Роботизированный бедренный экзоскелет показывает обещающие результаты в помощи пациентам после инсульта восстановить шаг.

Более 80% переживших инсульт испытывают трудности с ходьбой, что значительно влияет на их повседневную жизнь, независимость и общее качество жизни. Новое исследование Университета Массачусетса в Амхерсте продвигает границы восстановления после инсульта с помощью уникального роботизированного бедренного экзоскелета, разработанного как тренировочный инструмент для улучшения ходьбы. Это открывает возможность новых методов терапии, которые могут быть более доступными и проще переносимыми из клинической практики в повседневную жизнь по сравнению с текущими методами реабилитации.

После инсульта у людей часто возникает асимметрия при ходьбе, когда один шаг короче другого. Исследование, опубликованное в IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, показывает, что роботизированный бедренный экзоскелет потенциально способен эффективно тренировать людей для изменения их асимметрии при ходьбе, что представляет собой перспективное направление в реабилитации после инсульта.

Подход к реабилитации

Подход, применяемый в экзоскелете, вдохновлен сплит-белт беговыми дорожками — специализированными машинами с двумя расположенными рядом лентами, движущимися с разной скоростью. Предыдущие исследования показали, что повторная тренировка на сплит-белт дорожке может уменьшить асимметрию ходьбы у пациентов после инсульта.

Уотер Хугкамер, доцент кинезиологии и автор статьи, последние десять лет изучает сплит-белт дорожки. «Тренировка на сплит-белт беговой дорожке предназначена для усиления асимметрии ходьбы пациента после инсульта за счет работы лент под каждой ступней на разных скоростях. Со временем нервная система адаптируется, так что при установке лент на одинаковую скорость человек начинает ходить более симметрично», — говорит он.

К сожалению, существуют ограничения в преимуществах, получаемых от методов тренировки на дорожке. «То, чему научились на дорожке, не полностью переносится на ходьбу по поверхности», — говорит Бану Абдикадирова, соискательница степени доктора философии по механической и промышленной инженерии и ведущая авторка исследования. «Это потому, что ходьба на дорожке не совсем то же самое, что ходьба по земле».

«Конечная цель реабилитации походки — не улучшить ходьбу на беговой дорожке, а улучшить локомоторную функцию при ходьбе по поверхности», — говорит Меган Хубер, доцент механической и промышленной инженерии и старшая авторка статьи. «С учетом этого наша задача — разработать методы реабилитации походки, которые приводили бы к функциональным улучшениям в реальных условиях».

Разработка новых методов

С этой мотивацией команда Университета Массачусетса искала новый способ усилить асимметрию ходьбы без использования дорожки.

Это доказательное исследование показало, что приложение сопротивления вокруг одного тазобедренного сустава и помощи вокруг другого с помощью их экзоскелета имитировало эффекты тренировки на сплит-белт дорожке у людей с нормальной нервной системой.

Теперь, когда исследовательская группа доказала, что экзоскелет может изменять асимметрию походки, они стремятся перенести свои исследования в условия ходьбы по поверхности, более приближенные к реальной жизни.

«Поскольку наш экзоскелет портативен, его можно использовать при ходьбе по поверхности», — говорит Марк Прайс, постдокторский исследователь в области механической и промышленной инженерии и кинезиологии и соавтор статьи. «Мы можем опираться на успехи тренировки на сплит-белт дорожке с помощью этого устройства, чтобы повысить доступность тренировки походки и улучшить перенос преимуществ тренировки в повседневные условия».

Исследователи также планируют расширить работу, измеряя нейронные изменения, вызванные ходьбой с экзоскелетом, и испытать этот новый метод на пациентах после инсульта.

«Портативный экзоскелет предлагает numerosas клинические преимущества», — говорит Абдикадирова. «Такое устройство может быть бесшовно интегрировано в повседневную жизнь людей с хроническими последствиями инсульта, предлагая доступный способ увеличения времени тренировок, что критично для улучшения ходьбы. Его также можно использовать на ранних стадиях вмешательства в больницах для улучшения функциональных результатов».

Роботизированный бедренный экзоскелет — лишь одно из инновационных устройств, разработанных совместной командой студентов бакалавриата, аспирантов и постдоков из лаборатории Human Robot Systems под руководством Хубер и лаборатории Integrative Locomotion под руководством Хугкамера для изучения и улучшения функции походки.

«Вдохновляюще наблюдать инновации, которые возникают, когда люди из разных областей объединяются вокруг общей цели», — говорит Хубер. «Только через такого рода междисциплинарные исследования мы можем создать технологии, которые действительно повлияют на жизни людей».

Banu Abdikadirova, Mark Price, Jonaz Moreno Jaramillo, Wouter Hoogkamer, Meghan E. Huber. Gait Adaptation to Asymmetric Hip Stiffness Applied by a Robotic Exoskeleton. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, 2024; 32: 791 DOI: 10.1109/TNSRE.2024.3354517