в Дополнительном файле 2 (Раздел S3, Оценка физической квалификации сопровождающего).
    1. Исключите потенциальных сопровождающих, которые не могут достичь требуемого весового уровня, исходя из скорректированного по весу уровня потенциального участника с SCI. Немедленно прекратите тест на подъем при появлении любых признаков механического напряжения или физического недомогания и исключите данного сопровождающего из участия в исследовании. Впоследствии может быть оценен другой подходящий сопровождающий.
  5. Оцените физическую способность сопровождающего безопасно поддерживать и помогать пользователю устройства при SCI во время движений с помощью экзоскелета, используя стандартную Оценку физической квалификации сопровождающего, описанную в Дополнительном файле 2 (Раздел S3).

3. Спецификации подбора устройства (часть процедур скрининга)

ПРИМЕЧАНИЕ: Подробные процедуры и спецификации по подгонке устройства представлены в Дополнительном файле 2 (Раздел S3, Спецификации подгонки устройства).

  1. После подтверждения того, что потенциальный участник с травмой спинного мозга (SCI) успешно прошел все медицинские обследования и проверки безопасности, предложите три варианта джойстика (A, B и C) и instructed участника выбрать вариант, который наиболее удобен и соответствует уровню функции его кистей рук согласно процедурам, описанным в Дополнительном файле 2 (Раздел S3, Оценка работоспособности контроллера выбора джойстика).
    1. Измерьте и зафиксируйте антропометрические показатели участника, включая общую массу тела с использованием подходящих весов для пользователей инвалидных колясок (Таблица материалов), длину конечностей с помощью гибкой измерительной ленты и амплитуду движений (ROM) суставов с помощью гониометра. Примените критерии отбора, описанные в Дополнительном файле 2 (Раздел S3, Антропометрические измерения, используемые для подгонки устройства и генерации траектории).
    2. Предоставьте инженеру производителя данные о массе тела, росте, длине сегментов бедра и голени, а также показатели ROM тазобедренного, коленного и голеностопного суставов участника. Эти измерения загружаются в проприетарное программное обеспечение производителя для генерации индивидуальных траекторий суставов, используемых экзоскелетом. Дополнительная информация приведена в Дополнительном файле 2 (Раздел S3, Определение оптимизированных траекторий для использования устройства).
    3. Перед использованием участником убедитесь в успешной установке индивидуальной конфигурации оборудования и профиля управления двигателями.
    4. Проведите визуальный осмотр кожи перед подгонкой устройства и задокументируйте любые имеющиеся отклонения состояния кожи в местах потенциального контакта с устройством.
    5. Установите обязательные поролоновые подкладки на спину, бедра, колени, большеберцовые кости и лодыжки. Добавьте дополнительные защитные поролоновые подкладки, если требуется повысить комфорт или уменьшить трение. Вручную осмотрите все места контакта с устройством и установите дополнительные подкладки для бедер, как описано в Дополнительном файле 2 (Раздел S3, Поролоновые подкладки).
    6. Измерьте тыльное сгибание голеностопного сустава при полностью выпрямленном колене в соответствии с процедурами, описанными в Дополнительном файле 2 (Раздел S3, Спецификации подгонки устройства). Клинья для стопы, если требуется компенсация ограниченного тыльного сгибания голеностопа, устанавливаются инженером производителя, как описано в Дополнительном файле 2 (Раздел S3, Клинья).
    7. Измеряйте артериальное давление и частоту сердечных сокращений до, во время и после процедур подгонки, а также следите за появлением ортостатических симптомов.
    8. Определите и задокументируйте предпочтительный способ пересадки участника для входа в экзоскелет.
    9. Оцените выравнивание центров тазобедренного, коленного и голеностопного суставов и убедитесь в наличии достаточного зазора во всех точках контакта с устройством.
  2. Разъясните функции управления устройством паре «участник с SCI — сопровождающий» и проинструктируйте участника с SCI использовать все необходимые органы управления для вставания, ходьбы и сидения.
    1. Отрегулируйте экзоскелет по мере необходимости, чтобы устранить избыточное давление и оптимизировать посадку во время сидения, стояния, ходьбы и активности в режиме FREE. Дополнительные поролоновые подкладки могут быть добавлены после того, как пользователь устройства с SCI вернется в положение сидя.
  3. Поместите участника в экзоскелет и проведите примерно 20-минутную оценку подгонки согласно процедурам, описанным в Дополнительном файле 2 (Раздел S3, Оценка подгонки).
    1. Проинструктируйте участника с SCI выполнять повторяющиеся движения вставания и сидения в экзоскелете согласно процедурам, описанным в Дополнительном файле 2 (Раздел S3, Оценка подгонки).
    2. Измерьте артериальное давление во время или сразу после вставания и сидения в экзоскелете. Спросите участника о наличии симптомов ортостатической гипотензии или мышечных спазмов. Используйте врачебное суждение для определения пригодности участника, если во время оценки подгонки возникает сильная спастичность или не проходят ортостатические симптомы.
    3. Убедитесь, что подголовник доходит как минимум до макушки головы участника, и оцените все точки контакта с устройством в положениях сидя и стоя.
    4. Оцените способность участника управлять джойстиком, находясь в экзоскелете, согласно процедурам, описанным в Дополнительном файле 2 (Раздел S3, Оценка подгонки).
    5. Проинструктируйте участника сесть на подходящий стул или сиденье, как описано в Дополнительном файле 2 (Раздел S3, Оценка подгонки). Извлеките участника из экзоскелета и осмотрите ягодицы, седалищные области, бугристости большеберцовых костей и все остальные места контакта с устройством на предмет покраснения, раздражения кожи или ссадин.
  4. Проведите осмотр кожи после подгонки после снятия устройства. Выявите области избыточного давления, включая покраснения, синяки, отеки, защемления кожи или другие признаки раздражения тканей. Выполните соответствующие регулировки устройства и модификации подкладок, и при необходимости проконсультируйтесь с врачом исследования перед продолжением. Дополнительная информация приведена в Дополнительном файле 2 (Раздел S3, Оценка целостности кожи и давления).
  5. Повторяйте оценки подгонки по мере необходимости. Если после регулировки устройства не удается достичь приемлемого выравнивания и распределения давления, исключите участника из дальнейшего участия в исследовании по причине несоответствия требованиям подгонки.
  6. Совместно с врачом исследования и сертифицированными тренерами рассмотрите все результаты скрининга и подгонки перед переходом к тренировочным занятиям, описанным в Дополнительном файле 2 (Раздел S4, Подробное расписание визитов, программа тренировочных занятий и процедуры прогрессии).
    1. Переходите к тренировкам на экзоскелете только после успешного выполнения всех требований по скринингу, подгонке, безопасности, целостности кожи и работоспособности устройства.

4. Описание и конфигурация устройства

ПРИМЕЧАНИЕ: Экзоскелет состоит из двух шарнирных нижних конечностей, соединенных с вертикальной структурой спинки. Устройство носится поверх одежды пользователя и фиксируется на талии, туловище, бедрах, ногах и стопах с помощью жилета, пояса, плечевых ремней, плечевых подушек и интерфейсов нижних конечностей (Рисунок 1A). Устройство также включает 12 актуаторов, встроенные датчики, перезаряжаемый аккумулятор, интерфейс управления на базе джойстика, подлокотники, подголовник, передний защитный поручень HALO и заднюю ручку для сопровождающего (Рисунок 1B).

