Het effect van een assist-as-needed algoritme opgelegd door een looprobot op het lopen bij CVA en dwarsleasie patiënten

In het laatste decennium, neemt de aandacht voor het gebruik van robots die het
lopen kunnen ondersteunen bij de revalidatie van dwarslaesie patiënten en
patiënten die een beroerte hebben gehad, toe. Het is niet bewezen dat de
huidige loopondersteunende robots beter effect hebben dan conventionele loop
training. Deze robots zijn positie gecontroleerd en hebben een beperkt aantal
vrijheidsgraden. Betere trainingseffecten zouden kunnen optreden door een
actievere inzet van de patiënt te vragen. Een voorbeeld hiervan is het
Assist-as-Needed (AAN) algoritme dat gebruikt wordt in LOPES II. LOPES II is
een impedantie controller, die in staat is om de stijfheid van de gewrichten
aan te passen aan de mogelijkheden van de patiënt, van hoog (robot-in-charge)
naar nul (patient-in-charge). Bovendien is LOPES II een selectieve taak
controller. Hij heeft de mogelijkheid om alleen die delen van de loopcyclus te
ondersteunen die pathologisch veranderd zijn. Door het toegenomen aantal
vrijheidsgraden is ook compensatoir bewegen mogelijk in LOPES II. Naast het
kunnen fungeren als looptrainer, kan LOPES II gebruikt worden om
gewrichtsbewegingen en spatio-temporele parameters te meten. De implementatie
van een assist-as-needed algoritme bij mensen is redelijk nieuw. Er is weinig
bekend over de onderliggende mechanismen. Deze studie zal zich richten op de
verschillende effecten van het assist-as-needed algoritme op het lopen
vergeleken met het positie gecontroleerde algoritme. Naast de boven genoemde
manual assist-as-needed (mAAN) waarbij de therapeut de hoeveelheid
ondersteuning aanpast, bestaat er ook een robotic assist-as-needed (rAAN)
waarbij de robot de hoeveelheid ondersteuning bepaalt. Deze studie zal zich ook
richten op het verschil tussen deze twee AAN algoritmen.

Primaire doelen:
1. Wat is het effect van lopen op een loopband vergeleken met lopen in de
vrije modus op de kinematica bij gezonde proefpersonen?
2. Wat is het effect van lopen op een loopband vergeleken met lopen in de
vrije modus op de kinematica bij chronische dwarslaesie patiënten en
CVA patiënten?
3. Wat is het korte termijn effect van lopen in een mAAN algoritme vergeleken
met lopen in een positie gecontroleerde algoritme op kinematica in
(sub)acute dwarslaesie patiënten en CVA patiënten?
4. Wat is het effect van training met een mAAN algoritme vergeleken met een
positie gecontroleerde algoritme op kinematica in (sub)acute
dwarslaesie patiënten en CVA patiënten?

Secondaire doelen:
5. Wat is het verschil in EMG patroon tijdens lopen op een loopband vergeleken
met lopen in de vrije modus bij gezonde proefpersonen?
6. Wat is het verschil in EMG patroon tijdens lopen op een loopband vergeleken
met lopen in de vrije modus bij chronische dwarslaesie patiënten
en CVA patiënten?
7. Wat is het korte termijn effect van lopen in een mAAN algoritme vergeleken
met lopen in een positie gecontroleerde algoritme op EMG patronen
in (sub)acute dwarslaesie patiënten en CVA patiënten?
8. Wat is het korte termijn effect van lopen in een mAAN algoritme vergeleken
met lopen in een positie gecontroleerde algoritme op energiegerbruik
in (sub)acute dwarslaesie patiënten en CVA patiënten?
9. Wat is het effect van training met een mAAN algoritme vergeleken met een
positie gecontroleerde algoritme op spier activatiepatronen in
(sub)acute dwarslaesie patiënten en CVA patiënten?
10. Wat is het effect van training met een mAAN algoritme vergeleken met een
positie gecontroleerde algoritme op loopvaardigheid in
(sub)acute dwarslaesie patiënten en CVA patiënten?
11. Wat is het effect van training met een mAAN algoritme vergeleken met een
positie gecontroleerde algoritme op energieverbruik in
(sub)acute dwarslaesie patiënten en CVA patiënten?
12. Wat is het korte termijn effect van rAAN op loopvaardigheidt en EMG
patronen vergeleken met het effect van een mAAN algoritme?
13. Wat is het verschil in ondersteuning met een rAAN algoritme vergeleken met
een mAAN algoritme?
14. Wat is het verschil in subjectieve ervaring van een rAAN algoritme
vergeleken met een mAAN algoritme?

