Активні екзоскелети нижніх кінцівок для пересування

Активні екзоскелети нижніх кінцівок — це керовані носильні роботизовані пристрої, що приводять у рух або підтримують кульшовий, колінний і гомілковостопний суглоби з метою відновлення або вироблення навичок ходьби. Їх вивчають у двох широких аспектах: як засоби мобільності для осіб із тяжким паралічем нижніх кінцівок — зокрема при моторно-повному ушкодженні спинного мозку — що дають змогу стояти та пересуватися, і як платформи для тренування ходи, які забезпечують інтенсивну повторювану практику в процесі неврологічної реабілітації, наприклад після інсульту. Поведінка цих пристроїв організована навколо циклу ходи, при цьому допомога надається синхронно з фазами опори та переносу.

Definition

Активний екзоскелет нижніх кінцівок — це керований носильний ортез, що охоплює один або декілька суглобів нижньої кінцівки та подає активований крутний момент, синхронізований із циклом ходи, для забезпечення стояння та кроків або виконання задачно-специфічного тренування ходи.

Scope

Тема охоплює функцію, цільові популяції та реабілітаційне обґрунтування застосування керованих екзоскелетів нижніх кінцівок для ходьби, а також логіку управління фазами ходи і стратегії асистування. Вона не охоплює пристрої для верхніх кінцівок, пасивні ортези або протезні кінцівки (розглянуті в суміжних темах). Це довідково-освітній огляд, а не клінічний протокол, критерій відбору пацієнтів або рекомендація щодо конкретного пристрою.

Core questions

• Як керовані екзоскелети нижніх кінцівок уможливлюють або відновлюють ходьбу?
• Які популяції було вивчено — із ушкодженням спинного мозку, після інсульту та іншими станами?
• Як синхронізується асистування з фазами циклу ходи?
• Яке реабілітаційне обґрунтування має багаторазова роботизована практика ходи?

Key concepts

• Цикл ходи та фазовий контроль
• Підтримка під час фази опори та асистування під час фази переносу
• Роботизоване тренування ходи
• Стратегія «допомоги за потребою»
• Наземні та тредмілові пристрої
• Задачно-специфічна повторювана практика
• Залежність від рівноваги та милиць/ходунків

Mechanisms

Керовані екзоскелети нижніх кінцівок зчитують позу і фазу ходи носія та подають активований крутний момент у кульшовому і колінному (а іноді й гомілковостопному) суглобах для підтримки маси тіла під час фази опори та переведення кінцівки вперед під час фази переносу. Наземні пристрої для осіб із паралічем генерують заздалегідь задані паттерни кроків, які ініціюються зміщенням центру ваги або контролером; як правило, носій використовує милиці або ходунки для збереження рівноваги [esquenazi-2012]. Реабілітаційні пристрої, навпаки, спрямовані на те, щоб викликати та формувати власний рух пацієнта: стратегії «допомоги за потребою» та скерування траєкторії надають лише ту підтримку, якої достатньо для виконання кроку [banala-2009][bortole-2015]. У всіх конструкціях огляди організовують логіку асистування навколо циклу ходи та рівня підтримки, що надається на кожній фазі [yan-2015].

Clinical relevance

Ці пристрої досліджуються як засіб відновлення вертикальної мобільності для осіб із тяжким порушенням функції нижніх кінцівок та інтенсифікації тренування ходи в процесі реабілітації. Ранні клінічні повідомлення описують ходьбу з наземними екзоскелетами при ушкодженні спинного мозку [esquenazi-2012] та обґрунтованість роботизованого тренування ходи після інсульту [bortole-2015]. У цій статті описано принципи роботи пристроїв і те, що було вивчено; вона не встановлює критеріїв відбору, дозування або результатів лікування для конкретного пацієнта, що потребує спеціалістичної оцінки.

Evidence & guidelines

Сучасна доказова база переважно спирається на дослідження обґрунтованості, невеликі когорти та інженерні огляди, а не на великі рандомізовані дослідження [esquenazi-2012][bortole-2015][yan-2015]. Дані щодо швидкості ходьби, витривалості та перенесення ефекту на самостійну ходу залишаються попередніми й залежать від конкретного пристрою; читачам рекомендується звертатися до актуальних систематичних оглядів і регуляторної інформації щодо кожного конкретного продукту.

History

Роботизовані тренування ходи спочатку розвивалися навколо прив'язних тренажерів на бігових доріжках наприкінці 1990-х — у 2000-х роках, а потім у 2010-х роках перейшли до портативних наземних екзоскелетів. Дослідження активних екзоскелетів ніг утвердили концепцію тренування ходи «за принципом допомоги за потребою» [banala-2009], а носильні наземні системи забезпечили можливість активних кроків для осіб із моторно-повним ушкодженням спинного мозку [esquenazi-2012]; паралельно тривали роботи з поширення цього підходу на реабілітацію після інсульту [bortole-2015].

Debates

Чи переноситься ефект від роботизованого тренування ходи на самостійне пересування?

Питання про те, чи забезпечує повторювана ходьба з пристроєм поліпшення наземної ходи без нього, залишається дискусійним: результати варіюються залежно від популяції, пристрою та протоколу тренування.

Якою мірою пристрій має виконувати роботу за пацієнта?

Повне скерування кінцівки забезпечує правильну кінематику, але може знижувати довільні зусилля пацієнта, тоді як контроль «за потребою» спрямований на підтримку активної участі пацієнта; оптимальний баланс залишається невизначеним.

Seminal works

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

Frequently asked questions

Чи може керований екзоскелет дати можливість людині з паралічем знову ходити?

Деякі наземні екзоскелети у дослідженнях дозволяли особам із моторно-повним ушкодженням спинного мозку стояти та робити кроки — зазвичай із використанням милиць або ходунків для рівноваги. Результати залежать від пристрою і конкретної людини, а застосування вимагає клінічного нагляду; ця стаття має освітній характер і не є гарантією результатів.

Навіщо екзоскелети нижніх кінцівок застосовуються в реабілітації після інсульту?

Вони здатні забезпечити велику кількість повторень скерованих або підтриманих кроків, що відповідає реабілітаційному принципу задачно-специфічної інтенсивної практики. Чи покращує це самостійну ходу — залежить від пацієнта та протоколу і продовжує вивчатися.