Активные экзоскелеты нижних конечностей для передвижения

Активные экзоскелеты нижних конечностей — это носимые роботизированные устройства с электроприводом, которые приводят в движение или поддерживают тазобедренный, коленный и голеностопный суставы, чтобы обеспечить или восстановить ходьбу. Они изучаются в двух основных ролях: как средства передвижения, позволяющие людям с тяжелым параличом нижних конечностей — например, при полном повреждении спинного мозга — стоять и ходить, и как платформы для тренировки походки, обеспечивающие высокоинтенсивную, повторяющуюся практику во время неврологической реабилитации, например, после инсульта. Их поведение организовано вокруг цикла походки, обеспечивая поддержку синхронно с фазами опоры и переноса.

Definition

Активный экзоскелет нижних конечностей — это носимый ортез с электроприводом, охватывающий один или несколько суставов нижних конечностей, который обеспечивает управляемый крутящий момент, синхронизированный с циклом походки, для обеспечения стояния и шагания или для проведения целенаправленной тренировки походки.

Scope

Тема охватывает функции, целевые группы населения и реабилитационное обоснование использования экзоскелетов нижних конечностей с электроприводом для ходьбы, а также логику фаз походки и стратегии помощи, которые ими управляют. Она не охватывает устройства для верхних конечностей, пассивные ортезы или протезы конечностей (рассматриваемые в смежных темах). Это справочно-образовательный обзор; он не является клиническим протоколом, правилом отбора или рекомендацией по устройству.

Core questions

• Как экзоскелеты нижних конечностей с электроприводом обеспечивают или восстанавливают ходьбу?
• Какие группы населения были изучены — повреждение спинного мозга, инсульт и другие?
• Как помощь координируется с фазами цикла походки?
• Каково реабилитационное обоснование высокоповторной роботизированной тренировки походки?

Key concepts

• Цикл походки и контроль фаз походки
• Поддержка в фазе опоры и помощь в фазе переноса
• Роботизированная тренировка походки
• Стратегии «помощь по мере необходимости»
• Устройства для передвижения по земле в сравнении с устройствами на беговой дорожке
• Целенаправленная повторяющаяся практика
• Равновесие и зависимость от костылей/ходунков

Mechanisms

Экзоскелеты нижних конечностей с электроприводом определяют позу и фазу походки пользователя и обеспечивают управляемый крутящий момент в тазобедренном и коленном суставах (а иногда и в голеностопном суставе) для поддержания веса тела во время фазы опоры и для продвижения конечности во время фазы переноса. Устройства для передвижения по земле, предназначенные для людей с параличом, генерируют заранее определенные паттерны шагов, запускаемые смещением веса или контроллером, обычно при использовании пользователем костылей или ходунков для поддержания равновесия [esquenazi-2012]. Реабилитационные устройства, напротив, направлены на вызов и формирование собственного движения пациента: стратегии «помощь по мере необходимости» и «ведение по траектории» обеспечивают только ту помощь, которая требуется для завершения шага [banala-2009][bortole-2015]. В различных конструкциях обзоры организуют логику помощи вокруг цикла походки и уровня поддержки, предоставляемой на каждой фазе [yan-2015].

Clinical relevance

Эти устройства исследуются как средство восстановления вертикальной мобильности для людей с тяжелыми нарушениями нижних конечностей и для интенсификации практики ходьбы во время реабилитации. Ранние клинические отчеты описывают амбулаторное передвижение с экзоскелетами по земле при повреждении спинного мозга [esquenazi-2012] и возможность роботизированной тренировки походки после инсульта [bortole-2015]. Эта статья описывает, как функционируют устройства и что было изучено; она не устанавливает критерии отбора, дозировку или результаты для какого-либо отдельного человека, что требует специализированной оценки.

Evidence & guidelines

Текущие данные в основном получены из исследований осуществимости, небольших когорт и инженерных обзоров, а не из крупных рандомизированных исследований [esquenazi-2012][bortole-2015][yan-2015]. Результаты по скорости ходьбы, выносливости и переносу навыков на ходьбу без посторонней помощи остаются предварительными и зависят от конкретного устройства, и читателям следует ознакомиться с актуальными систематическими обзорами и нормативной информацией для любого конкретного продукта.

History

Роботизированная тренировка походки впервые развивалась на основе привязанных, беговых тренажеров в конце 1990-х и 2000-х годах, затем перешла к портативным экзоскелетам для передвижения по земле в 2010-х годах. Исследования активных экзоскелетов для ног установили концепции тренировки походки «помощь по мере необходимости» [banala-2009], а носимые системы для передвижения по земле позволили людям с полным повреждением спинного мозга ходить с электроприводом [esquenazi-2012], при этом параллельная работа распространила этот подход на реабилитацию после инсульта [bortole-2015].

Debates

Переносятся ли достижения в роботизированной ходьбе на ходьбу без посторонней помощи?

Вопрос о том, приводит ли повторяющееся, управляемое устройством шагание к улучшению ходьбы по земле без устройства, остается спорным, при этом результаты варьируются в зависимости от популяции, устройства и протокола тренировки.

Насколько устройство должно помогать пациенту?

Полное ведение конечности обеспечивает правильную кинематику, но может снизить произвольные усилия, тогда как управление «помощь по мере необходимости» направлено на поддержание активного участия пациента; оптимальный баланс не установлен.

Seminal works

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

Frequently asked questions

Может ли экзоскелет с электроприводом позволить человеку с параличом снова ходить?

Некоторые экзоскелеты для передвижения по земле позволили людям с полным повреждением спинного мозга стоять и ходить в исследованиях, обычно с использованием костылей или ходунков для поддержания равновесия. Результаты зависят от устройства и человека, и использование требует клинического наблюдения; эта статья носит образовательный характер и не является гарантией результатов.

Почему экзоскелеты нижних конечностей используются в реабилитации после инсульта?

Они могут обеспечить множество повторений управляемого или поддерживаемого шагания, что соответствует реабилитационному обоснованию целенаправленной, высокоинтенсивной практики. Улучшает ли это ходьбу без посторонней помощи, варьируется в зависимости от пациента и протокола и все еще изучается.