Схема роботизированного экзоскелета с указанием компонентов, шарниров и регулируемых ремней для анализа движения.
Рисунок 1Самобалансирующийся персональный экзоскелет. (AСамобалансирующийся персональный экзоскелет, который надевается пользователем. Устройство фиксируется на торсе, талии, бедрах, голенях и стопах и включает тканевый жилет, плечевые ремни, наплечники, подлокотники, подголовник и передний защитный поручень (HALO).BСхематическое изображение экзоскелета, демонстрирующее 12 приводов, расположенных билатерально в сагиттальных суставах бедра, колена и голеностопа, а также в трансверзальном и фронтальном суставах бедра и в голеностопном суставе. Самобалансирующаяся конструкция позволяет стоять и ходить, не используя руки, костыли или ходунки. Воспроизведено с разрешения производителя. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

  1. Перед использованием устройства убедитесь, что аккумулятор был полностью заряжен с помощью специального зарядного устройства. Заряжайте аккумулятор только тогда, когда экзоскелет не используется. Процедура зарядки описана в Дополнительном файле 2 (Раздел S5, «Техническое обслуживание и уход за устройством»).
    ПРИМЕЧАНИЕ: Подробные процедуры настройки экзоскелета, антропометрические измерения, процедуры построения траекторий от производителя, выбор оборудования, подгоночные аксессуары и обслуживание аккумулятора см. в Дополнительном файле 2 (Разделы S3 и S5).

5. Органы управления устройством и режимы работы

  1. Включите и выключите экзоскелет с помощью кнопки POWER, расположенной на правой стороне устройства, стоя позади экзоскелета.
  2. Используйте кнопку PAUSE, расположенную на задней части экзоскелета, чтобы немедленно остановить движение устройства при необходимости.
  3. Установите предварительно выбранный блок дистанционного управления с джойстиком на подлокотник в соответствии с процедурами, описанными в Дополнительном файле 2 (раздел S3, Оценка работоспособности контроллера выбора джойстика).
  4. Используйте режим INSTALLATION, пока пользователь устройства с травмой спинного мозга (SCI) сидит, чтобы раскрыть ноги устройства и облегчить перемещение.
    1. Используйте режим SITTING для поддержания жесткого положения сидя.
    2. Используйте режим READY-TO-STAND в положении сидя, чтобы подготовить устройство к вставанию.
    3. Используйте режим STANDING для поддержания статического положения стоя.
    4. Используйте режим WALKING для выполнения движений ходьбы вперед и назад, а также поворотов до 360°.
    5. Используйте режим PRECISION для выполнения коротких шагов вперед, назад и в стороны.
    6. Используйте режим FREE для выполнения боковых переносов веса и движений в полуприседе.
    7. Используйте режим READY-TO-SIT для подготовки устройства к переходу в положение сидя.
    8. Используйте режим LOCKED для сохранения текущего положения и игнорирования всех команд пользователя, за исключением команд выхода из режима и кнопки POWER.
    9. Используйте режим EMPTY для перемещения экзоскелета без пользователя.
  5. Эксплуатируйте экзоскелет на внутренних поверхностях, включая гладкий ковролин и плитку, а также на внешних поверхностях, включая бетон и траву. Скорость ходьбы зафиксирована производителем на уровне 0.25 m/s.
    1. Ограничьте использование поверхностями с уклоном ≤2% и неровностями поверхности ≤1.27 cm. Перед обучением участников тротуары, используемые для тренировок на открытом воздухе в обоих центрах исследования, были измерены; подтверждено, что они соответствуют этим требованиям. Все участники прошли обучение на открытом воздухе на этих стандартизированных участках дорожек.
  6. Не используйте экзоскелет на лестницах или бордюрах.
    1. Используйте кольцо HALO, подголовник, подлокотники, жилет и присмотр сопровождающего с помощью задней ручки в качестве пассивных средств безопасности во время работы устройства.
    2. Перед использованием устройства убедитесь, что активная система безопасности исправна. Подтвердите, что при потере питания система отключает двигатели и активирует вязкое торможение для обеспечения контролируемого спуска.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Подробное описание проверки активной системы безопасности, процедур проверки технического обслуживания и процедур сертификации контролируемого спуска приведено в Дополнительном файле 2 (раздел S3, Валидация и техническое обслуживание активной системы безопасности).
  7. Обучите сопровождающего действиям при нарушении равновесия, обходу препятствий, экстренной остановке, контролируемому спуску и экстренному извлечению в соответствии с процедурами, описанными в Дополнительном файле 2 (раздел S3, Контролируемые нарушения равновесия; Оценка безопасности сопровождающего; и Процедура экстренного извлечения).
  8. Потребуйте от каждой пары «пользователь с SCI — сопровождающий» продемонстрировать владение процедурой контролируемого спуска во время сертификации и успешно выполнить все требуемые критические задачи (Дополнительный файл 3) перед началом самостоятельной эксплуатации устройства.
  9. Процедура контролируемого спуска и критерии владения ею описаны в Дополнительном файле 2 (раздел S3, Процедура контролируемого спуска для пары).

6. Обзор сеансов тренировок с экзоскелетом и уровни помощи

  1. Проведите четыре обучающих занятия под руководством инструктора продолжительностью 1-2 ч перед первой независимой сертификационной оценкой во время Визита 6.
    1. Предложите дополнительное практическое занятие при необходимости.
    2. Фиксируйте уровень помощи (LOA) сопровождающего лица во время оценочных визитов (Рисунок 2).
    3. Оценивайте помощь сопровождающего по трехбалльной шкале LOA, описанной в Дополнительном файле 2 (Раздел S4, Обучающее занятие 3).
    4. Обучите пользователя устройства с ТСП и сопровождающего надеванию и снятию устройства, переходу в положение стоя и сидя, ходьбе в помещении и на улице, функциям передвижения, повседневной деятельности (ADL), процедурам безопасности, а также уходу за устройством и его хранению. Типовые сценарии использования обобщены в Дополнительном файле 4.
    5. Инструктируйте пользователя устройства с ТСП и сопровождающего проводить самостоятельный осмотр кожи до и после использования экзоскелета.

Реабилитация при ходьбе с помощью экзоскелета, средство передвижения, сеанс физиотерапии.
Рисунок 2Обучение пользователя с травмой спинного мозга работе с самобалансирующим экзоскелетом. Репрезентативная фотография пользователя устройства с SCI (спинальной травмой), идущего в помещении в самобалансирующем экзоскелете во время одного из первых тренировочных занятий. Тренер находится позади экзоскелета, обеспечивая надзор и помощь, в то время как обученный сопровождающий остается рядом. От участников было получено письменное информированное согласие на публикацию данной фотографии. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.

7. Надевание и снятие средств защиты

  1. Расположите экзоскелет в сидячем положении на соответствующем столе, поднимите оба подлокотника и модуль HALO, после чего активируйте устройство. УСТАНОВКА режим раскрытия штативов устройства.
  2. Переместите пользователя устройства с повреждением спинного мозга в экзоскелет, используя предпочтительный для участника способ перемещения и вспомогательное средство при необходимости.
  3. Перед тем как встать, закрепите тазовый пояс, ремни нижних конечностей, плечевые ремни, нагрудные ремни, большеберцовые интерфейсы, HALO и подлокотники.
  4. Перед снятием экзоскелета верните его в положение «сидя».
  5. Снимите все ремни фиксации, откройте интерфейсы голени, установите инвалидное кресло и пересадите пользователя устройства для пациентов с травмой спинного мозга из экзоскелета.
  6. Оцените процесс надевания и снятия средств индивидуальной защиты при сертификации в соответствии с Дополнительный файл 2 (Раздел S4, Оценка сертификации по надеванию и снятию средств индивидуальной защиты).

