Training a person with paralysis to ambulate using a powered exoskeleton may present challenges. The goals are to present the candidate selection criteria and the training procedures for exoskeletal-assisted walking and other mobility skills that can be progressed as the participant’s skill level improves.
Powered exoskeletons have become available for overground ambulation in persons with paralyses due to spinal cord injury (SCI) who have intact upper extremity function and are able to maintain upright balance using forearm crutches. To ambulate in an exoskeleton, the user must acquire the ability to maintain balance while standing, sitting and appropriate weight shifting with each step. This can be a challenging task for those with deficits in sensation and proprioception in their lower extremities. This manuscript describes screening criteria and a training program developed at the James J. Peters VA Medical Center, Bronx, NY to teach users the skills needed to utilize these devices in institutional, home or community environments. Before training can begin, potential users are screened for appropriate range of motion of the hip, knee and ankle joints. Persons with SCI are at an increased risk of sustaining lower extremity fractures, even with minimal strain or trauma, therefore a bone mineral density assessment is performed to reduce the risk of fracture. Also, as part of screening, a physical examination is performed in order to identify additional health-related contraindications.
Once the person has successfully passed all screening requirements, they are cleared to begin the training program. The device is properly adjusted to fit the user. A series of static and dynamic balance tasks are taught and performed by the user before learning to walk. The person is taught to ambulate in various environments ranging from indoor level surfaces to outdoors over uneven or changing surfaces. Once skilled enough to be a candidate for home use with the exoskeleton, the user is then required to designate a companion-walker who will train alongside them. Together, the pair must demonstrate the ability to perform various advanced tasks in order to be permitted to use the exoskeleton in their home/community environment.
العديد من الأشخاص يعانون من إصابات الحبل الشوكي (النخاع الشوكي) غير قادرين على الوقوف وambulate مع أو بدون استخدام جهاز المساعدة أو المساعدة المادية. لعدة قرون، وكان الخيار الوحيد التنقل لذوي إصابة الحبل الشوكي الشديد على كرسي متحرك 1. خلال العقود القليلة الماضية، كان الأشخاص الذين يعانون من اصابات النخاع الشوكي خيار لاستكمال التنقل عن طريق استخدام أجهزة تقويم العظام سلبية مثل مجموعة متنوعة من الأجهزة التقويمية الترددية مشية (RGO) 2-7. هذه الأجهزة، ومع ذلك، لم تصبح أكثر استخداما وذلك بسبب الجهد البدني المطلوب من قبل المستخدم لambulate استخدام هذه الأجهزة. لديهم RGOs أيضا القيود في القدرة على تسلق السلالم، والوقوف، والجلوس 3،7. وقد بذلت جهود لتعزيز كفاءة هذه الأجهزة من خلال دمج التنبيه الكهربائي الوظيفي (FES) لتشغيل الحركة وتساعد على تسهيل يتأرجح إلى الأمام من أطرافهم. ومع ذلك، لم تقدم هذه الجهود وراء مفاهيم أو نماذج 12/08.في 1970s، تم دمج المحركات مع الأجهزة التقويمية لتشغيل حركة مفاصل الورك والركبة وكان ناجحا في السماح لشخص مع اصابات النخاع الشوكي لاتخاذ خطوات 13. ومع ذلك، وعدم كفاية البطارية والكمبيوتر التكنولوجيا في ذلك الوقت محدودة النطاق للجهاز، ومزيد من التطوير التخلي 10،13.
مع التطورات التكنولوجية الحديثة، وقد وضعت عدة الهياكل الخارجية بالطاقة لتمكين الأشخاص ذوي مختلف الأمراض لambulate فوق الأرض. وقد تم دراسة هذه الأجهزة الهيكل الخارجي بالطاقة في الأشخاص الذين يعانون من السكتة الدماغية 14،15، الأشخاص الذين يعانون من الأشخاص كاملة وناقصة اصابات النخاع الشوكي 16-24، وغيرهم من ذوي الإعاقة مما تسبب في خفض السيطرة على أطرافهم السفلية 25-27. على الرغم من أن الأجهزة تختلف، كل واحد يتطلب التدريب والممارسة من قبل المستخدم لأداء آمن. ثلاثة من الأجهزة المشار إليها تتطلب استخدام العكازات لambulate والحفاظ على التوازن. والرابع يحافظ balancه والاستقرار لما له من الصفيحة القدمية كبيرة والكتلة التي يوسع قاعدة الدعم ويقلل من مركز الثقل 20. الهواتف الثلاثة التي تتطلب جاثية تستخدم نفس المبادئ حتى وإن كانت هناك بعض الاختلافات مع اليات وطرق السيطرة على الإجراءات المطلوبة بسبب الاختلافات في تصميم الأجهزة.
