Aktiiviset alaraajaeksoskeletonit liikkumisen tukena

Aktiiviset alaraajaeksoskeletonit ovat moottorisoituja puettavia robotteja, jotka avustavat tai ohjaavat lonkan, polven ja nilkan liikettä kävelyn mahdollistamiseksi tai uudelleenoppimiseksi. Niitä tutkitaan kahdessa pääkäyttötarkoituksessa: liikkumisen apuvälineinä henkilöille, joilla on vakava alaraajan halvaus — kuten täydellinen selkäydinvamma motorisesti — sekä kävelykuntoutuksen harjoittelualustoina, joilla toteutetaan intensiivistä ja toistuvaa harjoittelua neurologisen kuntoutuksen yhteydessä, esimerkiksi aivohalvauksen jälkeen. Laitteiden toiminta perustuu kävelysykliin, ja avustava voima ajoitetaan tuki- ja heilahdusvaiheen mukaisesti.

Definition

Aktiivinen alaraajaeksoskeletti on moottorisoitu puettava ortoosilaite, joka ulottuu yhden tai useamman alaraajan nivelen yli ja tuottaa aktuoitua vääntömomenttia kävelysyklin tahdissa seisomisen ja askeltamisen mahdollistamiseksi tai tehtäväspesifisen kävelykuntoutuksen toteuttamiseksi.

Scope

Aihe kattaa moottorisoitujen alaraajaeksoskeletonien toiminnan, kohdepopulaatiot ja kuntoutuksen perustelut kävelyssä sekä kävelyvaiheisiin perustuvan logiikan ja avustavat strategiat. Se ei kata yläraajalaittteita, passiivisia ortoosia tai protetiikkaa (jotka käsitellään erillisinä aiheina). Kyseessä on opetuksellinen viitekatsaus; se ei ole kliininen protokolla, soveltuvuusohje eikä laitesuositus.

Core questions

• Miten moottorisoitu alaraajaeksoskeletti mahdollistaa kävelyn tai sen uudelleenoppimisen?
• Mitä populaatioita on tutkittu — selkäydinvamma, aivohalvaus ja muut?
• Miten avustus koordinoidaan kävelysyklin vaiheiden kanssa?
• Mikä on kuntoutuksen perustelu intensiiviselle robottiavusteiselle kävelyharjoittelulle?

Key concepts

• Kävelysykli ja kävelyvaiheperusteinen ohjaus
• Tukivaiheen tuki ja heilahdusvaiheen avustaminen
• Robottiavusteinen kävelykuntoutus
• Tarpeen mukainen avustaminen (assist-as-needed)
• Maastokäyttöiset laitteet verrattuna juoksumattoperusteisiin laitteisiin
• Tehtäväspesifinen toistuva harjoittelu
• Tasapaino sekä riippuvuus kyynärsauvoista tai kävelutuesta

Mechanisms

Moottorisoitu alaraajaeksoskeletti tunnistaa käyttäjän asennon ja kävelysyklin vaiheen sekä tuottaa aktuoitua vääntömomenttia lonkassa ja polvessa (sekä toisinaan nilkassa) kehon painon kannattelemiseksi tukivaiheen aikana ja raajan eteenpäin viemiseksi heilahdusvaiheen aikana. Halvautuneiden henkilöiden maastokäyttöön tarkoitetut laitteet tuottavat ennalta määriteltyjä askellusmalleja, joita käynnistetään painonsiirron tai ohjainlaitteen avulla; käyttäjä tarvitsee tyypillisesti kyynärsauvat tai kävelytuen tasapainon ylläpitämiseen [esquenazi-2012]. Kuntoutuslaitteet pyrkivät sen sijaan herättelemään ja muovaamaan potilaan omaa liikettä: tarpeen mukainen avustaminen (assist-as-needed) ja trajektorinohjausstrategiat antavat ainoastaan sen avun, joka tarvitaan askeleen suorittamiseen [banala-2009][bortole-2015]. Eri laitemalleissa avustavan logiikan jäsentelyssä hyödynnetään kävelysykliä ja kussakin vaiheessa annettavan tuen tasoa [yan-2015].