8. Тренировка навыков стояния, сидения и баланса

  1. Разъясните стандартную процедуру вставания пользователю устройства с травмой спинного мозга (SCI) и сопровождающему лицу.
    1. Нажмите и удерживайте кнопку перехода из положения сидя в положение стоя, чтобы перевести устройство в режим READY-TO-STAND (готовность к вставанию).
    2. Инструктируйте пользователя устройства с SCI нажать и удерживать джойстик в сторону зеленого индикатора для инициации процесса вставания.
    3. Убедитесь, что индикаторы джойстика светятся белым, что указывает на режим STANDING (стояние).
  2. Следите за появлением у пользователя устройства с SCI симптомов ортостатической гипотензии во время перехода из положения сидя в положение стоя.
  3. Инструктируйте пользователя устройства с SCI выполнить полуприсед, перенос веса тела влево и перенос веса тела вправо в режиме FREE (свободный).
    1. Объясните, что режим FREE может использоваться при повседневной деятельности (ADL) для облегчения досягаемости предметов, открывания дверей или шкафов, а также манипуляций с объектами.
    2. Активируйте режим FREE, нажав верхнюю правую кнопку на пульте дистанционного управления.
    3. Нажмите и удерживайте кнопку перехода из положения стоя в положение сидя, чтобы перевести устройство в режим READY-TO-SIT (готовность к приседанию).
    4. Разместите скамью позади экзоскелета перед началом любого маневра по присаживанию.
  4. Инструктируйте пользователя устройства с SCI потянуть и удерживать джойстик в сторону зеленого индикатора для инициации присаживания. Убедитесь, что пользователь устройства с SCI безопасно сел, прежде чем переходить к снятию устройства.
  5. Проведите структурированную программу обучения из четырех сессий, состоящую из упражнений по вставанию, присаживанию, балансу, безопасности, мобильности внутри помещений, мобильности на улице и сертификационных мероприятий. Обеспечьте прогресс в обучении от базовых задач вставания и присаживания до продвинутого уровня мобильности и выполнения действий повседневной жизни (ADL). Подробное содержание сессий, дозировка обучения, требования к количеству повторений, процедуры прогресса и сертификационные мероприятия представлены в Supplementary File 2 (Section S4, Training Progression Criteria).
    1. Требуйте от пары «пользователь устройства с SCI — сопровождающий» продемонстрировать компетентность в ходе каждой учебной сессии перед переходом к более сложным упражнениям.
  6. Проведите Сессию 5 в качестве аттестационной сессии и проверьте владение всеми необходимыми базовыми навыками, критически важными задачами, процедурами безопасности и теоретическими знаниями в соответствии с контрольным списком сертификации (Supplementary File 3).

9. Ходьба в помещении и амбулаторные функции

  1. Проинструктируйте пользователя устройства при травме спинного мозга (SCI) и сопровождающего лицом избегать столкновений со стенами, объектами или препятствиями при ходьбе внутри помещения.
  2. Используйте режим PRECISION для выполнения коротких движений вперед, назад и в стороны при маневрировании в ограниченном пространстве.
    1. Нажмите кнопку PAUSE, если при ходьбе встретится препятствие или возникнет опасная ситуация. Немедленно отпустите джойстик, чтобы остановить экзоскелет при обнаружении непосредственной опасности.
    2. Проинструктируйте сопровождающего всегда находиться в пределах досягаемости руки пользователя устройства SCI.
    3. Проинструктируйте сопровождающего держать обе руки на задней рукоятке при прохождении дверных проемов, порогов, переполненных коридоров или в других потенциально нестабильных условиях.
  3. Переместите джойстик в нужном направлении, чтобы начать ходьбу в режиме WALKING.
    1. Сместите и удерживайте джойстик влево или вправо для изменения направления, включая повороты на 180° и 360°.
  4. Активируйте режим PRECISION, нажав большую центральную кнопку на пульте дистанционного управления, и при необходимости выполните короткие шаги вперед, назад и в стороны.
  5. Активируйте режим FREE, нажав верхнюю правую кнопку на пульте дистанционного управления, и выполните боковые переносы веса, вытягивание вперед, перераспределение веса или движения в полуприседе.
  6. Снова нажмите кнопку режима FREE (чтобы выйти из этого режима) и возобновите ходьбу для преодоления порогов.
    1. Держите обе руки на задней рукоятке, помогая при прохождении дверных проемов, лифтов или порогов.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Полный план обучения, репрезентативные сценарии использования, процедуры прогрессии, требования к компетенциям и сертификационные оценки приведены в Дополнительных файлах 2 и 4.

10. Повседневная деятельность и ходьба на открытом воздухе

  1. Выполняйте гигиенические процедуры в ванной комнате, используя экзоскелет, включая мытье рук, чистку зубов и уход за волосами, стоя у раковины или зеркала.
    1. Используйте режимы PRECISION и FREE для правильного позиционирования пользователя устройства SCI и облегчения действий по дотягиванию до предметов.
    2. Выполняйте действия на кухне, используя режим FREE для доступа к нижним шкафам. Используйте режим PRECISION для перемещения вдоль столешницы и переноски легких предметов.
      ПРИМЕЧАНИЕ: Не перемещайте грузы массой ≥3.0 kg (≥6.6 lb) при использовании экзоскелета, так как система балансировки откалибрована по весу тела пользователя.
  2. Используйте сиденье, которое выдерживает комбинированный вес пользователя устройства SCI и экзоскелета, имея высоту 38–56 cm, минимальную глубину 40 cm и минимальную ширину 40 cm.
    1. Убедитесь, что расстояние между подлокотниками составляет не менее 60 cm во время сидения и вставания и не менее 90 cm во время надевания и снятия устройства.
    2. Используйте только устойчивые мягкие поверхности сидений, не имеющие колес.
  3. Используйте режим FREE, чтобы дотянуться до предметов, и режим PRECISION для безопасного маневрирования при приближении к поверхности сиденья или при вставании с нее.
  4. Ходите на улице по цементу, асфальту, ровному газону и по переходным поверхностям с уклоном ≤2% (1.15°) и неровностями поверхности ≤1.27 cm (0.5 in).
    1. Пройдите на улице минимальное расстояние 50 m с замером времени. Стимулируйте непрерывную ходьбу, но позволяйте пользователю устройства SCI делать паузы или останавливаться по мере необходимости.
    2. Не подвергайте экзоскелет воздействию воды, чрезмерного тепла, чрезмерного холода или прямых солнечных лучей.

