O exosuit robótico macio (mostrado aqui do lado) foi usado por pacientes de AVC no lado hemiparético de seus corpos. Ao auxiliar durante as fases de postura e balanço de seus ciclos de marcha, permitiu-lhes andar mais rápido e mais longe em uma passarela de 30 metros. Imagem é creditada ao Rolex Awards/Fred Merz
Um novo exosuit de robótica macia traz melhorias imediatas na velocidade de caminhada e resistência para aqueles que se recuperam de acidente vascular cerebral.
O AVC é a principal causa de incapacidade grave a longo prazo nos EUA, com aproximadamente 17 milhões de indivíduos experimentando-o a cada ano. Cerca de 8 em cada 10 sobreviventes de acidente vascular cerebral sofrem de "hemiparese", uma paralisia que normalmente impacta os membros e músculos faciais em um lado de seus corpos, e muitas vezes causa sérias dificuldades para andar, uma perda de equilíbrio com um risco aumentado de queda, bem como a fadiga muscular que rapidamente se instala durante os esforços. Muitas vezes, essas deficiências também impossibilitam a realização de atividades básicas do cotidiano..
Para permitir que os pacientes com AVC se recuperem, muitos centros de reabilitação têm olhado para exoesqueletos robóticos. Mas, embora agora existam uma gama de dispositivos excitantes que estão permitindo que as pessoas voltem a andar que inicialmente foram totalmente incapazes de fazê-lo, permanece uma pesquisa ativa significativa tentando entender como aplicar melhor a robótica vestível para reabilitação após o derrame. Apesar da promessa, as recentes diretrizes de prática clínica agora até recomendam contra o uso de terapias robóticas quando o objetivo é melhorar a velocidade ou a distância da caminhada.
Em 2017, uma equipe multidisciplinar de engenheiros mecânicos e elétricos, designers de vestuário e especialistas em neuroreabilitação no Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering e John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), e o Boston University's (BU) College of Health & Rehabilitation Sciences: Sargent College mostraram que um exosuit robótico macio que auxilia o tornozelo, amarrado a uma bateria externa e motor, foi capaz de melhorar significativamente as funções de marcha biomecânica em pacientes com derrame quando usado enquanto caminhava em uma esteira. O esforço inter-institucional e interdisciplinar da equipe foi liderado pelos membros do corpo docente da Wyss Conor Walsh, Ph.D. e Lou Awad, P.T., D.P.T., Ph.D., juntamente com Terry Ellis, Ph.D., P.T., N.C.S. da BU.
Agora, a mesma equipe deu um passo fundamental na tradução de sua tecnologia para uma estratégia de reabilitação. Usando uma versão sem amarras do exosuit que carrega sua própria bateria e motor, eles mostraram em uma coorte de seis sobreviventes pós-acidente vascular cerebral com hemiparesis que seu dispositivo poderia aumentar significativamente a velocidade de caminhada dos indivíduos em uma média de 0,14 metros por segundo, com um indivíduo andando até 0,28 metros por segundo mais rápido. Esses mesmos indivíduos, quando solicitados a caminhar o mais longe que puderam em 6 minutos, foram capazes de ir 32 metros mais longe, em média, com uma pessoa viajando mais de 100 metros mais longe. Esses achados são publicados no IEEE Open Journal of Engineering in Medicine and Biology (OJEMB).
"A grande maioria das pessoas que tiveram um derrame caminham lentamente e não podem andar muito longe. Caminhadas mais rápidas e mais distantes após a fisioterapia estão entre os desfechos mais importantes desejados por ambos, pacientes e médicos. Se nem a velocidade nem a distância forem alteradas por uma terapia, seria difícil considerar que a terapia é eficaz", disse lou Award, P.T., D.P.T., Ph.D., o primeiro autor do estudo que co-correspondeu os achados ao IEEE OJEMB junto com Walsh. "Os níveis de melhoria de velocidade e distância encontrados em nosso estudo exploratório superaram nossas expectativas de um efeito imediato sem qualquer treinamento e destacam a promessa da tecnologia exosuit." Awad também é Professor Assistente na Faculdade de Saúde e Reabilitação da BU: Sargent College e Diretor do Laboratório de Recuperação Neuromotora.
