Uszkodzenie rdzenia kręgowego (SCI) może prowadzić do paraplegii, czyli sparaliżowania dolnych części ciała. Ostatnie badania nad leczeniem SCI i przywróceniem częściowej ruchomości doprowadziły do opracowania egzoszkieletów wspomagających. Biorąc pod uwagę, że aktywne pobudzenie układu nerwowo-mięśniowego u pacjentów z SCI może sprzyjać regeneracji motorycznej, egzoszkielety muszą reagować zarówno na użytkownika, jak i środowisko.

Finansowany ze środków UE projekt Symbitron był czteroletnią inicjatywą, której celem było opracowanie bezpiecznego, inspirowanego biologicznie i spersonalizowanego egzoszkieletu nadającego się do noszenia. „Naszym głównym celem było umożliwienie pacjentom z SCI chodzenia bez dodatkowej pomocy, poprzez uzupełnienie resztek funkcji motorycznych”, wyjaśnia koordynator projektu prof. Herman van der Kooij.

Konstrukcja skoncentrowana na pacjencie

Egzoszkielet Symbitron został oparty na w pełni zindywidualizowanym rozwiązaniu, które uzupełnia indywidualne możliwości każdego pacjenta. Wyjątkowość konstrukcji polega na naśladowaniu fizjologicznej funkcjonalności nerwowo-mięśniowej, a jednocześnie płynnemu połączeniu pozostałych funkcji organizmu człowieka.

Badacze wykorzystali dynamiczne modele mięśni kończyn dolnych do wspomagania chodu pacjentów z SCI poprzez odtwarzanie ludzkich zachowań za pomocą kinematyki stawów, pomiarów kinetycznych i aktywacji mięśni. Modele oparto na danych klinicznych uzyskanych od osób zdrowych i chorych na SCI. Opracowany przez uczonych kontroler egzoszkieletu potrzebuje bardzo niewielu danych wejściowych dotyczących kątów przegubów, pozycji i wykrywania wahań, aby symulować poruszanie się z różną prędkością i w różnym terenie. Wykazuje się również odpornością na zakłócenia i zmiany w otoczeniu.

Obok szeroko zakrojonej optymalizacji konstrukcji i sterowania, duży nacisk położono na dwukierunkową, symbiotyczną interakcję człowiek-maszyna. Modułowy egzoszkielet może być modyfikowany w zależności od wielkości i możliwości poszczególnych pacjentów za pomocą różnych konfiguracji: podparcia samej kostki, podparcia kostki i kolana lub podparcia kostki, kolana i biodra. Możliwe jest również podparcie tylko jednej lub obu nóg. Ponadto, moduł elektroniczny i mechaniczny jest automatycznie rozpoznawany przez odpowiednie oprogramowanie w celu dostosowania wydajności do specyficznych potrzeb użytkownika.

Znaczenie kliniczne

Aby potwierdzić kliniczne bezpieczeństwo i funkcjonalność systemu, konsorcjum Symbitron opracowało środowisko szkoleniowe i protokoły szkoleniowe dla pacjentów z SCI i ich lekarzy. W testach wzięli udział pacjenci z częściowym SCI, którzy wymagali jedynie podparcia przy kostce lub przy kostce i kolanie, oraz z całkowitym SCI, którzy wymagali pełnego podparcia obu nóg.

„Testy kliniczne wykazały, że sprzęt i oprogramowanie można dostosować do szczególnych cech tych osób, co stanowi dowód na wykonalność naszego wyjątkowego podejścia”, podkreśla prof. van der Kooij. Co ważne, biologicznie inspirowane sterowniki – w przeciwieństwie do podejść konwencjonalnych – pozwalały na zmianę natężenia chodu pod względem prędkości i długości kroku.

Wyniki były bardzo obiecujące: u wszystkich pacjentów z częściowym SCI poprawiła się prędkość chodzenia i/lub równowaga podczas treningu, a dwoje pacjentów z całkowitym SCI mogło znowu zacząć chodzić. W niektórych przypadkach efekt rehabilitacji obserwowano po treningu z użyciem urządzeń Symbitron nawet wtedy, gdy osoby nie korzystały z urządzenia. Analiza psychometryczna potwierdziła również zadowolenie pacjenta i motywację do dalszej pracy.

Prof. van der Kooij wyraża przekonanie, że „chociaż wyniki kliniczne nadal mają charakter wstępny, to trening z użyciem urządzeń Symbitron wydaje się poprawiać chodzenie osób, u których pozostały jeszcze pewne funkcje motoryczne”. Sugeruje to, że wsparcie oferowane w ramach podejścia Symbitron mogłoby obejmować nie tylko rehabilitację pacjentów z SCI, ale również na przykład osób po udarze mózgu.

Źródło: www.cordis.europa.eu