1. Правила техники безопасности, уход за устройством и хранение

  1. Инструктируйте сопровождающего о необходимости немедленно обхватить заднюю рукоятку обеими руками, если экзоскелет начинает терять равновесие, и удерживать ее до полного восстановления устойчивости.
  2. Следите за системой аудиообратной связи во время использования устройства и немедленно реагируйте на оповещения о потере равновесия.
  3. Если падение становится неизбежным, позвольте системе контроля падения устройства активироваться и выполнить запрограммированную процедуру реагирования при падении вперед, назад или в сторону.
    1. Встаньте позади экзоскелета, одной рукой нажмите кнопку POWER, а другой продолжайте удерживать заднюю рукоятку. Направляйте экзоскелет при контролируемом спуске до тех пор, пока он не достигнет устойчивого положения на земле.
    2. Освободите все крепления и извлеките пользователя устройства с ТСХ из экзоскелета. При необходимости привлеките дополнительную помощь для экстренной эвакуации.
    3. Проведите экстренную эвакуацию, если пользователя устройства с ТСХ необходимо немедленно извлечь из экзоскелета.
  4. Проведите обучение и оценку пары «пользователь устройства с ТСХ — сопровождающий» по всем процедурам безопасности, процедурам контролируемого спуска и экстренной эвакуации перед сертификацией для независимого использования устройства. Подробные требования к обучению технике безопасности и процедуры сертификации приведены в Дополнительном файле 2 (Раздел S4, Тренировочная сессия 2: Обучение процедурам безопасности).
  5. Проверяйте индикатор заряда батареи перед каждым сеансом. Выключите экзоскелет и помогите пользователю устройства с ТСХ покинуть устройство перед зарядкой аккумулятора. Перед последующим использованием полностью зарядите аккумулятор.
  6. После каждого использования при выключенном питании экзоскелета очистите и продезинфицируйте все поверхности, контактирующие с пользователем и сопровождающим, используя либо очиститель на основе перекиси водорода, либо салфетки Super Sani-Cloth, в соответствии с рекомендациями производителя. Стирайте съемные тканевые компоненты согласно инструкциям производителя.
  7. Проводите плановое техническое обслуживание устройства в соответствии с рекомендациями производителя. Храните экзоскелет в сухом, хорошо проветриваемом помещении.

12. График обучения и оценки

  1. См. Дополнительный файл 2 (Раздел S4, Подробное описание визитов, программа тренировочных сессий и процедуры прогресса) для получения полной информации о графике тренировок и процедурах оценки. Сертификация основывается на успешном выполнении стандартизированного контрольного списка базовых и критических навыков (Дополнительный файл 3). Оценка эффективности включала 10MWT, 6MWT, SWOC39, ADLs, а также оценку процесса надевания и снятия устройства, как описано в Дополнительном файле 1.
    ПРИМЕЧАНИЕ: Если пара «пользователь устройства при SCI — сопровождающий» не справляется с одной или несколькими критическими задачами во время первой попытки теста на юзабилити, им предоставляется одна дополнительная возможность успешно выполнить эти задачи во время визитов 8 или 9.

Статистический анализ

Непрерывные переменные представлены как среднее значение ± стандартное отклонение (SD) и 95% доверительные интервалы (CI). Сравнения между участниками с тетраплегией (Tetra) и высокой параплегией (HPara) проводились с использованием непарного t-критерия. Результаты тренировочных сессий анализировали с помощью двухфакторного дисперсионного анализа (ANOVA) с повторными измерениями по факторам сессии (сессии 1–4 и сессия оценки 5) и группы по типу повреждения (Tetra против HPara). Анализируемые показатели включали общее время сессии, время в вертикальном положении, общее количество шагов и пройденную дистанцию. Величины эффекта для сравнений между Tetra и HPara рассчитывали с использованием d-критерия Коэна, определяемого как (X₁ − X₂)/s, где X₁ — среднее значение для Tetra, X₂ — среднее значение для HPara, а «s» — стандартное отклонение всей когорты исследования (N = 16)40.

Результаты

Шестнадцать пар «пользователь устройства с ТСИ — сопровождающий» завершили выполнение протокола, включая все визиты в рамках исследования с использованием самобалансирующего экзоскелета. Семь участников были классифицированы как имеющие тетраплегию (Tetra), от C4-A до C6-C, и девять — как имеющие высокую параплегию (HPara), от T1-A до T5-C. Демографические характеристики пользователей устройств с ТСИ и сопровождающих обобщены в Таблице 1. Не было обнаружено значимых различий между группами Tetra и HPara по возрасту (38 ± 20,5 против 49 ± 13,9 лет; p = .2274), длительности травмы (6,2 ± 8,4 против 9,6 ± 7,5 лет; p = .4128), росту (172 ± 5,8 против 176 ± 7,6 cm; p = .269) или возрасту сопровождающих (46 ± 19,4 против 3 ± 16,8 лет; p = .1712). Масса тела была значимо ниже в группе Tetra, чем в группе HPara (67,9 ± 9,3 против 83,9 ± 12,1 kg; p = .017). Индивидуальные данные участников представлены в Таблице 1.

ПИД-регуляторNLI, AISПолВозраст (л.)Рост (см)Вес (кг)DOI (y)ГруппаЭтиологияВозраст партнера (лет)Половой партнер
Тетраплегия
1C4, AМ2017852.23ТетраTr23М
2C4, CM4317372.610ТетраTr73F
3C5, BМ2117359.02ТетраTr54М
4C5, CM2816572.62ТетраTr39M
5C5, DM7318075.724ТетраNTr21F
6C6, AМ2316565.81.5ТетраTr61М
7C6, CМ5617077.10.9ТетраTr53F
Среднее или количествоM = 73817267.96.2n = 7Tr = 646M = 4
СО или количествоF = 020.55.89.38.4NTr = 119.4F = 3
Высокая параплегия
8T1, AМ54188938HParaTr27М
9T1, CМ2918377.19HParaTr32M
10Т3, АМ5718385.717HParaTr39М
11T4, AM7017089.83HParaNTr76F
12T4, AМ4916860.011HParaTr25F
13T4, CМ5917086.23HParaNTr27M
14T5, AМ5117872.625HParaTr24F
15T5, CМ2818099.82HParaTr23F
16T5, CМ4016891.08HParaNTr26M
Среднее значение или количествоM = 94917683.99.6n = 9Tr = 633M = 5
СО или количествоF = 013.97.612.17.5NTr = 316.8F = 4
Тетраплегия в сравнении с высокой параплегией
Нижняя граница 95% ДИ−7.578−3.0644.163−5.171−32.487
Верхняя граница 95% ДИ29.26111.85427.94411.8826.63
p-значение0.22740.22690.01170.41280.1712
Общая группа (N = 16)
Среднее значениеM = 164417576.88.1Тетра = 7Tr = 1239M = 9
СО (стандартное отклонение)F = 017.37.013.47.8HPara = 9NTr = 418.6F = 7

Таблица 1: Демографические характеристики пользователей экзоскелета с травмой спинного мозга и их сопровождающих Данные представлены в виде индивидуальных значений участников, а также в виде среднего значения ± стандартного отклонения (SD) или количества, в зависимости от контекста. Участники были разделены на группы с тетраплегией (Tetra, n = 7) и высокой параплегией (HPara, n = 9). Вес участников с тетраплегией был значимо ниже по сравнению с участниками с высокой параплегией (p = 0,017), в то время как значимых межгрупповых различий по возрасту, росту, длительности травмы или возрасту сопровождающего обнаружено не было. Для сравнений между группами приведены 95% доверительные интервалы (CI) и значения p. Сокращения: PID = идентификационный номер участника; NLI = неврологический уровень повреждения; AIS = шкала повреждений Американской ассоциации спинальных травм; DOI = длительность травмы; M = мужчина; F = женщина; Tetra = тетраплегия; HPara = высокая параплегия; Tr = травматическое повреждение; NTr = нетравматическое повреждение; SD = стандартное отклонение; CI = доверительный интервал Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать эту таблицу.