O exosuit implantado neste estudo pesa menos de cinco quilos e tem como alvo os membros dos sobreviventes de derrame durante fases distintas do ciclo de marcha. Totalmente móvel, é alimentado por uma bateria e iniciado por uma unidade atuante, ambas usadas nos quadris. Ele fornece energia mecânica aos tornozelos através de um mecanismo baseado em cabo, pelo qual os cabos e outras partes do exosuit são ancorados no corpo por têxteis funcionais leves. Adicionando ainda mais ao seu baixo peso e potencial para reduzir as assimmetrias de marcha é o fato de que os pacientes o usam apenas no lado paretic prejudicado, ao contrário dos sistemas rígidos de exoesqueleto – muitos dos quais precisam ser usados em ambos os lados.
A equipe de Walsh projetou o exosuit para ajudar com a flexão plantar, o movimento do tornozelo que empurra o pé para o chão durante a fase de postura do ciclo de marcha, e com dorsiflexão, em que o pé é levantado e os dedos puxados em direção à canela durante a fase de balanço. Ambos os movimentos são variadamente prejudicados na caminhada hemiparética pós-acidente vascular cerebral, e os sobreviventes frequentemente exibem um "pé de queda", uma incapacidade de levantar o pé dos tornozelos. Walsh, cujo grupo foi pioneiro e validou amplamente a tecnologia soft exosuit nos últimos anos, também é o Paul A. Maeder Professor de Engenharia e Ciências Aplicadas no SEAS, e o Fundador do Laboratório de Biodesign de Harvard.
Para demonstrar ampla aplicabilidade para sua abordagem em sobreviventes de acidente vascular cerebral com hemiparese, a equipe focou em seis indivíduos hemiparéticos com diferentes gravidades e tipos de prejuízos que foram todos inseridos em uma fase crônica. Após uma avaliação clínica inicial dos pacientes e ajustes do exosuit aos indivíduos, os pesquisadores realizaram uma série de testes em uma passarela de 30 metros. O uso do exosuit sem energia não causou nenhuma desvantagem em relação às velocidades de caminhada, distâncias ou custos de energia dos participantes em comparação com quando eles não estavam usando o exosuit. Quando o exosuit foi então ligado, "vimos melhorias importantes e imediatas na velocidade e distância da caminhada que são resultados significativos que fazem uma verdadeira diferença no cotidiano dos indivíduos que sofreram um derrame. São esses tipos de resultados clinicamente significativos que estimulam a excitação entre fisioterapeutas e outros da comunidade de reabilitação", disse o coautor Ellis, Ph.D., P.T., N.C.S., Diretor do Centro de Neuroreabilitação da Sargent College e Professor Associado e Presidente de Fisioterapia da BU.
"Nossas equipes de engenharia e clínicas da Universidade de Harvard e boston são altamente motivadas por esses resultados para refinar a tecnologia e estudar seu impacto imediato em sobreviventes de acidente vascular cerebral com uma ampla gama de habilidades de caminhada. Também estamos ansiosos para explorar aplicações terapêuticas tanto em ambientes clínicos quanto no dia-a-dia caminhando em casa e comunidade", disse Awad.
"Este estudo da equipe mostra lindamente como a tecnologia exosuit desenvolvida no Instituto Wyss e seus parceiros poderia fazer uma verdadeira diferença na vida de muitos sobreviventes de AVC, e é uma demonstração convincente de como o modelo de tradução do Instituto rapidamente cria e impulsiona novas soluções para alguns de nossos principais problemas de saúde que podem mudar a vida dos pacientes para melhor ", disse o diretor fundador do Wyss Institute, Donald Ingber, M.D., Ph.D., que também é professor de Biologia Vascular na Faculdade de Medicina de Harvard e do Programa de Biologia Vascular do Hospital Infantil de Boston, bem como professor de Bioengenharia no SEAS.
Original Research: Open access
“Walking Faster and Farther With a Soft Robotic Exosuit: Implications for Post-Stroke Gait Assistance and Rehabilitation”. by Lou Award et al.
IEEE Open Journal of Engineering in Medicine and Biology doi:10.1109/OJEMB.2020.2984429