وقد تم تطوير برنامج تدريبي في J. بيترز مركز جيمس VA الطبي (JJPVAMC)، برونكس، نيويورك من قبل مجموعة من الباحثين يتكون من مهندس الطب الحيوي، فيزيولوجي، طبيب فيزيائي، وممارسة فيزيولوجي، طبيب الأعصاب والعلاج الطبيعي. وقد تم تطوير هذا البرنامج التدريبي مع الهيكل الخارجي بالطاقة واحد محدد هو موضح سابقا 17،18 ولكنه يشتمل على مجموعة من المهارات التي يمكن تطبيقها على الهياكل الخارجية التي تعمل بالطاقة الأخرى التي تتطلب مجموعة من العكازات للحفاظ على التوازن. تم فحص جميع المشاركين المحتملين قبل المشاركة في برنامج التدريب التدريجي. أهميةفحص في الأشخاص الذين يعانون من اصابات النخاع الشوكي هو ضمان عدم وجود مضاعفات طبية بطلان التي قد تحول دون الاستخدام الآمن لهذه الأجهزة. منطقة واحدة للقلق هو انخفاض كثافة المعادن في العظام (BMD). الأشخاص الذين يعانون من اصابات النخاع الشوكي يعانون فقدان العظام مثيرة على الفور بعد الإصابة 28،29 والتي قد تستمر طوال حياتهم 30. هذه الخسارة من BMD نتائج في ارتفاع مخاطر كسور العظام الطويلة. حاليا، لا يوجد علاج فعال لتخفيف خسارة العظام لذوي الكامل محرك اصابات النخاع الشوكي. وبالإضافة إلى ذلك، عتبة كسر أنشئت لشخص مع اصابات النخاع الشوكي غير موجود، ولكن تم بذل جهود لتحديد المعايير التي يمكن استخدامها كدليل 31-33 جنبا إلى جنب مع الحكم السريري والتاريخ الكسر. موانع أخرى مشتركة يمكن معالجتها وحلها، مثل مجموعة محدودة من الحركة (ROM) 34 والضغط القرحة 35. قد تتطلب كل من الهيكل الخارجي بالطاقة مختلف ظروف مختلفة الأهلية، مثل معايير ROM، ليكون كانديتاريخ لاستخدام الجهاز، ومعظمها قد تم وصفها 17-19،21،22،36.
مرة واحدة وقد مرت شخص بنجاح كل من معايير الفرز، تركيب الجهاز للمستخدم والتدريب قد المضي قدما. تركيب السليم للجهاز مهم لتجنب الاتصال غير المناسب للالسفلية مع الهيكل الخارجي بسبب سوء المناسب قد يؤدي إلى كدمات و / أو الجلد سحجات 16. قد يكون لدى المستخدمين محدود أو لا أقل الإحساس أقصى واستقبال الحس العميق. هذا النقص في ردود الفعل الحسية واللمسية من القدمين يمكن أن تسهم في نقص عام في الوعي مركزهم من التوازن، وتباطؤ قدرة المستخدم على السيطرة على الجهاز. هذا النقص في الوعي مركز التوازن قد يؤدي أيضا إلى التحديات مع الوزن المناسب تحويل مثل صعوبة في قياس مدى تقدم والوحشي التحول الضروري خلال دورة المشي والوزن توقيت غير لائق التحول، مما أدى إلى استخدام الفائض من تحمل الوزن على الالأسلحة والعكازات لصيانة التوازن. وبمجرد أن آليات أساسيات يقف يتم الحصول على التوازن والوزن التحول، تدرس المستخدم على السير في الجهاز. وهناك حاجة إلى جلسات متعددة لتحسين المشي ومهارات التنقل الأخرى. في البداية، يتم استخدام الأسطح التي هي ثابتة وسلسة داخل المركز الطبي للتدريب. ومع ذلك، مع تحسين مستوى المهارات، والطعن المستخدم مع مهام أكثر صعوبة تدريجيا عن طريق إدخال الأسطح المختلفة المشي مثل السجاد، والأسفلت والخرسانة، والعشب، والسطوح غير ممهدة مع درجات مختلفة من المنحدرات.