Безопасность контролировалась на протяжении всего исследования путем систематического сбора данных о нежелательных явлениях (НЯ). За время исследования, включавшего 144 визита пользователей устройства с травмой спинного мозга (ТСМ) и 14 визита сопровождающих, было зарегистрировано 17 НЯ, восемь из которых были связаны с устройством. Большинство НЯ, связанных с устройством, представляли собой легкое раздражение кожи и мышечные спазмы, что часто отмечается при использовании экзоскелета. В ходе одного тренировочного занятия произошло падение, связанное с устройством, когда экзоскелет неожиданно наклонился влево. Сопровождающий попытался удержать пациента обеими руками, но не смог предотвратить падение. Участник кратковременно коснулся поверхности земли левой рукой и безопасно приземлился в положении сидя с вытянутыми ногами. Питание экзоскелета было отключено, и устройство было положено плашмя на пол. Участник не сообщил о боли или дискомфорте, а осмотр врачом исследования не выявил отеков, покраснений, синяков, мест повышения температуры, ссадин или других повреждений. Участник был пересажен в инвалидное кресло при помощи двух человек и получил медицинский допуск к возобновлению тренировок. Серьезных нежелательных явлений (СНЯ), связанных с исследованием или устройством, не возникло, и ни один участник не прекратил участие из-за НЯ.

После четырех тренировочных сессий все 16 пользователей устройств SCI и их сопровождающих выполнили тест TUG в пределах заранее установленной цели ≤3 мин и достигли цели по показателю 6MWT ≥40 м. Одиннадцать из 16 участников (68,8%) достигли заранее установленной цели по показателю 10MWT ≥0,20 м/с. Пятнадцать из 16 участников (93,8%) успешно надели экзоскелет в течение целевого времени ≤10 мин, и все 16 участников (100%) успешно сняли экзоскелет в течение целевого времени. Индивидуальные данные участников и показатели LOA сопровождающих представлены в Таблице 2.

ID пациентаNLI, AISНадевание (мин)LOAСнятие (мин)LOATUG (мин)LOA6MWT (м)LOA10MWT (м/с)LOA
Целевой показатель ≤10 минЦелевой показатель ≤10 минЦелевой показатель ≤3 минЦелевой показатель ≥40 мЦелевой показатель ≥0.20 м/с
Тетраплегия (Tetra)
1C4, A4.211.412.525730.173
2C4, C1.213.112.126230.193
3C5, B3.711.312.825220.202
4C5, C5.311.112.027230.233
5C5, D4.720.822.227220.182
6C6, A7.012.222.416510.211
7C6, C4.811.511.92620.202
Среднее5.81.62.363.70.197
SD2.60.80.37.40.02
Кол-во и % достижения целевого показателя6 из 7
85.7%
7 из 7
10%
7 из 7
10%
7 из 7
10%
5 из 7
71.4%
Высокая параплегия (HPara)
8T1, A5.011.712.116320.182
9T1, C6.021.322.126330.193
10T3, A3.421.021.736030.193
1T4, A5.522.512.726020.173
12T4, A6.011.312.216710.231
13T4, C3.821.422.336.630.203
14T5, A3.320.922.8370.530.213
15T5, C6.111.611.8167.920.212
16T5, C4.110.623.0268.820.202
Среднее4.81.42.365.20.198
SD1.20.60.53.80.02
Кол-во и % достижения целевого показателя9 из 9
10%
9 из 9
10%
9 из 9
10%
9 из 9
10%
6 из 9
6.7%
Tetra (n=7) против HPara (n=9)
Нижняя граница 95% CI−2.295−0.464−0.3525−8.075−0.027
Верхняя граница 95% CI0.1410.570.49380.740.03
Размер эффекта (d Коэна)0.5230.309−0.086−0.272−0.038
p-значение0.0810.82570.1510.09960.186
Общая группа (N = 16)
Среднее или кол-во5.2581.4692.3164.50.198
SD или кол-во1.9130.6470.3795.510.018
Кол-во и % достижения целевого показателя15 из 16
93.8%
16 из 16
10%
16 из 16
10%
16 из 16
10%
1 из 16
68.8%

Таблица 2: Время надевания и снятия, показатели теста при ходьбе и уровень помощи сопровождающего Представлены индивидуальные результаты участников и суммарные групповые показатели для участников с тетраплегией (Tetra), высокой параплегией (HPara) и для всей группы в целом. Оцениваемые показатели включают время надевания, время снятия, тест «встать и пройти» (TUG), тест 6-минутной ходьбы (6MWT) и тест 10-метровой ходьбы (10MWT). Для каждой оценки указаны заранее определенные целевые показатели эффективности, установленные до начала исследования, а также приведены индивидуальные значения участников. Также указаны количество и процент участников, достигших каждого из предопределенных целевых показателей. Данные представлены в виде среднего значения ± стандартного отклонения (SD), абсолютных значений или процентов, в зависимости от контекста. Для сравнения показателей участников с тетраплегией и высокой параплегией приведены 95-процентные доверительные интервалы (CI), величины эффекта (d Коэна) и значения p. Между группами не было обнаружено статистически значимых различий ни по одному из измеряемых показателей (все p > 0,05). Для каждой оценки регистрировался сопутствующий уровень помощи (LOA). Сокращения: PID = идентификационный номер участника; NLI = неврологический уровень повреждения; AIS = шкала нарушений Американской ассоциации спинальных повреждений; LOA = уровень помощи (1 = максимальная помощь, 2 = перемежающаяся помощь, 3 = тесный контактный контроль или отсутствие физической помощи); TUG = тест «встань иди» (timed-up-and-go); 6MWT = тест 6-минутной ходьбы; 10MWT = тест 10-метровой ходьбы; min = минуты; m = метры; m/s = метры в секунду; SD = стандартное отклонение; CI = доверительный интервал; Tetra = тетраплегия; HPara = высокая параплегия. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать эту таблицу.

За четыре тренировочных сеанса и один сеанс оценки не было выявлено значимых различий между группами Tetra и HPara по общему времени сеанса (Рисунок 3A), времени пребывания в вертикальном положении (Рисунок 3B), количеству шагов (Рисунок 3C) или пройденному расстоянию (Рисунок 3D) (все p > .05). В обеих группах наблюдалось значимое улучшение по всем четырем показателям в ходе сеансов (p < .01) (Рисунок 3A–3D).

График сеансов тренировок с использованием экзоскелета; анализ времени, количества шагов и дистанции; данные о значимых улучшениях.
Рисунок 3Показатели в ходе сеансов обучения ходьбе с использованием экзоскелета. Результаты показателей эффективности в ходе четырех сеансов тренировки ходьбы с использованием экзоскелета (1–4) и сеанса оценки (5) для участников с тетраплегией (Tetra, n = 7) и высокой параплегией (HPara, n = 9).A) Общее время сеанса. (B) Время пребывания в вертикальном положении. (C) Общее количество этапов. (D) Дистанция ходьбы. Данные представлены в виде среднего значения ± стандартного отклонения (SD). В обеих группах наблюдалось значимое улучшение всех измеряемых показателей в ходе тренировочных сессий (ANOVA с повторными измерениями, основной эффект сессий, p < 0,001). Tetra = тетраплегия; HPara = высокая параплегия. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть этот рисунок в большем размере.

Четырнадцать из 16 участников (87,5%) успешно выполнили все шесть задач ADL, в то время как два участника (12,5%) успешно выполнили пять из шести задач ADL к 4-му сеансу (Таблица 3). LOA сопровождающего во время выполнения ADL представлены в Таблице 3.