Clinical relevance

Näitä laitteita tutkitaan keinona palauttaa pystyasennossa liikkuminen vakavasti alaraajavammaisille henkilöille sekä tehostaa kävelyharjoittelua kuntoutuksen aikana. Varhaisten kliinisten raporttien mukaan maastokäyttöiset eksoskeletonit mahdollistavat liikkumisen selkäydinvammaisten henkilöiden kohdalla [esquenazi-2012], ja robottiavusteisen kävelykuntoutuksen toteuttamiskelpoisuus aivohalvauksen jälkeen on osoitettu [bortole-2015]. Tässä kuvataan laitteiden toimintaa ja tutkimustuloksia; soveltuvuuden, annostuksen tai yksilöllisten tulosten arviointi edellyttää erikoislääkärin arviota.

Evidence & guidelines

Nykyinen näyttö perustuu pääasiassa toteutettavuustutkimuksiin, pieniin kohortteihin ja teknisiin katsauksiin suurten satunnaistettujen kokeiden sijaan [esquenazi-2012][bortole-2015][yan-2015]. Tulokset kävelynopeuden, kestävyyden ja avustamattomaan kävelyyn siirtymisen osalta ovat alustavia ja laitekohtaisia, ja lukijoiden on suositeltavaa tarkistaa ajantasaiset systemaattiset katsaukset sekä kunkin tuotteen sääntelyinformaatio.

History

Robottiavusteinen kävely kehittyi ensin kytkettyjä, juoksumattopohjaisia harjoituslaitteita hyödyntämällä 1990-luvun lopulla ja 2000-luvulla, minkä jälkeen siirryttiin kohti kannettavia, maastokäyttöisiä eksoskeletoneja 2010-luvulla. Aktiivisten jalkaeksoskeletonien tutkimuksessa vakiinnutettiin tarpeen mukaisen kävelykuntoutuksen käsitteet [banala-2009], ja puettavat maastokäyttöiset järjestelmät toivat moottorisoitavan askeltamisen motorisesti täydellisten selkäydinvammaisten henkilöiden saataville [esquenazi-2012]; rinnakkaistyö laajensi lähestymistavan myös aivohalvauksen kuntoutukseen [bortole-2015].

Debates

Siirtyvätkö robottiavusteisen kävelyn harjoitusvaikutukset avustamattomaan kävelyyn?

Se, parantaako toistuva, laiteohjattu askeltaminen kävelyä ilman laitetta, on edelleen kiistanalaista; tulokset vaihtelevat kohdepopulaation, laitteen ja harjoitteluprotokollan mukaan.

Kuinka paljon laite saa tehdä potilaan puolesta?

Täydellinen raajan ohjaus varmistaa oikean kinetiikan mutta saattaa vähentää tahdonalaista ponnistelua, kun taas tarpeen mukainen ohjaus pyrkii pitämään potilaan aktiivisesti osallistuvana; optimaalinen tasapaino on edelleen selvittämättä.

Seminal works

• esquenazi-2012
• banala-2009
• bortole-2015

Frequently asked questions

Voiko moottorisoitu eksoskeletti antaa halvaantuneelle henkilölle kyvyn kävellä uudelleen?

Joissakin tutkimuksissa maastokäyttöiset eksoskeletonit ovat mahdollistaneet seisomisen ja askeltamisen motorisesti täydellisen selkäydinvamman saaneille henkilöille, tavallisesti kyynärsauvojen tai kävelytuen avulla tasapainon ylläpitämiseksi. Tulokset ovat laite- ja yksilökohtaisia, ja käyttö edellyttää kliinistä valvontaa; tämä katsaus on opetuksellinen eikä takaa yksittäisiä tuloksia.

Miksi alaraajaeksoskeletoneja käytetään aivohalvauksen kuntoutuksessa?

Ne mahdollistavat suuren määrän ohjattuja tai avustettuja askellustoistoja, mikä vastaa tehtäväspesifisen, intensiivisen harjoittelun kuntoutusperiaatetta. Se, parantaako tämä avustamatta kävelemistä, vaihtelee potilaan ja protokollan mukaan ja on edelleen tutkimuksen kohteena.