والغرض من هذه المخطوطة هي للإبلاغ عن معايير الفرز، تركيب السليم وإجراءات التدريب لاستخدام الهيكل الخارجي بالطاقة لفوق الارض سيرا على الأقدام. وقد تم تطوير هذا البرنامج لجهاز واحد على وجه التحديد، والتي وصفت من قبل الآخرين 16-18، لكنه يتناول الجوانب والتحديات التي هي مشتركة للمدربين الموظفين والأشخاص الذين يعانون من اصابات النخاع الشوكي الذين يشاركون في خارج الهيكل، مساعدةإد البرامج التي قد تستخدم الهيكل الخارجي بالطاقة آخر المشي. بعض جوانب هذا البروتوكول هي محددة لجهاز يستخدم في JJPVAMC. بالإضافة إلى ذلك، تم تطوير بعض مكونات البرنامج التدريبي من قبل صناعة والذي يتضمن التوجه للمكونات الجهاز، والمبادئ التوجيهية الأساسية لصالح سليم والمكانة الأساسية ويجلس تعليمات المهارة. طور باحثون في JJPVAMC جميع الأنشطة التدريبية يؤديها مرة واحدة للمستخدم واقفا. وتشمل هذه تعزيز الوقوف والجلوس تعليمات التدريب، والوقوف مهارات التوازن، في الأماكن المغلقة مهارات تطور المشي، مهارات المشي التقدم في الهواء الطلق، ومهام أخرى للحركة للوصول، ووقف، وتحول، وأنواع مختلفة من الملاحة الباب / العتبة.
وخلال السنوات الخمس الماضية، وقد وضعت مجموعتنا فحص ناجح وبرنامج لتدريب المشاركين على استخدام نوع من الهيكل الخارجي بالطاقة التي تتطلب العكازات. قمنا بتدريب الأفراد مع الشلل التام السيارات وكذلك مع شلل كامل. هذا البرنامج التدريبي لديه القدرة على أن يتم تعديل والبناء عليها مع الأجهزة الإضافية التي تتطلب استخدام العكازات، أو الإصدارات الأحدث من الأجهزة الحالية.
توحيد برنامج التدريب مهم لضمان سلامة المشاركين، الاستخدام الناجح للجهاز، وتحديد الموارد من الموظفين، وللحصول على نتائج متسقة. وتشمل النقاط الرئيسية في برنامج التدريب الجيد الاختيار المناسب مرشح، تركيب السليم للجهاز، تطور المهارات المناسبة، وتوفير المساعدة على أكتاف أو على مساحة مع الإحساس سليمة لتمكين المستخدم من التعرف على القوة والحركة المطلوبة، وتعزيز التكيف من تحركاتهم خلالالإجراءات خطوة لاحقة. من المهم أن ممارسة هذه الرقصة الاستراتيجي بين المدرب والمستخدم من أجل تقليل الدعم المدرب، مما يساعد على اكتساب خبرات المستخدم والاستقلال في الجهاز. يجب المدربين تحاشي مساعدة تحت مستوى المشارك الإحساس منذ يؤدي هذا الإجراء إلى صعوبة في أن تصبح مستقلة في الهيكل الخارجي. نقطة رئيسية أخرى لتحسين مهارة المشي هو تحدي المشارك مع المشي على الأسطح المختلفة وفي بيئات مختلفة. إدراك المشاركين المشي في الداخل وعلى الأسطح المستوية / الملساء في المركز الطبي ليكون أسهل من التجول على أرضية مغطاة بالسجاد. المشي على الأرضيات بالسجاد، في المقابل، تشير التقارير إلى أن يكون أسهل من المشي في الهواء الطلق على أسطح غير مستوية مثل الخرسانة أو الإسفلت. المشي صعودا وهبوطا التدرجات المنحدر مختلفة تجبر المشاركين على التكيف مع استراتيجية المشي بسبب طريقة الوزن التحول يصبح أكثر صعوبة بسبب تغير مركز بريسي التوازنnted من المنحدر. واجهت كل هذه البيئات الصعبة عادة داخل المجتمع، وبالتالي، هي مهمة جدا لممارسة المهنة في الإعداد للرقابة لإعداد المشاركين بشكل صحيح.