ПИД-регуляторNLI, AIS1. Ходьба по коридору и ручное открывание дверей2. Действия на кухонном столе и полках3. Занятия у раковины и зеркала в ванной комнате4. Занятия в гостиной5. Навигация в лифте6. Ходьба на открытом воздухе ≥50 мВыполнил все 6 видов повседневной активности (ADL)Выполнил(а) 5 видов повседневной деятельности (ADL)
Тетраплегия (Tetra)
1C4, A332222
2C4, C222223
3C5, B222222
4C5, C122112
5C5, D222222
6C6, A11111НТ
7C6, C111112
Высокая параплегия (HPara)
8T1, A221212
9T1, C211121
10Т3, А332333
11T4, A232323
12T4, A111111
13Т4, C333323
14T5, A33222НТ
15T5, C131122
16T5, C111111
Общее количество участников
(Количество и % достижения цели по эффективности)
14/16
87.5%
2/16
12.5%

Таблица 3: Навыки повседневной жизнедеятельности, освоенные при использовании экзоскелета, и уровень помощи, оказываемой сопровождающим. Уровень помощи (LOA) со стороны сопровождающего фиксировался при выполнении шести видов повседневной деятельности (ADL): ходьба по коридору и прохождение через двери с ручным открыванием, действия у кухонной столешницы и полки, действия у раковины и зеркала в ванной комнате, действия в гостиной, перемещение в лифте и ходьба на открытом воздухе на расстояние не менее 50 м. Баллы LOA определялись следующим образом: 1 = максимальная помощь, 2 = периодическая помощь, 3 = плотный физический контроль или отсутствие физической помощи. Приводятся количество и процент участников, достигших заранее определенной цели по выполнению ADL. Четырнадцать из шестнадцати участников (87,5%) успешно справились со всеми шестью видами ADL, в то время как двое из шестнадцати (12,5%) успешно выполнили пять видов ADL. Двое участников с ТСХ не проходили (NT) оценку ходьбы на открытом воздухе из-за плохих погодных условий. Сокращения: PID = идентификационный номер участника; NLI = неврологический уровень повреждения; AIS = шкала нарушений Американской ассоциации спинальных травм; ADL = повседневная деятельность; LOA = уровень помощи; Tetra = тетраплегия; HPara = высокая параплегия; NT = не тестировалось. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать эту таблицу.

Пользователи устройств с SCI сообщили о среднем значении RPE 9,2 ± 2,6, что указывает на умеренное физическое напряжение при использовании экзоскелета. Показатели воспринимаемой безопасности были высокими как для пользователей устройств с SCI (6,9 ± 0,3), так и для сопровождающих (6,5 ± 0,8), что свидетельствует о высоком уровне воспринимаемой безопасности во время работы устройства. Большинство участников на протяжении всего исследования последовательно сообщали о самых высоких показателях безопасности.

В целом, большинство пользователей устройств при травмах спинного мозга (SCI) и их сопровождающих достигли заранее установленных показателей эффективности при оценке ходьбы и повседневной деятельности (ADL). Использование самобалансирующего экзоскелета сопровождалось легким ощущением физического напряжения и высокими оценками воспринимаемой безопасности как среди пользователей устройств с SCI, так и среди их сопровождающих.

Дополнительный файл 1. Стандартизированные описания методик оценки функциональных показателей, использованных в ходе исследования, включая тест 10-метровой ходьбы (10MWT), тест 6-минутной ходьбы (6MWT), стандартизированную полосу препятствий при ходьбе (SWOC), оценку повседневной активности (ADL), а также процедуры оценки навыков надевания и снимания одежды. В данном файле представлены стандартизированные процедуры оценки и определения результатов, на которые ссылается протокол, для обеспечения единообразного выполнения исследования во всех центрах.Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительный файл 2. Подробные сведения о сертификации инструкторов, отборе участников, подгонке устройства, генерации траекторий, проверке систем безопасности, программе обучения, критериях прогресса, процедурах сертификации и протоколах технического обслуживания устройств, использованных в ходе исследования. В данном файле представлены подробные рабочие процедуры, которые дополняют методы, описанные в основном протоколе, позволяя при этом сохранить удобочитаемость основного текста рукописи.Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы загрузить этот файл.

Дополнительный файл 3. Стандартизированный контрольный список базовых навыков, критически важных задач и критериев сертификации, используемый для оценки компетентности пары «пользователь устройства SCI — сопровождающее лицо» в процессе обучения и сертификации. Данный контрольный список использовался для стандартизации оценки компетенций и сертификации всех участников и центров исследования.Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Дополнительный файл 4. Сводка стандартизированных сценариев использования, репрезентативных задач и оценок юзабилити, проведенных в ходе обучения и сертификации пар «пользователь устройства для SCI — сопровождающее лицо». В данном файле обобщены стандартизированные сценарии использования, применяемые для оценки безопасности работы устройства и удобства его эксплуатации в процессе обучения и сертификации участников.Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы скачать этот файл.

Обсуждение

В данном проспективном исследовании описываются методы обучения лиц с тетраплегией (Tetra) и высокой параплегией (HPara) использованию самобалансирующегося экзоскелета в течение четырех тренировочных сессий. На данной выборке из 16 пользователей устройства с травмой спинного мозга (SCI) и 16 сопровождающих предварительные результаты подтверждают возможность приобретения навыков ходьбы и мобильности, необходимых для управления устройством. Помощь сопровождающего, измеряемая по шкале LOA, чаще всего требовалась при надевании и снятии устройства и реже всего — во время оценки навыков ходьбы. В рамках данной небольшой выборки серьезных нежелательных явлений (SAEs) не наблюдалось, а никакие нежелательные явления (AEs) не привели к выходу участников из исследования.

Ранее не проводилось систематического обучения и оценки лиц с тетраплегией в вопросах использования экзоскелетов для ходьбы в личных, домашних и общественных условиях. Аналогичным образом, доступ к экзоскелетам для личного или домашнего использования был ограничен для лиц с параплегией на уровне T6 и выше из-за нарушения работы мышц туловища и снижения постурального контроля25,26,27. Настоящее исследование продемонстрировало возможность выполнения сложных задач по перемещению, включая переходы из положения сидя в положение стоя, непрерывную ходьбу, повороты и контролируемую остановку с помощью самобалансирующегося экзоскелета.

Примечательно, что самобалансирующаяся конструкция может восполнить критический пробел для лиц с более высоким уровнем повреждения спинного мозга (SCI), у которых отсутствует достаточная функция кистей рук и/или стабильность туловища, необходимые для традиционных систем, зависящих от использования костылей31,32,33,34,35,36,37. Эта технология также позволяет новой группе пользователей выполнять повседневные действия по уходу за собой (ADLs) без помощи рук, такие как личная гигиена у раковины, приготовление пищи и уборка на кухне, что было затруднительно при использовании экзоскелетных устройств предыдущих поколений.

Хотя скорость походки и дистанция ходьбы не были первичными конечными точками данного исследования, оба этих показателя зависят от запрограммированной скорости ходьбы устройства и способности пользователя своевременно переносить вес тела. Скорости ходьбы, достигнутые в этом исследовании, оказались ниже тех, что были зарегистрированы для двух других одобренных FDA экзоскелетов, предназначенных для личного использования11,13,21. Более высокие скорости ходьбы при помощи экзоскелета, описываемые в литературе, обычно достигаются с использованием экзоскелетов, зависящих от вспомогательных устройств, лицами с низким уровнем SCI, которые могут активно участвовать в переносе веса и инициации походки13,21. Дополнительное улучшение показателей ходьбы может быть достигнуто при увеличении объема тренировок, что было продемонстрировано в более длительных исследованиях экзоскелетов, зависящих от вспомогательных устройств10,21. Тем не менее, полученные результаты свидетельствуют о том, что ходьба по поверхности может быть достигнута лицами с высоким уровнем SCI всего после четырех или пяти тренировочных сессий. Скорости и дистанции ходьбы, наблюдаемые в данном исследовании, могут быть достаточными для использования устройства внутри помещений.