De studie bestaat uit vier delen.
1. In het eerste cross-sectionele deel worden gezonde proefpersonen, chronische
dwarslaesie patiënten en chronische CVA patiënten gevraagd
om te lopen op een loopband en in LOPES II (in de vrije modus). Het doel
hiervan is te kijken naar eventuele interactie tussen robot en patient,
zodat de vrije modus van LOPES II in het vervolg van de studie kan worden
gebruikt als meetinstrument. Kinematica, spatio-temporele
parameters en EMG zullen worden gemeten.
2. Het tweede deel is een cross-sectionele trial met (sub)acute dwarslaesie
patiënten en CVA patiënten. Proefpersonen zullen in zowel het assist-
as-needed (mAAN) als het positie gecontroleerde algoritme minimaal 20
schredes lopen, waarbij de volgorde wordt gerandomiseerd. LOPES II zal
starten in de vrije modus voor een begin meting en zal overgaan in één van
de ondersteunings algoritmes om te eindigen in de vrije modus om
het directe effect op kinematica en spatio-temporele parameters te meten.
EMG patronen en energie verbruik zullen ook worden gemeten.
3. Het derde deel is een geblindeerde RCT met een trainingsperiode van 6 weken
(3 keer/week) met (sub)acute patienten met een dwarslaesie of
na een beroerte tijdens hun klinische revalidatieprogramma. Proefpersonen
zullen willekeurig worden ingepland voor training met het assist-as-
needed algoritme (mAAN) of voor training met het positie gecontroleerde
algoritme. Tijdens de training zullen hartslag en de borg schaal worden
bijgehouden. Voor-, tussen-, na- en follow up metingen worden gedaan om de
kwaliteit van lopen, loopvaardigheid en spier
aanspanningspatronen te meten. Er wordt gestratificeerd voor diagnose en
loopsnelheid.
4. Het vierde deel is een cross-sectionele trial met (sub)acute dwarslesie
patiënten en CVA patiënten. Proefpersonen zullen in zowel het manual
assist-as-needed (mAAN) als het robotic assist-as-needed (rAAN) algoritme
maximaal 5 minuten lopen, waarbij de volgorde wordt gerandomiseerd. Bij de mAAN
zal de therapeut de hoeveelheid ondersteuning instellen. De rAAN algoritme past
de hoeveelheid ondersteuning automatisch aan (gebaseerd op de fout die de
patiënt ten opzichte van een referentie patroon maakt). Loopvaardigheid en EMG
patronen zullen tijdens het lopen gemeten worden. Verder zal aan het begin en
na het lopen in beide algoritmes een vragenlijst worden afgenomen om de
subjectieve ervaring van de patiënten van de rAAN vergeleken met de mAAN in
kaart te brengen.

Proefpersonen zullen in de revalidatierobot LOPES II lopen. Proefpersonen zullen in drie verschillende ondersteuningsalgoritmes lopen. De robotic en manual assist-as-needed algoritmen (rAAN en mAAN) zullen alleen die momenten van de loopcyclus ondersteunen waarop het looppatroon gestoord is. De hoeveelheid ondersteuning zal net genoeg zijn om veilig en kwalitatief goed te kunnen lopen. Het rAAN algoritme past de hoeveelheid ondersteuning automatisch aan (gebaseerd op de fout die de patiënt ten opzichte van een referentie patroon maakt). Voor de mAAN bepaalt de fysiotherapeut de hoeveelheid ondersteuning. Het andere algoritme is de positie gecontroleerde (position-controlled). Dit algoritme zal tijdens de gehele loopcyclus ondersteunen. De hoeveelheid ondersteuning zal net genoeg zijn om veilig en kwalitatief goed te kunnen lopen.

Lopen in LOPES II richt zich op het verbeteren van het gaan. Tijdens de studie,
zullen de proefpersonen in LOPES II lopen in verschillende
ondersteuningsalgoritmen en om gewrichtsbewegingen en gangbeeld parameters te
kunnen meten. In het eerste deel worden gezonde proefpersonen gevraagd om 6
trials lopen, elk met een duur van ongeveer 3 minuten. Patiënten lopen
gedurende 2 trials van maximaal 5 minuten. Tussendoor rusten is mogelijk.
Voorbereiding zal ongeveer een uur duren.
Voor het tweede en vierde deel worden proefpersonen met een (sub)acute beroerte
of dwarslaesie gevraagd, om 2 sessies van maximaal 5 minuten per keer, op hun
comfortabele snelheid te lopen. De duur is afhankelijk van de snelheid.
Tussendoor rusten is mogelijk. Voorbereiden voor metingen en lopen zal ongeveer
een half uur duren.
De trainingsperiode (2 perioden van 3 weken) maakt deel uit van het klinische
revalidatieprogramma. Proefpersonen krijgen training in LOPES II, in plaats van
loopbandtraining met gewichtsondersteuning. Metingen duren ongeveer 2 uur.
Proefpersonen mogen rusten tijdens de training en tussen de verschillende
metingen in. Een fysiotherapeut zal alle testen en trainingen begeleiden.