وكانت هناك عدة تقارير في الأشخاص الذين يعانون من اصابات النخاع الشوكي الذين تعلموا استخدام الهيكل الخارجي بالطاقة لambulate بسلام فوق الأرض 16-19،21،36. العديد من المشاركين في هذه التقارير ليس لديها ما لا وظيفة متبقية أو الإحساس في الأطراف السفلية. ولم ترد تقارير عن الأحداث السلبية الخطيرة من هذه الدراسات واعتبرت الأجهزة آمنة للاستخدام مع التدريب المناسب. وتضمنت الأحداث السلبية وذكرت سحجات الجلد، الكدمات أو احمرار في الجلد، والتعب من الأطراف العلوية، وخصوصا خلال دورات تدريبية أولية 16،19،36. ولوحظ أنه مع التدريب المستمر، لاحظ المشاركون الحد من التعب أقصى والجلد سحجات العليا حلها بسرعة مع تركيب أفضل للجهاز. فووتجنب الكدمات تلح واحمرار مع تعديل الأشرطة ووضع استراتيجية من الحشو إضافية المحيطة بالمنطقة المتضررة.
يتم تحديد الكفاءة في استخدام الجهاز بالقدرة على تحقيق سرعات التمشي، وانخفاض مستويات المساعدة، والتمشي آمنة في بيئات متنوعة. وأظهرت تقارير سابقة من القدرة على المشي أن أولئك الذين كانوا أكثر استقلالا أن ambulate أسرع من أولئك الذين في حاجة إلى المساعدة. وقال تقرير فان HEDEL آخرون مشوا تصنيفها على أنها "مشوا بمساعدة" إذا كان يمكن أن ambulate مع سرعة لا تقل عن 0.44 ± 0.14 متر / ثانية؛ سرعة المرتبطة أولئك الذين اختاروا السير في الهواء الطلق مع المساعدة على استخدام مواردها كرسي متحرك 42. هذا سرعة المشي مشابهة لسرعة متر / ثانية 0.40 من ambulators المجتمع محدودة ذكرت في الأشخاص الذين يعانون من السكتة الدماغية. 43 على الرغم من أن عدد قليل من الدراسات قد أفادت سرعة التمشي ومستوى المساعدة باستخدام exoskelet الروبوتيةالإضافات، وأشارت هذه الدراسات أن العديد من المشاركين كانوا قادرين على تحقيق سرعة المشي 0.40 متر / ثانية وردت في هذه التقارير السابقة. وأظهر تقرير باستخدام الهيكل الخارجي بالطاقة أن 7 من 12 مشاركا كانوا قادرين على ambulate أسرع من 0.40 متر / ثانية 18. وكان تحقيق آخر باستخدام الهيكل الخارجي بالطاقة مختلفة قادرة على توضيح 6 من 16 مشاركا بنجاح التجول أكبر من 0.40 متر / ثانية 36. على الرغم من أن التقارير باستخدام الهيكل الخارجي بالطاقة الثالث لم تظهر المشي بسرعة 0.40 متر / ثانية 22،44، قد تظهر زيادة التقارير القادمة بسرعة المشي مع مزيد من التدريب و / أو تكييفها مع الأوضاع في هذا الجهاز. حتى الآن، وقد أفادت جميع الدراسات التي تستخدم الهياكل الخارجية التي تعمل بالطاقة أولئك الذين يحتاجون مستويات أعلى من المساعدة سار بسرعة أبطأ. كان الفكر التي نوقشت في هذه التقارير أنه على الرغم من بعض المشاركين لم ambulate بسرعة أعلى من سرعة متر / ثانية 0.40، أنهم كانوا قادرين على ambulate على مستوى "الرقابة" على النحو المحدد في FIM الحجم. وتشير هذه التقارير إلى أن، مع تدريب إضافي أو تعديلات على الأجهزة، التمشي في هذه السرعات يمكن تحقيقه.