Небольшой размер выборки ограничивает возможность обобщения этих результатов. Кроме того, обучение и оценки проводились в контролируемых условиях и могут не в полной мере отражать сложность и вариативность домашних и общинных условий. Более того, протокол обучения был ориентирован на краткосрочную применимость и осуществимость; долгосрочное сохранение навыков и устойчивое воздействие на здоровье, функциональное состояние и качество жизни не оценивались.

Важным выводом данного протокола является то, что как пользователи устройств при ТСП, так и их сопровождающие смогли приобрести необходимые навыки за относительно короткий период обучения. Этот клинически осуществимый временной интервал согласуется с предыдущими отчетами, демонстрирующими, что структурированное обучение с использованием экзоскелета позволяет успешно обучить навыкам активной ходьбы по поверхности лиц с ТСП13,21,28. Насколько нам известно, это первое клиническое исследование ходьбы с помощью экзоскелета, сосредоточенное на трех новых областях: (1) оценка самобалансирующегося экзоскелета, предназначенного для личного использования; (2) включение лиц с тетраплегией и неполной параплегией; и (3) совместное обучение и оценка пользователей устройств при ТСП и их сопровождающих для обеспечения безопасной эксплуатации, владения навыками мобильности и выполнения повседневных действий (ADLs).

Раскрытие информации

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов, связанного с исследованием, авторством или публикацией данной статьи. Несмотря на то, что данное исследование получило частичное промышленное финансирование от компании Wandercraft, Inc., исследователи не получали от компании никакой личной финансовой компенсации.

Сотрудники компании Wandercraft, Inc. не принимали участия в наборе участников, сборе данных, анализе данных, интерпретации результатов или подготовке раздела «Результаты» данной рукописи. Исследователи несли полную ответственность за дизайн исследования, его проведение, анализ данных, интерпретацию полученных результатов и подготовку рукописи.

Благодарности

Авторы выражают глубокую благодарность всем, кто щедро уделил свое время для участия в данном исследовании. Авторы также благодарят за институциональную поддержку Медицинский центр по делам ветеранов имени Джеймса Дж. Питерса и Фонд Кесслера/Институт реабилитации Кесслера. Данное исследование было частично поддержано компанией Wandercraft, Inc. посредством гранта от промышленного спонсора, предоставленного в рамках Соглашений о совместных исследованиях и разработках в каждом центре проведения исследования при наличии соответствующих этических и юридических разрешений. Дополнительная поддержка персоналом и оборудованием была предоставлена Центром исследований повреждений спинного мозга и Службой по лечению травм и расстройств спинного мозга при Медицинском центре по делам ветеранов имени Джеймса Дж. Питерса (Бронкс, Нью-Йорк, США), а также Фондом Кесслера/Институтом реабилитации Кесслера (Уэст-Оранж, Нью-Джерси, США).

Материалы

Список материалов, использованных в этой статье
ИмяКомпанияКаталожный номерКомментарии
Секундомер Accusplit Pro Survivor 601XAccusplit601XИспользуется для замера времени надевания/снятия [одежды или оборудования], а также для проведения тестов «Встать и идти» (TUG), теста 10-метровой ходьбы (10MWT), теста 6-минутной ходьбы (6MWT) и стандартизированного теста с полосой препятствий при ходьбе (SWOC).
Зарядное устройство для аккумулятораWandercraft, Inc.Поскольку исходный текст не был предоставлен, пожалуйста, введите текст для перевода.Используется для зарядки аккумулятора экзоскелета перед использованием устройства.
Моющие напольные весы Defender 3000OHAUS Corporationi-DF33Используется для измерения общего и раздельного веса участника с травмой спинного мозга, инвалидной коляски и других средств передвижения.
Перекладочная доска Duro-Med, 8 дюймов × 30 дюймовBriggs Healthcare518-1754-0400Используется при необходимости пересаживания из инвалидного кресла в экзоскелет.
Очищающее средство на основе перекиси водородаЛюбой имеющийся в коммерческой продажеНет данныхИспользуется для очистки и дезинфекции поверхностей, с которыми контактирует пользователь и сопровождающее лицо, после каждого применения.
Насадки для джойстикаWandercraft, Inc.Поскольку исходный текст не был предоставлен, пожалуйста, отправьте текст для перевода.Для выбора пользователем в зависимости от комфорта и возможностей управления рукой предлагаются три варианта крепления джойстика.
Секундомер LEAPLeaptimer Industrial Co., Ltd.PC2810Используется для измерения времени надевания/снятия [одежды или вспомогательных средств], а также при проведении следующих тестов: теста «Встань и иди» (TUG), теста 10-метровой ходьбы (10MWT), теста 6-минутной ходьбы (6MWT) и стандартизированного теста на преодоление препятствий при ходьбе (SWOC).
Lunar iDXA Advance с системой iDXA Table, программным обеспечением iDXA Advanced Package, программным обеспечением Corescan и программным обеспечением Orthopedic KneeGE Healthcare, Inc.H8646LA, H8696AM, H8801CS, H8650KNСканер для двухэнергетической рентгеновской абсорбциометрии (DXA), используемый для измерения общей массы тела (веса), Т-критериев бедренной кости и минеральной плотности костной ткани (МПК) коленного сустава.
Зажимы для олимпийского грифа, 2 дюймаRitFitПоскольку исходный текст не был предоставлен, пожалуйста, введите текст для перевода.Используется для фиксации обременений (дисков) во время процедур сопутствующего скрининга.
Олимпийские диски для штангиWostooПоскольку исходный текст не был предоставлен, пожалуйста, отправьте текст, который необходимо перевести.Используется при проведении процедур скрининга компаньонов.
Стол для физиотерапии (складная настенная платформа-мат для бариатрических пациентов, модель Bariatric Space Saver Wall Folding Mat Platform Model 1422)Hausmann Industries, Inc.1422-3078-L01V26Используется для проведения антропометрических измерений и оценки амплитуды движений у участников с травмой спинного мозга (ТСМ) во время скрининга. Также применяется для выполнения упражнений на растяжку до и после сеансов исследования.
Пластиковые клинья для фиксации основанияWandercraft, Inc.Поскольку исходный текст не был предоставлен, пожалуйста, отправьте текст для перевода.Используется для компенсации ограниченного тыльного сгибания голеностопного сустава при подгонке устройства.
Защитная пенопластовая прокладкаWandercraft, Inc.Данные отсутствуютНаносится в места контакта с устройством при необходимости для повышения комфорта и снижения трения.
Самобалансирующийся экзоскелетWandercraft, Inc.Поскольку исходный текст не был предоставлен, пожалуйста, введите текст, который необходимо перевести.Моторизованный экзоскелет нижних конечностей с функцией самобалансировки, используемый для обучения и оценки участников.
Контейнер Super Sani-Cloth большого размера (160 салфеток)PDI Healthcare, Inc.Q55172Используется для очистки и дезинфекции поверхностей, контактирующих с пользователем и животным, после каждого применения. Активные ингредиенты включают 55% изопропилового спирта и 0,50% четвертичных аммониевых соединений. Для дезинфекции использовалось минимальное время экспозиции 2 мин.
Монитор показателей жизнедеятельности серии 6000Welch Allyn901060Используется для регистрации артериального давления и частоты сердечных сокращений до, во время и после использования экзоскелета.
Монитор показателей жизнедеятельности с сенсорным экраном Radical-7 и стойкойMasimo CorporationRoot Multimodal Base 9515; Radical-7 RDS7AИспользовалось для регистрации артериального давления и частоты сердечных сокращений до, во время и после сеансов использования экзоскелета.