وقد تجلى نفقات الطاقة يقاس استهلاك الأوكسجين إلى زيادة مع المشي بمساعدة خارج الهيكل، ولكن ليس فوق عتبة هذا هو مجهد دون مبرر. ثمانية مشاركين الذين ambulated في الهيكل الخارجي بالطاقة بمعدل متوسط 0.22 ± 0.11 م أثبت / ثانية المشي معدلات استهلاك الأوكسجين من 11.2 ± 1.7 مل / كغ / دقيقة ومعدل ضربات القلب من 118 ± 21 BMP (48٪ ± 16٪ احتياطي معدل ضربات القلب )، سواء كانت منها زيادة كبيرة من الجلوس والوقوف 17، ولكن أقل بكثير من الحد الأقصى المتوقع القيم. تقرير آخر باستخدام الهيكل الخارجي بالطاقة مختلف، تقييم استهلاك الأوكسجين في 5 مشاركين خلال 2 نوبات من المشي وأفاد 9.5 ± 0.8 مل / كغ / دقيقة عند المشي في 0.19 ± 0.01 متر / ثانية و 11.5 ± 1.4 مل / كغ / دقيقة عند المشي في 0.277؛ 0.05 متر / ثانية 21. أظهرت كل من هذه الدراسات إلى أن المشاركين التجول في كثافة معتدلة كانت فوق الحد الأدنى من عتبة شدة التدريب التي تحددها الكلية الأمريكية للطب الرياضي أن تكون فعالة لالقلب والتنفس ويفيد 45. وهذا يشير إلى أن هذه الأجهزة لديها القدرة على استخدامها لفترات أطول من الوقت، وتوفير شكل من أشكال النشاط الذي إذا أجريت بشكل منتظم قد يكون من المتوقع أن تؤدي إلى تحسينات في اللياقة البدنية، وتكوين الجسم والدهون التشكيل الجانبي للمستخدم.
الهياكل الخارجية التي تعمل بالطاقة توفر شكلا من أشكال الاستقلال المعدلة (ستة مستويات على النحو المحدد في FIM) لمكانة والتمشي فوق الأرض للأشخاص مع وظيفة الطرف العلوى. يمكن تصميم الأجهزة في المستقبل لambulate في سرعات أو توفير قدرة أكبر لتغيير سرعة التمشي المطلوب. ويمكن أيضا أن تصمم الهياكل الخارجية في المستقبل لذوي اليد محدودة وظيفة الذراع (مثل الذين يعانون من الشلل الرباعي) من خلال maintaininز التوازن المستخدم مع دعم جذع إضافية وتوفير آلية أخرى من عقد عكاز للحفاظ على التوازن. التطورات في السيطرة الدماغ قد تكون متاحة لإدراجها في السيطرة على حركة المشي 20 يوم واحد. ضمن هذا المجال الناشئ، والمفاهيم الأساسية في مجال التدريب المقدمة قد تكون قابلة للتطبيق على الهياكل الخارجية التي تعمل بالطاقة الحالية والمستقبلية، ولكن يجب أن تكون مصممة خصيصا للمستخدم والهيكل الخارجي مستخدمة.
وتستخدم استراتيجيات تدريبية موحدة حاليا لنجاح مشارك المشي بمساعدة خارج الهيكل. التعديلات في المستقبل من هذه الأجهزة قد تحتاج تكييفها مع الأوضاع إلى نموذج التدريب. تعليم اصابات النخاع الشوكي العاملين في مجال الرعاية الصحية المؤهلين لتدريب بشكل مناسب الأشخاص مع اصابات النخاع الشوكي لأداء هناك حاجة إلى المشي خارج الهيكل بمساعدة لمواصلة استخدام وصفة طبية من هذه الأجهزة. مستقبل مشرق لهذه الأجهزة. فإن استخدام الهياكل الخارجية التي تعمل بالطاقة الأشخاص ذوي إصابة الحبل الشوكي تصبح أكثر انتشارا مع تيانه وضع برامج التدريب في المراكز الطبية والتأهيلية في جميع أنحاء العالم. بالإضافة إلى ذلك، قد تظهر الأبحاث المستقبلية التي منتظم المشي بمساعدة خارج الهيكل يحسن العديد من المضاعفات الطبية الثانوية التي ترتبط مع الجمود والشلل من إصابة في النخاع الشوكي.
The authors have nothing to disclose.
Support for this work was obtained by the VA Rehabilitation Research & Development National Center of Excellence for the Medical Consequences of Spinal Cord Injury (VA RR&D #B9212C). Two of the four powered exoskeleton devices were used on a loaner basis at no cost from ReWalk Robotics, Inc. (Marlborough, Massachusetts). Additionally a portion of participants obtained Orthopedic shoes which were donated by Aetrex Worldwide Inc. (Teaneck, New Jersey).
Assistance from Denis Doyle-Green was invaluable during the training program and we thank him for this. We would also like to thank the physical therapists from the Rehabilitation and Spinal Cord Injury Services at the James J. Peters VA Medical Center for their advisement and consultations.
Powered Exoskeleton such as ReWalk™, Ekso™, REX®, and Indego®, etc. |
Loft strand Crutches |
Comfortable sneakers |