Ссылки

  1. Kirshblum S, Schmidt Read M, Rupp R. Classification challenges of the 2019 revised International Standards for Neurological Classification of Spinal Cord Injury (ISNCSCI). Spinal Cord. 2022;60:11-17.
  2. Lynch AC, et al. Bowel dysfunction following spinal cord injury: a description of bowel function in a spinal cord-injured population and comparison with age and gender matched controls. Spinal Cord. 2000;38:717-723.
  3. Park SE, et al. Impact of bladder, bowel and sexual dysfunction on health status of people with thoracolumbar spinal cord injuries living in the community. J Spinal Cord Med. 2017;40:548-559.
  4. Koyuncu E, et al. Neurogenic bowel dysfunction and its effect on quality of life in patients with spinal cord injury. J PMR Sci. 2017;20:77-82.
  5. Zhu C, et al. A retrospective chart review of heart rate and blood pressure abnormalities in veterans with spinal cord injury. J Spinal Cord Med. 2013;36:463-475.
  6. Wecht JM, Bauman WA. Implication of altered autonomic control for orthostatic tolerance in SCI. Auton Neurosci. 2018;209:51-58.
  7. Handrakis JP, et al. Self-reported effects of cold temperature exposure in persons with tetraplegia. J Spinal Cord Med. 2017;40:389-395.
  8. Spungen AM, Dicpinigaitis PV, Almenoff PL, Bauman WA. Pulmonary obstruction in individuals with cervical spinal cord lesions unmasked by bronchodilator administration. Spinal Cord. 1993;31(6):404-407.
  9. Spungen AM, et al. Self-reported prevalence of pulmonary symptoms in subjects with spinal cord injury. Spinal Cord. 1997;35:652-657.
  10. Edwards DJ, et al. Walking improvement in chronic incomplete spinal cord injury with exoskeleton robotic training (WISE): a randomized controlled trial. Spinal Cord. 2022;60:522-532.
  11. Esquenazi A, Talaty M, Packel A, Saulino M. The ReWalk powered exoskeleton to restore ambulatory function to individuals with thoracic-level motor-complete spinal cord injury. Am J Phys Med Rehabil. 2012;91:911-921.
  12. Spungen AM, et al. Exoskeletal-assisted walking in veterans with paralysis: a randomized clinical trial. JAMA Netw Open. 2024;7:e2431501.
  13. Tefertiller C, et al. Initial outcomes from a multicenter study utilizing the Indego powered exoskeleton in spinal cord injury. Top Spinal Cord Inj Rehabil. 2018;24:78-85.
  14. Tsai CY, et al. Exoskeletal-assisted walking during acute inpatient rehabilitation leads to motor and functional improvement in persons with spinal cord injury: a pilot study. Arch Phys Med Rehabil. 2020;101:607-612.
  15. Yang A, et al. Assessment of in-hospital walking velocity and level of assistance in a powered exoskeleton in persons with spinal cord injury. Top Spinal Cord Inj Rehabil. 2015;21:100-109.
  16. Zeilig G, et al. Safety and tolerance of the ReWalk exoskeleton suit for ambulation by people with complete spinal cord injury: a pilot study. J Spinal Cord Med. 2012;35:96-101.
  17. Asselin P, et al. Effect of exoskeletal-assisted walking on soft tissue body composition in persons with spinal cord injury. Arch Phys Med Rehabil. 2021;102:196-202.
  18. Asselin P, et al. Heart rate and oxygen demand of powered exoskeleton-assisted walking in persons with paraplegia. J Rehabil Res Dev. 2015;52:147-158.
  19. Chun A, et al. Changes in bowel function following exoskeletal-assisted walking in persons with spinal cord injury: an observational pilot study. Spinal Cord. 2020;58:459-466.
  20. Gorman PH, et al. The effect of exoskeletal-assisted walking on spinal cord injury bowel function: results from a randomized trial and comparison to other physical interventions. J Clin Med. 2021;10(5):964.
  21. Hong E, et al. Mobility skills with exoskeletal-assisted walking in persons with SCI: results from a three-center randomized clinical trial. Front Robot AI. 2020;7:93.
  22. Knezevic S, et al. Oxygen uptake during exoskeletal-assisted walking in persons with paraplegia. Arch Phys Med Rehabil. 2021;102:185-195.
  23. Raab K, Krakow K, Tripp F, Jung M. Effects of training with the ReWalk exoskeleton on quality of life in incomplete spinal cord injury: a single case study. Spinal Cord Ser Cases. 2016;2:15025.
  24. Tamburella F, et al. Overground robotic training effects on walking and secondary health conditions in individuals with spinal cord injury: systematic review. J Neuroeng Rehabil. 2022;19:27.
  25. Marinov B. Indego cleared by FDA for clinical and personal use [Internet]. Available from: https://exoskeletonreport.com/2016/03/indego-cleared-fda-clinical-personal-use/. Published 2016.
  26. Marinov B. Intended use of the 11 FDA-approved medical exoskeletons in 2023 [Internet]. Available from: https://exoskeletonreport.com/2023/03/intended-use-of-the-11-fda-approved-medical-exoskeletons-in-2023/. Published 2023.
  27. ReWalk Robotics. ReWalk personal exoskeleton. Marlborough (MA): ReWalk Robotics; 2014.
  28. Asselin PK, et al. Training persons with spinal cord injury to ambulate using a powered exoskeleton. J Vis Exp. 2016;112:54071.
  29. Ramanujam A, et al. Mechanisms for improving walking speed after longitudinal powered robotic exoskeleton training for individuals with spinal cord injury. In: Proceedings of the Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society; 2018. p. 2805-2808.
  30. Ramanujam A, et al. Dynamic margins of stability during robot-assisted walking in able-bodied individuals: a preliminary study. Front Robot AI. 2020;7:574365.
  31. Strickland E. An exoskeleton made for dancing: the self-balancing Xomotion promises greater agility. IEEE Spectrum. 2025;62(6):24-63.
  32. Honari D, et al. XoPercept: fine-grained RGB-D perception and mapping for safe navigation in wearable humanoid exoskeletons. In: IEEE-RAS 24th International Conference on Humanoid Robots (Humanoids); Seoul, Republic of Korea; 2025. p. 609-616.
  33. Tian D, et al. Self-balancing exoskeleton robots designed to facilitate multiple rehabilitation training movements. IEEE Trans Neural Syst Rehabil Eng. 2024;32:293-303.
  34. Kerdraon J, et al. Evaluation of safety and performance of the self-balancing walking system Atalante in patients with complete motor spinal cord injury. Spinal Cord Ser Cases. 2021;7:71.
  35. Tian D, et al. A self-balancing bipedal exoskeleton AutoLEE-G3 with bioinspired design and control. IEEE/ASME Trans Mechatron. 2025:1-12. doi:10.1109/TMECH.2025.3642327.
  36. Tian D, et al. Biomimetic viscoelastic compliance control for self-balancing lower limb exoskeleton. IEEE Trans Ind Inform. 2024;20:13502-13512.
  37. Wandercraft. Eve self-balancing exoskeleton [Internet]. Available from: https://en.wandercraft.eu/. Accessed on February 13, 2026.
  38. Wandercraft. Walking at home and outdoors with Eve [Internet]. Available from: https://en.wandercraft.eu/. Published 2025.
  39. Held SL, Kott KM, Young BL. Standardized Walking Obstacle Course (SWOC): reliability and validity of a new functional measurement tool for children. Pediatr Phys Ther. 2006;18(1):23-30.
  40. Cohen J. Statistical power analysis for the behavioral sciences. 2nd ed. Hillsdale (NJ): Lawrence Erlbaum Associates; 1988.

Перепечатки и разрешения

Теги

TUG
Видео скоро будет доступно